水电站坝址工程地质条件分析

孙　伟，李瑞琴（.西北水利水电工程有限责任公司，陕西西安70065；.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安70065）



水电站坝址工程地质条件分析

孙伟1，李瑞琴2
（1.西北水利水电工程有限责任公司，陕西西安710065；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安710065）

摘要：水电站坝址区工程地质条件是水电站建设可行性研究阶段的重要研究内容。以西北某拟建的水电站为例，分析了坝址区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及物理地质现象，分析结果对水电站坝址选择具有一定的参考价值。

关键词：水电站；坝址；工程地质条件

1　概况

某水电站枢纽工程由拦河坝（混凝土闸坝，两岸副坝拟采用当地材料坝或混凝土重力坝）、左岸引水发电系统及地面厂房组成，最大闸坝高25m左右，引水线路长约16km，电站装机约440MW左右，需设调压井。

2　地形地貌

坝址区河流流向由SE121.6°转向NE82.8°，河谷较为开阔，平水期水位高程约2060m，河水面宽度约54m。左岸向上游为开阔的河流Ⅱ级阶地，宽度一般120～180m，河谷左岸岸坡基岩裸露，岸坡较陡，自然坡度约59°～65°，右岸下游紧临乌台兰聪都克沟，沟口为大面积洪积台地，坝肩位于洪积扇上游边缘，坝肩部位洪积平台宽约50m，向下游沟口渐宽，向上游逐渐尖灭，坝肩平台以上岸坡自然坡度36°～40°，表部约5～15m厚第四系崩坡积块碎石覆盖。坝址河床覆盖层最大厚度50.4m，基岩顶板最低高程约2014.5m，河床钻孔揭示未发现有基岩深槽。坝址区冲沟较为发育，其中左岸坝上游约770m发育的旱獭沟，右岸下游约200m发育的乌台兰聪都克沟，规模均较大。旱獭沟流域总体走向为SW215°，河道曲折多弯，流域形态呈柳叶形。沟谷内沟床内植被茂盛，两侧山坡植被较少，主沟全长约4.25km，面积约5.0km2，季节性流水；乌台兰聪都克沟流域总体走向为NE20°，河道较顺直，无较大转角，流域形态呈扇形。沟床内植被茂盛，两侧山坡及沟床为树木覆盖，主沟全长约8.3km，面积约23.4km2，季节性流水。具体位置如图1所示。

图1　坝址地形地貌（视向下游）

3　地层岩性

坝址区第四系松散堆积物极为发育，根据其物质组成和结构特征，判断主要有如下成因方式：（1）崩坡积含块石碎石土层：主要分布在左岸基岩岸坡的坡脚和右岸边坡，以碎石土为主，厚度一般3～12m；（2）洪积含孤石块碎石土层：主要分布在两岸冲沟沟口部位，以含孤石的块碎石土为主，厚度一般15～30m；（3）冲积含漂石砂卵砾石层：主要分布在河床及两岸平缓阶地，以含漂石砂卵砾石为主，花岗岩漂石含量较高，砂粒含量较少，分选性差，分层规律不明显,无成片状、透镜状或连续成层的砂层、淤泥质层等不良夹层。根据钻孔揭示，游河床覆盖层以含漂石砂卵砾石为主，向下游接近乌台兰聪都克沟漂卵石极为发育，砂粒含量较少。根据钻孔揭示，坝址区冲积物厚度17.2～50.4m，河床右岸覆盖层厚度小于左岸，上游厚度小于下游。

此外，左岸高高程部位局部有Ⅲ、Ⅳ级河流阶地残留含漂石砂卵砾石层，结构密实，前缘多形成较为陡峭的自然边坡。坝址区下伏基岩岩性主要为泥盆系中统泥硅质板岩和变质安山岩为主，其中左岸出露岩性主要为板岩，右岸主要为变质安山岩。单斜岩层倾向左岸岸里，产状为：NW305°～330°NE∠68°～75°。两组岩性为整合接触关系，接触面产状和岩层产状基本相近[1~3]。

4　地质构造

坝址断裂不太发育，坝址区测绘发现较大断层共有6条，以走向NE倾向NW的陡倾角断层为主，规模不大，未发现断层有延伸过河的迹象；坝址左岸勘探平硐揭露，未发现有大规模断层，以小规模层间断层、或走向和层面相近、反倾硐外的小规模断层为主，此外层间挤压带较为发育，带内岩体完整性一般，挤压紧密，宽度一般0.8～2.0m。

根据地表测绘成果及勘探平硐揭露，坝址区发育断裂结构面主要可分为以下三组：①组：层面组，产状NW305°～330°NE∠65°～78°，该组以层间挤压带、断层和硬性裂隙结构面为主，地表和勘探平硐内均有出露，该组地表零星有较大规模断层出露，如F53断层等；②组：产状NW310°～345°SW∠47°～78°，该组结构面以小规模断层及宽大裂隙为主，主要在勘探平硐内揭露，最为发育；③组：该组为走向NE，倾向SE（少量NW）的一组陡倾角结构面，该组结构面走向变化范围较大，地表揭露断层多属于该组，如F51、F52、F53等，平硐内揭露以长大裂隙和小断层为主[4-5]。坝址断裂等密度图如图2所示。

