莫呼查汗水库坝址区工程地质条件分析

曾宇佳，才庆欣，孙建伟

(1.锦州市水利工程建设管理局，辽宁 锦州 121000;2.南票区大中型水库移民后期扶持工作办公室，辽宁 葫芦岛 125027;3.南京市江宁区水务局，江苏 南京 211112)

莫呼查汗水库坝址区工程地质条件分析

曾宇佳1，才庆欣2，孙建伟3

(1.锦州市水利工程建设管理局，辽宁 锦州 121000;2.南票区大中型水库移民后期扶持工作办公室，辽宁 葫芦岛 125027;3.南京市江宁区水务局，江苏 南京 211112)

坝址区工程地质条件是确定水库坝址的重要因素。本文结合莫呼查汗水库实例，通过对莫呼查汗水库的地形地貌、地层岩性、地质构造和坝址区的工程地质条件分析，用较详实的资料和数据，论述了该水库工程坝址区选择的工程地质条件。为水库修建提供了详细数据依据，并奠定了基础保障。

水库坝址区；工程地质；地质构造

1 工程概况

莫呼查汗河位于新疆巴州和静县境内，发源于中天山支脉的艾尔宾山南坡，是流向开都河的一条山溪性河流，地理位置为东经85°29′～86°07′，北纬42°18′～42°39′，该河全流域均在和静县境内，山口以上河道长度为28.6 km，山口以上集水面积为318 km2，流域地势为西北高东南低。拟建的莫呼查汗水库位于巴州和静县境内[1]、莫呼查汗河引水枢纽上游5.5 km处，坝址距和静县71 km，水库正常蓄水位为2288.05 m，总库容为650.21万m3，灌溉面积为3333 hm2。工程规模为Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物拦河坝及泄水建筑物级别为4级，次要建筑物和临时建筑物级别均为5级。主要建筑物的设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为1000 a一遇，主要建筑物的地震设防烈度为7°。主河槽布置大坝，坝高为55.15 m，坝长为233 m，基础为混凝土防渗墙，最大深度为20 m，溢洪道和导流兼冲沙放水隧洞均布置在大坝右岸，其中溢洪道设计泄洪流量为176.82 m3/s，校核泄洪流量为368.07 m3/s[2]。导流兼冲沙放水隧洞不参与泄洪，洞身断面为圆形，直径为3.1 m，设计导流流量为68.23 m3/s，灌溉支洞从隧洞出口闸室引出，采用Dg 800钢管引水。

2 坝址区地质条件

2.1 基本地质条件

2.1.1 地形地貌

推荐坝址位于渠首上游5.5 km的峡谷河段，河谷底宽30～180 m，岸坡大多基岩裸露，山顶高程2450～2480 m，相对高差100～240 m，两岸零星发育Ⅰ～Ⅵ级阶地，其中Ⅰ级阶地为堆积阶地，Ⅱ级以上均为基座阶地。

2.1.2 地层岩性

坝址河段基岩岩性单一，主要出露侵入花岗岩，细粒结构，块状构造，岩石中硬；第四系主要分布于河床、阶地及两岸坡脚。

(1)第四系上更新统冲积(Q3al)：分布于Ⅲ～Ⅴ级阶地及左岸古河槽内，为含漂石砂卵砾石层，颗粒粗大，磨圆较差，结构较密实，厚度3～25 m，上部多为洪积及崩坡积物覆盖。

(2)第四系全新统冲积(Q4al)：分布于河床及Ⅰ、Ⅱ级阶地，为含漂石砂卵砾石层，磨圆较差，结构中等密实，在河床分布厚度15～20 m；在Ⅰ、Ⅱ级阶地分布厚度3～5 m[3]。

(3)第四系全新统洪积(Q4pl)：覆盖于阶地冲积砂卵砾石层之上，为含土块碎石层，分布厚度3～5 m。

(4)第四系全新统崩坡积(Q4dl+col)：分布于坝址两岸坡脚、阶地后缘及冲沟底部，为含孤石块碎石层，颗粒粗大，棱角、次棱角状为主，可见最大直径约5 m。该层具有架空结构，松散，分布厚度5～15 m。

