石口子水库坝址工程地质评价

韩锐敏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

石口子水库坝址工程地质评价

韩锐敏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

石口子水库位于介休市东南龙凤河峡谷中，水库大坝主选坝型为堆石混凝土重力坝，通过对坝址区岩土体工程地质、坝基及坝肩稳定性、坝址区渗漏等工程地质问题进行评价，并提出了相应的建议。

坝址区；工程地质；稳定性；渗漏；石口子水库

石口子水库位于介休市东南约10km的龙凤河峡谷中，距峡谷出口黑雨坪2.5km。水库大坝坝型为堆石混凝土重力坝，最大坝高66.0m，坝顶高程1020.0m，水库总库容245×104m3，正常蓄水位1014.5m，死水位1001m，为小（一）型水库。修建石口子水库，拦截地表水，减少流失，是增加介休市可利用水资源量，增加供水的唯一途径。

1 工程地质条件

坝址处河流方向S50°W，河床底高程968.70～971.63m，河谷底宽13.5～30.8m。坝轴线方位N50°～55°W，河谷呈“V”字形。左岸自然坡度一般50°～75°，属峻坡，基岩裸露；右岸坡自然坡度约40°～70°，多属峻坡，地表多被松散层覆盖。

坝址区覆盖层地层岩性主要为第四系全新统洪冲积层卵（漂）石混合土及中更新统洪冲积层卵（碎）石混合土，基岩地层岩性主要寒武系中统徐庄组、中统张夏组及上统固山、长山、凤山组鲕状灰岩、白云质灰岩、薄板状泥质条带灰岩、竹叶状灰岩及页岩等。

勘察时段坝址区河道内有地表水流。从钻孔资料看，上坝址坝基岩体中具多层水位，地表河流水位高程970.3m左右，河床卵石混合土层中地下水位高程963.7m，埋深5.8m，下部基岩地下水位高程946.39～948.42m，埋深22.1～24.1m。说明了河床卵石混合土层中存在相对弱透水层，形成悬托型河床。

坝址区覆盖层渗透系数为10.84m/d，属强透水层。钻孔压水试验结果显示，岩体透水率较小，一般小于10Lu，多属弱透水层。

2 工程地质问题及评价

2.1 坝基岩土体工程地质

第四系全新统洪冲积层（Q4pal）：岩性主要为卵（漂）石混合土，松散状，分布于坝基河床地表，厚度7.4～11.2m，建议全部清除。第四系中更新统洪冲积层（Q2pal）：岩性为卵（碎）石混合土，松散状，分布于坝轴线上游右岸，厚度一般10～55m。建议对大坝坝基开挖范围内的部分进行清除处理。

坝基钻孔覆盖层岩性为Q4pal卵（漂）石混合土，厚7.2～11.2m，基岩面高程959.01～964.62m；下伏基岩为寒武系碳酸盐岩。强风化层厚2.5～3.5m，弱风化层厚16.0～20.0m。从钻孔岩芯采取率及RQD值可看出，坝基强风化岩体破碎，采取率及RQD值均较小，岩体裂隙发育；弱风化岩体完整性差，采取率较高，局部存在软弱夹层，导致采取率偏低；微风化岩体岩芯采取率高，RQD总体质量较好。

2.2 坝基及坝肩稳定性

2.2.1 坝基稳定

依据《水利水电工程地质勘察规范》附录Q坝基岩体工程地质分类，对坝基岩体工程地质分类。本次坝基岩体体工程地质分类首先依据钻孔岩芯采取率、RQD及声波等情况划分风化界线，划分强风化、弱风化上部、弱风化下部、微风化段，然后按钻孔对强风化、弱风化段上部、弱风化段下部分别进行RQD、声波、完整性系数统计，强风化岩体岩石饱和单轴抗压强度按中硬岩考虑，弱风化岩体按坚硬岩考虑。

依据上述统计及岩石饱和抗压强度对坝基岩体进行工程地质分类。可看出强风化段岩体工程地质类别主要为BⅣ1～BⅣ2，岩体破碎～完整性差。弱风化段上部岩体工程地质类别主要为BⅢ2，岩体较破碎～较完整，局部完整性差；弱风化段下部岩体工程地质类别主要为BⅢ1，岩体较完整。建议将坝基置于弱风化中、下部，并对局部完整性差的破碎部位作工程处理。建议弱风化基岩地基承载力2.0～2.5MPa。建议临时开挖边坡：覆盖层：1∶1～1∶1.5，强风化基岩：1∶0.5～1∶0.75，弱风化基岩：1∶0.3～1∶0.5。

2.2.2 坝基岩体抗滑稳定

坝基岩体为鲕状灰岩、含白云质鲕状灰岩，为中硬岩～坚硬岩，强风化层厚2.5～3.5m。

从坝址区地层产状及岩性分析，坝基岩层倾向上游，倾角5°～7°。坝基浅层没有发现软弱夹层，坝基岩体中不存在潜在的软弱滑动面，因此坝基产生浅层滑动的可能性不大。

但从坝基岩体结构面分析，在坝址区岩体发育的三组节理裂隙，走向与岩层走向及坝轴线方向近平行或小角度相交，结构面相互切割，岩体容易形成楔形体。在坝址区岩体所发育的节理裂隙中，有一组与河流方向近垂直的高角度裂隙发育，在坝基下可形成拉裂面。考虑到岩体较破碎，建议进行固结灌浆处理。