图2　坝址断裂等密度图

5　水文地质条件

坝址区地下水按埋藏条件可以分为孔隙性潜水和基岩裂隙性潜水。（1）孔隙性潜水：主要分布在河床冲积层及洪积的松散堆积物中，由两岸地下水、大气降水补给，排泄于开都河。（2）基岩裂隙性潜水：赋存、运移在风化裂隙和构造裂隙中，由大气降水及远山地下水补给，排泄于开都河。坝轴线上游约530m处左岸基岩坡脚有一处泉水出露，为下降泉，泉点高程2066.6m，高出河水位约6m，流量约10～15L/min，为基岩裂隙性潜水出水点。

坝址本阶段共完成水质分析试验7组，试样分别取自河水、沟水、泉水和两岸地下水，试验成果见表1。根据试验成果，河水、地下水及及乌兰聪都克沟水均对砼均无腐蚀性。初步认为，坝址区地下水和地表水对砼无腐蚀性。

表1　坝址水质分析试验成果

6　物理地质现象

根据坝址区左岸PD02平硐物探波速测试成果，纵波波速总体为1790～4010m/s，其中硐深0～13.5m岩体完整性一般，波速为1790～2410m/s，硐深13.5m以后，岩体完整性较好，波速为3000～4000m/ s，根据平硐及钻孔揭示、地表露头岩体风化特征及平硐岩体波速测试成果综合考虑，推测两岸岩体强风化厚度5～8m，弱风化厚度35～40m，卸荷岩体厚度10～15m。见表2。

表2　坝、厂址区倾倒、松动岩体汇总表

现场测绘及地质调查未发现坝址范围内有较大规模滑坡、变形体发育。由于岩层陡倾左岸岸内，易发生倾倒变形，左岸坝肩有倾倒、松动岩体发育，根据现场产状统计，倾倒岩体走向较正常岩层有一定变化，倾角一般20°～40°，较正常岩层平缓很多；松动岩体完整性较差，卸荷拉裂缝较发育。但根据现场调查，倾倒、松动岩体整体发育范围不大，厚度较小。QD01倾倒体位于坝址坝线上游左岸100m左右；SD1松动体位于坝址坝线左岸坝肩下游侧。其发育位置和基本特征见表2。

坝址冲沟较为发育，其中左岸上游的旱獭沟和右岸下游的乌台兰聪都克沟发育规模较大，主沟延伸长，坡降较大，沟内松散堆积物较为丰富，具备发生泥石流的地形和物源条件。根据对霍尔古吐水电站沟谷泥石流危险性专题研究表明，左岸旱獭沟泥石流发育处于壮年阶段，近期未发生过较大规模泥石流灾害，在暴雨条件下，存在发生中等规模稀性泥石流的可能，属轻微易发，由于沟口距坝址较远，且规模不大，属于轻危害等级；右岸乌台兰聪都克沟泥石流发育亦处于壮年期，近期未发现有大规模泥石流灾害发生的证据，在暴雨条件下，具备发生中等规模泥石流的可能，属中等易发，水石流为主，该沟虽位于坝下游，但距离较近，属于中等危害等级[5，6]。

7　下阶段工作建议

研究认为坝址均具备建坝条件，坝址地质条件不控制坝址的选择。下一步应该研究坝址区河床覆盖层的工程地质特性及工程处理措施；进一步查明河床及两岸坝肩基岩相对不透水层的埋深情况；进一步查明长引水隧洞沿线岩性分界情况、地质构造发育情况，研究隧洞穿越冲沟上覆岩体较薄时的围岩稳定以及隧洞和较大规模断层相交时的稳定性等；进一步查明调压井和压力钢管段工程地质条件，查明调压井顶拱岩体完整情况，查明压力钢管直井段穿越厂房后坡挤压带时的岩体完整情况等；进一步研究厂房后边坡的稳定性，查明后边坡发育挤压破碎带向深部的延伸情况，及其对厂房自然边坡稳定性的影响等。

参考文献：

[1]祁生文,伍法权,兰恒星.锦屏一级水电站普斯罗沟左岸深部裂缝成因的工程地质分析[J].岩土工程学报,2002,24 (5):596-599.

[2]水利水电工程地质勘察规范[S].1999.

[3]杨聚利,刘荣德,濮声荣.新疆下坂地水库坝址主要工程地质问题及坝址选择[J].资源环境与工程,2008,22(B10):28-32.

[4]岩土工程勘察设计手册[M].辽宁科学技术出版社,1996.

[5]刘传正.重大工程场址的地壳稳定度及其应用[J].工程地质学报,1993,1(2):43-51.

[6]韩文峰.黄河黑山峡小观音坝址工程地质研究[M].1999.

中图分类号：V324.2+4