2.1.3 地质构造

坝址区无区域性构造断层分布，发育NE和NW向二组小规模断层，延伸长度小于200 m，破碎带宽度0.1～0.3 m，倾向岸内，对岸坡稳定影响不大。

2.1.4 物理地质现象

(1)岩体风化。坝址区出露基岩为花岗岩，抗风化能力强，坝址两岸坡强风化层厚度1～3 m，风化裂隙发育，岩体较破碎。弱风化层厚3～5 m，裂隙较发育，裂隙面有风化变质现象。

(2)卸荷崩塌。坝址区河谷深切，出露的花岗岩呈块状结构，岩石坚硬，裂隙发育，主要发育有2组节理，据地质测绘及平硐揭露，两岸边坡强卸荷带厚度3～5 m，倾向坡外，卸荷裂隙间距5～30 cm，延伸长5 m左右，有泥质和碎屑充填。弱卸荷带厚度2～3 m，卸荷裂隙间距15～50 cm，延伸长3～5 m，大多无充填。在卸荷作用下，两岸坡面岩体多形成卸荷松弛带，带内以松动块体为主，部分已崩塌堆积于两岸坡脚、阶地面及冲沟处，呈倒石锥状，坡面松动块体形成危岩体，坝址两岸卸荷带厚度3～5 m。

(3)古河槽。坝址左岸Ⅲ级阶地分布一顺河向古河槽，埋藏于阶地覆盖层之下，古河槽长381 m，顶宽15～20 m，底宽5～15 m，切割深度22.5～30.0 m，槽内堆积冲积含漂石卵砾石层，结构较密实[4]。古河槽进口位于坝轴线左岸上游61 m左右处，大部分被崩坡积物掩盖；出口位于坝轴线下游320 m左右处，均为崩坡积物掩盖。

2.1.5 岩体透水性及腐蚀性评价

坝址区地下水主要有两类：一类为基岩裂隙水，贮存于河谷两岸花岗岩裂隙中，主要受冰雪融水和大气降水补给。另一类为第四系孔隙潜水，主要分布在现代河床松散卵砾石堆积物内，河床地下水位埋藏深度0.6～1.8 m，主要受河水补给。坝址基岩为花岗岩，裂隙发育，据钻孔压水试验成果，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。据水质核实成果，坝址区河水及河床潜水对普通水泥、钢筋混凝土结构中钢筋及钢结构均无腐蚀性[4]。

2.1.6 岩(土)体工程地质特征

坝址基岩为花岗岩，细粒结构，块状构造，弱风化岩体裂隙发育，呈次块状～镶嵌结构，纵波速度为3194～4124 m/s。

2.2 坝址区主要工程地质问题

(1)河床覆盖层地震液化问题。根据钻孔揭露及物探成果，坝址区河床覆盖层厚度18 m左右，为单一成因的冲积含漂石砂卵砾石层，无沙层和淤泥等不良土层分布。根据试验资料和相对密度复判法判定为不液化土。砂卵砾石渗透系数为3.5×10-2cm/s，属中-强透水层，地震作用下孔隙水压力容易消散，综合判定坝址区河床覆盖层无地震液化问题[5]。

(2)左岸古河槽问题。坝址区Ⅱ级基座阶地覆盖层之下掩埋有顺河向古河槽，分布长度约381 m，顶宽15～20 m，底宽5～15 m，切割深度22.5 m。古河槽位于左岸坝基下部，槽内堆积上更新统冲积含漂石卵砾石层，结构较密实，可作为土石坝基础。古河槽堆积物颗粒粗大，渗透系数4.5×10-2cm/s，属中～强透水层，存在沿古河槽的渗漏问题。依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)[6]判定古河槽堆积物渗透变形形式为管涌型，建议允许比降0.10～0.12[7]。