建议混凝土与基岩接触面的抗剪断强度：f=0.55～0.60，f′=0.90c′=0.70MPa。

2.2.3 坝肩稳定性

左坝肩地形边坡陡立，山顶高程1307m，最大高差336m，坡面产状N45°～55°E/NW∠65°～70°，坝肩基岩裸露，岩性为寒武系碳酸盐岩，岩性较坚硬，强风化层厚度3～5m，弱风化层厚度约15m。左坝肩岩层产状：N10°～15°W/NE∠5°～8°，主要发育三组裂隙：①N10°～30°W/NE∠80°～86°，②N70°～80°W/SW∠75°～85°，③N60°～70°E/NW∠75°～87°，以第①组最发育。节理一般延伸较长，隙宽一般0.1～0.5cm，裂隙间距最小0.2m，最大1.5m，一般0.5～1m，节理面平整光滑，多呈闭合状，大多无充填，少数方解石或泥质充填、半充填。

左坝肩岩体主要受四组结构面（一组层面、三组裂隙）控制，将岩体切割成块状，裂隙为陡倾角结构面，图1为坝址左坝肩岩体结构面赤平投影图，从图上分析，左坝肩坡面坡向与裂隙面斜交，层面与第①组裂隙面相近，但裂隙倾角大于层面倾角，左坝肩不存在整体滑动问题，左坝肩岩体整体稳定。但受上述结构面切割，易产生掉块或局部岩体塌滑。

图1 左坝肩岩体结构面赤平投影图

右坝肩边坡较陡，山梁高程1240m，最大高差269m，坡面产状N45°～55°E/SE∠70°～80°，坝肩基岩裸露，岩性为寒武系碳酸盐岩，岩性较坚硬，强风化厚度3～5m，弱风化层厚度约15m。右坝肩岩层产状：N10°～15°W/NE∠5°～8°，主要发育三组裂：①N20°～30° W/NE∠80°～87°，②N70°～80°W/SW∠75°～85°，③N60°～70°E/NW∠75°～85°，以第①组最发育。节理一般延伸较长，隙宽一般0.1～0.5cm，裂隙间距最小0.2m，最大1.5m，一般0.5～1m，节理面平整光滑，多呈闭合状，大多无充填，少数方解石或泥质充填、半充填。

右坝肩岩体主要受四组结构面（一组层面、三组裂隙）控制，图2为坝址右坝肩岩体结构面赤平投影图，从图上分析，第③组裂隙与坡面倾向相反，第①、②、④组结构面与坡面交角较大，故右坝肩整体稳定。但受上述4组结构面相互切割，容易产生掉块或局部岩体塌滑。

图2 右坝肩岩体结构面赤平投影图

总体来看，左、右坝肩整体稳定，由于左、右坝肩岩体表层强风化层岩体强度低结构松散，且为深切峡谷，岩体内陡倾角节理裂隙发育，局部可能产生崩塌、掉块。大坝坝基置于弱风化基岩中、下部，并进行固结灌浆处理。建议开挖边坡坡度：覆盖层1∶0.75～1∶1.0，基岩风化带1∶0.5～0.75。

2.3 坝址区渗漏

2.3.1 坝基渗漏

坝基地表第四系松散堆积层渗透性强，下伏张夏组鲕状灰岩、含白云质鲕状灰岩以及徐庄组上部灰岩具弱透水性，因此坝基存在渗漏问题。徐庄组下部泥页岩夹砂岩层透水性较小，可视为相对隔水层。

大坝设计坝型为混凝土重力坝，建坝时拟全部清除上部松散堆积物及强风化基岩，故仅粗略估算坝基张夏组鲕状灰岩、含白云质鲕状灰岩以及徐庄组上部灰岩的渗漏量。渗漏量的估算采用公式（1）计算。

式中：Q——坝基渗漏量，m3/d;

K——透水层渗透系数m/d，取0.42m/d；

H——坝上下游水位差m，取44.5m；

T——透水层厚度m，取79.4m；

2b——坝底宽m，取100m；

B——坝基长度m，取37m。

估算得坝基基岩渗漏量约306m3/d,估算时未考虑基岩岩溶裂隙，从这一角度讲算得的渗漏量偏小。

2.3.2 绕坝渗漏

坝址左右坝肩岩性主要为张夏组厚层鲕状灰岩，发育有溶蚀裂隙，水库蓄水后存在绕坝渗漏问题。绕坝渗漏量粗略估算选用裘布依公式（2）计算：

式中：Q——绕坝渗漏量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

H——坝前坝后水头差，m；

H1、h1——上下游渗透层厚度，m，以徐庄组泥页岩做为隔水层；

B——绕坝渗漏宽度，m，按坝址区河谷的地下水力坡度（约11%）向山内推求；

r0——绕坝渗漏最小半圆半径，m；

经计算，结果为左岸绕渗量约1273m3/d，右岸为1243m3/d。建议进行帷幕灌浆防渗。

两岸绕坝渗漏参数取值及估算结果见表1，估算结果为左岸渗漏量约1237m3/d，右岸为1243m3/d，建议进行帷幕灌浆防渗。

表1 坝址左右坝肩绕坝渗漏估算结果表

3 结语

综上分析，建议将坝基置于弱风化中、下部，并对局部完整性差的破碎部位作工程处理。左、右坝肩整体稳定，由于左、右坝肩岩体表层强风化层岩体强度低结构松散，且为深切峡谷，岩体内陡倾角节理裂隙发育，局部可能产生崩塌、掉块。建议将大坝坝基置于弱风化基岩中、下部，并进行固结灌浆处理。另外，大坝两岸坝肩存在渗漏问题，建议进行帷幕灌浆进行防渗。

P642.4

C

1004-7042（2017）05-0031-03

韩锐敏（1967-），男，1990年毕业于长春地质学院水文地质与工程地质专业，工程师。

2017-03-06；

2017-04-13