大石门水利枢纽工程坝址区工程地质条件分析评价

李 刚

（新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

大石门水利枢纽工程坝址区位于车尔臣河由东西向向南北向肘状拐弯处，是一项承担防洪、发电和灌溉任务的综合利用水利枢纽工程。枢纽挡水建筑物为沥青心墙坝，其中心墙坝坝高128.8 m，坝长205 m。设计总库容为1.27亿m3；工程由拦河坝、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞、发电引水洞、地面厂房及电站尾水渠等组成。根椐《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定，工程为大Ⅱ型工程。

2 地形地貌

坝址位于自东向西的车尔臣河与自南向北的托奇里萨依河汇合处下游约300 m处，坝址区河谷呈深“V”形，河流纵坡约12.5‰。坝址右岸为阿尔金中低山，山顶高程与谷底相对高差近200 m，右岸基岩出露。左岸为Ⅷ～Ⅸ级基座阶地，阶地面较平坦，地表高程高于河面高程170 m左右，基岩基座的顶面在阶地前缘陡坎上出露位置呈山包状，基岩面垂直河流方向也呈下降趋势，略有起伏，上部沉积深厚的砂卵砾石，最深厚度达295 m，为古河道进口，古河道进口宽约2.7 km。

3 地层岩性

坝址区出露的地层岩性为：

2）侏罗系下-中统（J1-2）：岩性主要为灰绿色砂岩、棕红色泥岩、砂质泥岩夹煤层。岩体中厚层状，层理发育，主要分布在坝轴线及下游地区，与下元古界阿尔金群呈断层接触。

3）坝址分布的地层第四系主要有：

（3）全新统地层：为冲洪坡积的砂砾石，厚度2～10 m。主要分布于现代河床、冲沟底和出口和岸坡坡脚。

4 地质构造

坝址区在区域构造上位于塔里木陆块南部边缘与阿尔金山断隆、东昆仑褶皱山系交汇地域。岩层走向以 35°～60°为主，倾 NW 或 SE，倾角一般 45°～70°，主要呈中-厚层状。坝址区的节理裂隙发育，节理大多为南东向顺层节理，均为压扭性；裂隙则主要为岸坡岩体后缘卸荷裂隙，规模都不大。

坝址区发育的断裂主要的断裂为穿过坝轴线的f17断层（大石门断层），产状为 300～340°SW∠40～50°。该断层为中更新世断层。

坝址区河谷深切，两岸岸坡较陡，多在50°～80°左右，局部近直立，岸坡浅部岩（土）体向临空方向松弛卸荷，发育卸荷裂隙，卸荷裂隙与层面及坝址区发育的缓倾角节理裂隙形成不利组合，易产生塌滑及崩塌。对坝址有影响的崩塌体有4处，其稳定性较差，需采取清除处理措施

5 水文地质

坝址区地下水主要有两类，一类为河床冲积砂砾石层中的孔隙潜水。另一类为基岩裂隙水，地下水主要赋存于岩体发育的各种结构面中，两岸地下水补给河水。根据试验成果。环境水对混凝土无腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构有弱腐蚀性。

6 坝址工程地质条件

坝址区右岸大部分基岩裸露，左岸岸坡下部基岩出露，岩性为下元古界阿尔金群（）蚀变辉绿岩、片岩和侏罗系中-下统泥岩、砂岩夹煤层。

蚀变辉绿岩、片岩，呈厚层状，岩体的透水性受岩体风化、卸荷程度和节理发育程度的控制。基岩强风化层厚2～3 m，弱风化层厚10～15 m。强、弱风化层岩体内节理裂隙发育，贯通性较好，根据钻孔压水试验资料：左岸基岩透水率q≤5 Lu的界线一般在基岩面以下埋深25～37 m，q≤3 Lu的界线在基岩面以下埋深40～70 m；河床部位q≤3 Lu的界线在基岩面以下埋深39～47 m；右岸基岩透水率q≤3 Lu的值界线在基岩面以下埋深埋深40～70 m。

侏罗系地层岩性为泥岩和砂岩互层，夹薄层煤层，呈中厚层状，节理裂隙发育，岩体风化主要受地形的影响。根据钻孔和物探资料综合分析，基岩强风化层厚2～3 m，弱风化层厚10～15 m。据钻孔压水试验成果，河床部位q＜5 Lu的界线在基岩面以下埋深16 m左右，河床部位q≤3Lu的界线在基岩面以下埋深36m左右。

7 主要工程地质问题

7.1 左坝肩情况

7.1.1 左坝肩稳定性

地面上部出露的岩性为第四系砂卵砾石，厚度8～35 m。该层下部为基岩，岩石裸露，岩性为蚀变辉绿岩、片岩，岩石自然坡度70°左右，岩体强风化层厚2～3 m，弱风化层厚10～15 m。岩石属中硬岩。

