贵州某水库坝址工程地质选择

2017-12-05顾钟平

采矿技术 2017年6期

关键词：坝址坝基玄武岩

唐磊，顾钟平

(中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014)

贵州某水库坝址工程地质选择

唐磊，顾钟平

(中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014)

贵州毕节的彝族少数民族地区，山高坡陡，上万亩耕地由于没有水利设施均为旱土，为早日实现民族地区脱贫致富，建设水库开展自流灌溉，使旱土变为良田成为发展良机。系统介绍了上、下坝址的工程地质条件，通过综合评价、比较，选择了下坝址，为水库的安全运营打好了基础。

水库；坝址；工程地质

该水库位于贵州省毕节的彝族少数民族地区，地势南高北低，以中低山为主，地面高程1600～2900 m，有通乡公路，交通较便利。区内耕地面积上万亩，由于没有水利设施，全部为旱土，水库建成后可满足自流灌溉和部分提水灌溉，早日实现民族地区脱贫致富。

1 选坝河段工程地质条件

区内受地质构造和岩性控制，山脉呈北东、东西或北西走向，山岭连绵，沟壑纵横，在崇山峻岭之间镶嵌着面积不等的山间谷地和溶蚀盆地。本区大地构造单元属黔北台隆遵义断拱之毕节北东向构造变形区。区内北西向构造有挜都背斜、白果-龙洞山向斜和东西向独山-佳娃背斜等。北西向压性断裂主要有F1、F5，分别距工程区6 km和31 km。

依据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，本工程地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期0.35 s，地震基本烈度为Ⅵ度。因此，本区域构造稳定条件较好。

河流选坝河段长700 m，高程2032～2057 m，两岸地形较陡，河谷宽度19～28 m。在选坝河段共选有两个坝址，分别为下坝址和上坝址，两坝址相距400 m(见图1)。

1.1 下坝址

坝址为浅切中山峡谷地貌，河流宽26 m，河谷呈“V”型，河床高程2038 m，左岸地形坡度35°，右岸42°～57°。在拟建坝轴线上游50 m处，为一已建的土石坝小水库，现设计坝顶高程2082.5 m，坝长147 m，最大坝高41 m。

钻探揭露，坝址地层有：第四系冲洪积物，厚6.6 m；残坡积物，厚0.5～1.2 m；二迭系峨眉山玄武岩(P2β)：上部为凝灰岩，含泥岩碎块，属软岩，风化强烈、破碎，岩体完整性差，厚度3.7～16.4 m，左岸分布高程2078～2082 m，右岸分布高程2065～2082 m；下部玄武岩，杏仁状构造，块状、厚层结构，隐晶至细晶质，岩性坚硬，厚度大于200 m。

坝址未见有断裂构造分布，岩层产状：285°/SW ∠5°～20°。右岸坡脚陡崖卸荷裂隙与强弱风化基岩中的陡倾角节理裂隙发育，微张并充填钙质、硅质。

坝址基岩裂隙水主要赋存于风化岩体裂隙中，由两岸向河床排泄。左岸地下水埋深14～23 m，水力坡度26°；右岸地下水埋深29 m，水力坡度18°。地下水水质类型为SO42-Ca2+型水，对混凝土无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

坝址区岩体风化作用明显：岩体强风化主要是地表卸荷松弛带，岩体破碎，完整性差，多呈镶嵌结构。裂隙面蚀变为铁锈色，左岸强风化带厚4.5 ～14.0 m，右岸厚16.9 m；弱风化带岩体下限埋深左岸16.2 m，右岸23.0 m，河床5.8 m。

对坝基持力层的玄武岩进行了物理力学特性试验，成果表明：弱风化～新鲜的玄武岩块体密度2.67～2.88 g/cm3，饱和抗压强度42.5～62.2 MPa，泊松比0.29～0.26，纵波速度4887～6112 m/s，属中硬岩和坚硬岩；河床坝基玄武岩抗剪断强度指标：tgφ=1.48，C=5.25 MPa。

1.2 上坝址

坝址为冲蚀堆积河谷地貌，呈“V”型，两岸坡基本对称，坡度37°～26°，下陡上缓，植被较好，河谷宽度21 m，河床紧临左岸坡脚，河床高程2056 m 。坝轴线拟布置在两条支流的交叉口下游80 m，设计坝顶高程2091.5 m，坝轴线长145 m，最大坝高42 m。

钻探揭露，坝址地层有：第四系冲洪积物，厚4.4 m；残坡积物，厚0.5～1.2 m；二迭系峨眉山玄武岩(P2β)：上部为凝灰岩，含泥岩碎块，风化强烈、破碎，岩体完整性差，岩芯获得率极低，属软岩，厚度9.3～18.5 m，左岸分布高程2076～2086 m，右岸分布高程2072～2091 m；下部为玄武岩，岩性同下坝址，为坝基持力层。