(3)坝址岸坡危岩体分布及稳定性评价。坝址区为峡谷地形，两岸基岩裸露，为侵入花岗岩，块状结构，坝址两岸边坡无大的不利结构面分布，自然边坡整体稳定。由于边坡岩体裂隙发育，裂隙相互切割，使坝址两岸边坡岩体呈碎裂结构，在卸荷风化作用下局部陡坡段表部岩体卸荷变形，形成危岩体。卸荷变形带厚度3～8 m，在坝体范围内分布危岩体总方量约6400 m3，其中左岸坡约1600 m3,右岸坡4800 m3。

2.3 比选坝型工程地质条件

2.3.1 沥青混凝土心墙砂砾石坝

(1)左岸坝肩。岸坡自然坡度35°～50°，边坡高度约260～300 m，基岩裸露，为花岗岩。岸坡主要发育小规模断层4条，走向与岸坡大角度斜交，破碎带宽度3～10 cm，对坝肩稳定性影响不大。但岸坡节理裂隙发育，相互切割，在风化卸荷作用下局部坡面形成卸荷变形带，构成危岩块体，厚度3～8 m，总方量约1600 m3左右。左岸Ⅱ级基座阶地宽约110 m，阶地冲积卵砾石层厚3 m左右，上部为厚5～10 m的崩坡积及洪积含土块碎石覆盖，地形自然坡度约20°。根据钻孔揭露及物探测试，阶地中部发育一顶宽15～20 m，底宽5～15 m，切割深度22.5～30.0 m的古河槽，槽内堆积冲积卵砾石层。基岩为花岗岩，强风化层厚1～3 m，弱风化层厚3～5 m，基岩面1 m以下透水率q<10 Lu。左岸坝基须清除崩坡积及洪积物层，下部阶地及古河槽冲积卵砾石层结构较密实，可作为土石坝坝基，古河槽堆积物颗粒粗大，渗透性强。建议开挖边坡为基岩1∶0.3～1∶0.5，覆盖层1∶1.5～1∶1.75。

(2)河床坝基段。现代河床宽31 m左右，河床覆盖层厚度为18.6 m左右，为第四系全新统冲积含漂石卵砾石层，漂石可见最大直径0.8～1.5 m，磨圆度及分选性差，无沙层、淤泥等不良土层分布，建议地基允许承载力300～400 kPa。下部基岩为花岗岩，块状结构，岩石中硬，强风化层厚1～3 m，弱风化层厚3～5 m，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。

(3)右岸坝肩。岸坡坡高260 m左右，自然坡度40°～60°，大部分基岩裸露，岩性为花岗岩，强风化层厚1～3 m，弱风化层厚5～22 m，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。右岸高程2246 m和2273 m处分别发育有Ⅱ、Ⅲ级基座阶地，阶地冲积卵砾石层厚3～5 m，表部为崩坡积含土块碎石覆盖。右岸发育有NE和NW两组小规模断层，对边坡稳定影响不大。

2.3.2 混凝土面板砂砾石坝

(1)左岸趾板段。沿线均为厚3～6.5 m的崩坡积和洪积块石、碎石土覆盖，下部基岩为花岗岩，强风化层厚1～3 m，弱风化层厚度3～5 m，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。趾板基础须清除覆盖层及基岩强风化层，建基面置于弱风化层上部，古河槽须做防渗处理。建议开挖边坡为基岩1∶0.3～1∶0.5，覆盖层1∶1.5～1∶1.75。左岸趾板以上边坡局部分布卸荷变形带，厚度3～8 m。

(2)河床段。现代河床宽约83 m，河床冲积漂卵砾石层厚度18.6 m左右，结构密实。下伏基岩为花岗岩，强风化层厚1～3 m；弱风化层厚度3～5 m，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。建议开挖边坡为基岩1∶0.3～1∶0.5，覆盖层1∶1.5～1∶1.75。建议砂砾石层临时开挖边坡为水上1∶1.25～1∶1.5，水下1∶1.75～1∶2.0。