基岩面自阶地前缘附近向岸坡外逐渐下降，在左坝肩左侧为深厚型的古河道进口。在左岸河床附近陡坎发育大石门断层f17，断层宽度2～5 m，断层倾向上游，断层下部岩性为侏罗系泥岩、砂岩夹煤层，岩体破碎，岩层产状50°SE∠70°。建议沿断层带在开挖过程中形成不稳定块体及产生的塌滑和崩塌体予以清除，断层带采用混凝土填塞并进行灌浆处理。清除大坝范围岸坡不稳定崩塌体。整体看左坝肩岸坡较陡，裂隙发育，表层岩体较差，但整体稳定性较好。

7.1.2 绕坝渗漏[1]

左岸段基岩面自阶地前缘附近向岸坡外逐渐下降，左坝肩左侧上部覆盖深厚的砂卵砾石层，为古河道。古河道进口位于库区左岸，宽约3 km，出口位于坝址下游2.3 km。古河道两岸基岩出露，河道内沉积了深厚的砂卵砾石层，厚度50～295 m，底部岩性为下元古界蚀变辉绿岩。古河道最底部低于正常蓄水位最深205 m，蓄水后，库区左岸均为砂卵砾石层，渗透系数为3.73×10-3m/s，该层存在渗漏的可能。经过中国水利科学研究院的三维建模计算，水库左岸古河道的年渗漏量为3078.6万m3；根据计算成果分析，库区左岸古河槽渗漏量对库区影响不大，但为考虑坝后建筑物安全，设计采用防渗灌浆处理，

根据三维计算，增加左坝肩的防渗长度，能够降低下游溢出部位的水力坡降，降低绕坝渗漏对下游建筑物的影响，综合经济和技术因素，增加防渗长度570 m较为合适。并在下游沿岩面设置排水洞减少溢出水对下游左岸高边坡产生的渗透破坏。

7.2 河床段

7.2.1 坝基稳定性

河床宽约23 m，河床表层为砂卵砾石层，厚5～10 m，为强透水层。下部为岩性为蚀变辉绿岩、片岩，无大的断层通过，基岩岩石较完整，坝基稳定。

7.2.2 坝基渗透稳定及渗漏

1）坝基渗透稳定

坝址区第四系冲积砂卵砾石层厚5～10m，根据砂卵砾石颗粒组成、含量、级配情况分析，坝基不存在液化的可能性，存在渗透变形的可能。依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）计算，坝基砂卵砾石的渗透破坏形式为管涌型，允许水力比降为0.10。水库蓄水后，在水头差的作用下，河床砂卵砾石存在渗漏和渗透稳定问题，建议河床覆盖层采取防渗处理措施或清除。

2）坝基渗漏

据钻孔压水试验，河床孔岩体透水性较弱，弱风化6～7 Lu，属弱透水，在弱风化上部5 m段透水率为12.7 Lu，属中等透水。坝基岩体透水率q≤3 Lu值界限均在基岩面以下埋深35 m左右。上部岩体35 m的透水率不能满足防渗需要，坝基应清除覆盖层，河床部位心墙底部需座落于强风化下限，并进行帷幕和固结灌浆防渗处理。

7.3 右坝肩情况

7.3.1 稳定性评价

该段基岩裸露，岸坡陡峻，自然坡度 65°～70°。岩性为下元古界蚀变辉绿岩、片岩，岩体强风化层厚2～3 m；弱风化层厚10～15 m。

该段岸坡较陡，岩体表层节理发育，局部发育顺坡向裂隙，岩体破碎，对边坡不利，需进行相应的工程处理。右坝肩上下游段基岩顶部分布有薄层砂砾石层，易掉落滑塌，需进行相应的工程处理。

7.3.2 右坝渗漏评价

右岸山体较厚，不存在绕坝渗漏问题。根据压水试验：右岸岩体20 m以上透水率均大于10 Lu，属于中等透水区；20 m以下岩体透水率小于5 Lu，属于弱透水和微透水区。其中岩体透水率q≤3 Lu的值界线埋深35～40 m。因此，本段基岩上部透水率较大，不能满足坝基防渗要求，建议对该段进行帷幕和固结灌浆防渗处理。

8 结论与建议

坝址区地形呈现V形发育，整体看两岸坡较陡，裂隙发育，表层岩体较差，但整体稳定性较好。坝址两岸岩体透水性q≤3 Lu的界线在基岩面以下埋深40～60 m，埋深较深，作为坝基基础需清除覆盖层及基岩强风化层，基础置于弱风化层中上部，并对坝基进行防渗处理。

坝址区主要的地质问题主要是左坝肩古河道绕坝渗漏的问题，根据三维计算，通过增加防渗长度，降低下游溢出部位的水力坡降。并在下游设置排水洞，减少溢出水对下游左岸高边坡产生的渗透破坏。

建议：坝址基础开挖时应清除左右岸边坡表层危石，并进行支护。对古河道帷幕灌浆效果进行检测分析，对坝后高边坡的影响应进行重新计算分析。