坝址区亦未见有断裂构造分布，岩层产状：285°/SW ∠5°～15°。两岸岩体层面裂隙发育，强弱风化基岩中的陡倾角节理裂隙亦发育，微张；右岸坡脚陡崖卸荷裂隙发育，走向与坝轴线基本垂直，倾角近乎直立，裂隙张开宽度1～5 mm(属Ⅳ级结构面)，钙质填充。

坝址基岩裂隙水接受大气降水补给，赋存于风化岩体裂隙中，由两岸向河床排泄。两岸地下水埋藏较深，钻孔揭露孔深25～35 m，地下水力坡度10°～15°。地下水水质类型同下坝址。

坝址两岸山体稳定，未发现其它不良物理地质现象。坝址地表岩体风化作用明显，随深度增加而逐渐减弱，钻孔揭示：左岸强风化带厚9.8 m，弱风化带厚20.9 m；右岸强风化带厚18.5 m，弱风化带厚11.5 m；河床弱风化带厚20.1 m。

坝基持力层的玄武岩，其物理力学性质与下坝址相同。

图1 坝段区工程地质平面图

2 坝址比选

2.1 坝址工程地质评价

(1) 上、下两个坝址相距仅400 m，工程地质条件基本相似，坝基持力层均为玄武岩，岩体基本质量根据岩石的坚硬程度、风化状态和岩体的完整程度划分。依据两坝址坝基岩石的物理力学试验成果，按《工程岩体分级标准》GB50218-2014规定，坝基岩体质量为：

强风化玄武岩、凝灰岩 Ⅳ类

弱风化玄武岩 Ⅲ类

微风化、新鲜玄武岩 Ⅱ类

按《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)坝基岩体工程地质分类标准，坝基持力层弱风化的玄武岩体为BⅢ1类。

(2) 混凝土重力坝或面板堆石坝趾板地基，均要求开挖至弱风化玄武岩上部。弱风化玄武岩为中硬岩，岩体节理裂隙较发育，钻孔岩芯采取率80%～90%，岩芯呈柱状或块状结构；压水试验岩体透水率5～10 Lu。在上、下坝址两岸坝肩分布的强风化凝灰岩，透水率24.4～47.7 Lu(孔深10.8～20.4 m)，钻进中孔口不返水。

(3) 上、下坝址两岸均为岩质边坡，岩层走向与坝轴线基本平行，略倾下游，倾角平缓(10°～15°)，为横向边坡，仅分布有Ⅳ级岩体结构面，无大型裂隙结构面分布，两岸坝肩边坡均整体稳定。

(4) 两岸坝肩分布的凝灰岩，其渗透性属中等透水，存在渗漏问题。因此，坝基和坝肩防渗建议采用帷幕灌浆处理：其灌浆深度以岩体透水率小于5 Lu为控制，处理深度在建基面以下20～25 m；灌浆边界两端长度，应分别延伸到正常蓄水位与地下水位交点，以防止绕坝渗漏。上坝址两岸地下水位较平缓，防渗帷幕线较长，灌浆处理工程量较大。

2.2 坝址比选

上、下坝址均具备建坝条件。下坝址突出优点：在上游50 m处已建的土石坝，可做为施工上游围堰，右岸现已有溢洪道，左岸的输水渠可做为导流明渠，节省了工程投资；两岸坝肩地下水力坡度稍陡，其防渗帷幕灌浆工程量小于上坝址。

由此，两坝址从汇水面积、水文地质、岩体风化、施工布置等条件考虑，推荐下坝址为选定坝址。

3 天然建筑材料

3.1 石料(人工骨料)

本工程所需石料(人工骨料)约12～25万m3。选取的大寨石料场位于下坝址上游约3 km，有通乡公路到达料源地，交通方便。料场开采高程2100～2225 m，地形坡度30°～42°，斜坡长260 m，宽460 m，可开采厚度大于40 m，储量富足。料场岩石为二迭系下统茅口组白云质灰岩，灰白色，中厚层块状结构，岩石新鲜完整，岩性坚硬，为地方已开采的石料场。石料场断裂构造不发育，边坡整体稳定。

从多组取样进行的物理力学特性试验成果看：岩石饱和抗压强度为81.6～84.6 MPa，抗拉强度为5～7 MPa，弹性模量为30～45 GPa，泊松比为0.25，岩块纵波速为5000～6000 m/s。岩石强度高、刚度大，质量好，满足混凝土人工骨料和砌石堆石料要求。经取样检测，做为人工骨料的白云质灰岩不具有潜在碱活性成分。

3.2 围堰土料

下坝址右岸有残坡积粘土，稍湿～湿，可塑，含少量碎石(约10%)，下伏基岩为强风化泥岩，可碾碎呈粉砂状，开采储量约5万m3，可满足围堰用料要求。现场碾压后粘土渗透系数小于1×10-5cm/s，属微透水，满足围堰防渗要求。

3.3 天然砂砾料

坝址区天然砂砾石料分布面积小，多被耕地覆盖，成分亦较复杂，储量少，不宜做为天然砂砾料料源，大坝用料需采用灰岩轧制的人工骨料。