(3)右岸趾板段。沿线基岩裸露，局部有薄层崩坡积含土块碎石覆盖，基岩为花岗岩，强风化层厚1～3 m，弱风化层厚度3～5 m，岩体透水率q≤10 Lu的界线在基岩面1 m以下。该段趾板须清除表层覆盖层及基岩强风化层，建基面置于弱风化层上部。建议开挖边坡为基岩1∶0.3～1∶0.5，覆盖层1∶1.5～1∶1.75。右岸趾板以上边坡整体稳定，2375 m和2455 m高程附近分布有总方量约4800 m3的不稳定岩体[8]。

3 结 论

通过对水库坝址区的工程地质条件分析，拟选的莫呼查汗水库坝址是整个河流上目前选择的成库条件较好的坝址，从地形地质条件方面来看，推荐坝址上游左岸为Ⅱ级基座阶地，宽约110 m，阶地上部为厚5～10 m的崩坡积及洪积含土块碎石覆盖，上游右岸有一冲沟，裸露岩体裂隙发育，裂隙及小断层相互切割，在风化卸荷作用下局部坡面形成卸荷变形带，构成危岩块体，且右坝肩坡积物碎石土较多，如将坝轴线上移，虽然坝高及坝顶长度基本相等，但左右坝肩的基础处理费用增加，而且影响导流兼冲沙放水隧洞的进口布置。如将坝轴线下移，因左岸阶地宽度及崩坡积及洪积含土块碎石厚度增加，左右坝肩的基础处理费用将明显增加，而且导流兼冲沙放水隧洞的进出口处理较为困难且影响消能工程布置。因此推荐的坝线是唯一坝线。通过分析，库区工程地质条件较好，适宜修建水库。

[1] 宋成刚.基于和静县莫呼查汗水库坝型比选研究[J].黑龙江水利科技，2017，45(6)：94-97.

[2] 关志诚.土石坝基础混凝土防渗墙关键技术指标选择[J].水利水电技术，2009(5)：31-34.

[3] 李国英，苗喆，米占宽.深厚覆盖层上高面板坝建基条件及防渗设计综述[J].水利水运工程学报，2014(4)：1-6.

[4] 关志伟.恰木萨水电站工程闸址比选方案研究[J].科技与企业，2013(10)：221.

[5] 李万逵.阿尔塔什河床深厚覆盖层的研究[J].水利与工程建筑学报，2010(4):181-187.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.水利水电工程地质勘察规范：GB 50487-2008[S].北京：中国计划出版社，2009.

[7] 徐燕.土石坝基础混凝土防渗墙关键技术指标选择[J].水利水电技术，2012(4)：64-68.

[8] 王青屏.复杂环境条件下的危岩处理爆破[J].爆破，2006(1)：85-87.

Analysis of engineering geological conditions of dam site in Mofuchafu reservoir

ZENG Yujia1， CAI Qingxin2，SUN Jianwei3

(1JinzhouWaterConservancyConstructionAdministrationBureau，Jinzhou121000,China；2LargeAndMedium-sizedReservoirResettlementSupportOfficeNanpiaoDistrict，Huludao125027,China;3WaterAffairsBureauofJiangningDistrict，Nanjing211112，China)

It is an important factor for the engineering gelogical condition to determine the dam site.Based on the analysis of the engineering geological conditions of Mohuchahan reservoir topography, lithology, geological structure and hydrogeological conditions，the author used detailed data to discuss the engineering geological conditions of the reservoir project selection of dam.It provided the detailed data basis for reservoir construction, and lay a solid foundation for reservoir construction.

reservoir dam site; engineering geology; geological structure

TV221.2;P64

A

2096-0506(2017)09-0053-04

曾宇佳(1983-),女，辽宁锦州人，工程师，主要从事水利工程建设管理、水利工程施工、水利工程监理等相关工作。E-mail：815874613@qq.com。