三岔河水库坝址区工程地质问题论证分析

熊 伟,韩 敏,杨 兰

(1.贵州海禹胜天工程咨询有限公司，贵阳 550002； 2.贵州中水建设管理股份有限公司，贵阳 550002； 3. 西安理工大学，西安 710048)

1 工程概况

三岔河水库工程位于贵州省务川县黄都镇万元村境内，属长江流域乌江水系洪渡河上游丰乐河左岸二级支流。坝址距黄都镇政府约2.3 km，距务川县约53 km。水库地表集雨面积为4.6 km2，坝址河床高程约为873 m。水库正常蓄水位919.00 m，相应库容约为158.00×104m3，属Ⅳ等小(Ⅰ)型水库。挡水建筑物为混凝土重力坝，最大坝高66 m。在三岔河水库成库条件地质勘察中，结合丰乐河流域水资源合理开发规划，对坝址区工程地质条件及地质问题进行全面分析和反复论证[1]，为合理选择坝址和不良地质问题处理提供详实的地质资料与论证结果，确保枢纽建筑物设计与工程实际具有良好匹配性，推动工程高效优质的施工建设。

2 坝址区工程地质条件

2.1 地形地貌

设计优选的上坝址位于建坝河段的起始河段，河流流向N84°W，上游为S3°W。坝址处河流急转弯处，右坝肩总体为凸出山脊地形。右岸925 m高程以下自然坡度60°～55°，925 m高程以上30°～35°，河床高程873 m左右，河床宽3.5～5 m，槽谷宽33～46 m。河流两岸均有宽10～20 m的台地，台地高于河床0.7～1.5 m，左岸山顶海拔高于1 100 m，自然坡度65°～80°，局部为陡壁。坝址区呈基本对称U字型河谷地貌，见图1。

图1 坝址区地形地貌(上游下视)

2.2 地层岩性

两岸大多基岩裸露，河床覆盖层厚度1.5～3 m，成分为砂卵石、块石夹少量黏土；在左岸坡脚一带有崩塌堆积分布，厚度3～8 m,成分为块石、碎石夹少量黏土，结构松散，下伏基岩地层为寒武系中上统娄山关群第二段(∈2-3ls2)，岩性为薄层夹少量中厚层白云岩、灰质白云岩夹白云质灰岩、灰岩，其中白云质灰岩、灰岩所占比例约30%。

2.3 地质构造

坝址区位于黄都断层(F6)东侧，坝轴线距离断层轴线约1.7 km，受F6断层影响，左坝肩发育余家湾(f1)断层，断层带至河床平距约300 m。岩体节理裂隙发育，其中发育在左坝肩3号冲沟西侧的L11节理裂隙规模较大，产状N60°～80°E/NW∠62°～85°，延伸长度约15 m，宽0.5～3 m，切深5～20 m，为裂缝，充填岩块岩屑(钙质)，连通率大于90%。坝址主要结构面统计见表1。

表1 坝址区主要结构面特性统计表

从表1可知，岩层成单斜产出，产状为N25°E/SE∠20°，倾向上游微偏左岸。

2.4 物理地质现象

上坝址左坝肩坡脚一带有3#崩塌堆积体(BT3)分布，顺河向长约90～105 m，后缘高程为886 m，前沿至河边，铅垂厚度2～6 m，体积约0.2×104m3，成分为块石、碎石夹少量黏土，呈松散状态，现状稳定。

2.5 岩溶水文地质条件

在坝址区未发现明显溶洞、落水洞等，但岩芯表面溶蚀现象明显，两岸地下水位较为低平，但高于河水位。表层强烈溶蚀风化岩体节理裂隙发育，多呈张性，岩体吕荣值一般8～15 Lu，属于中等透水性下带至弱透水性上带；裂隙性溶蚀风化上带岩体节理裂隙较发育，部分呈张性，岩体吕荣值一般5～8 Lu，属于弱透水性中带；裂隙性溶蚀风化下带及微新岩体节理裂隙少量发育，岩体吕荣值一般2～5 Lu，属于弱透水性下带[2]。左右岸地下水力坡降为5%～10%。该河段河床常年有水，地下水动力条件为地下水补给河水。根据地表地质测绘、地质钻探、物探、室内试验等成果[3]，对坝址区岩体进行综合风化分带，见表2。

表2 坝址区岩体风化分带表

3 坝址区工程地质问题论证分析

3.1 建基面的选择

挡水大坝最大坝高65 m，接近中坝的上限。坝址区河段河谷狭窄，河床覆盖层厚1.5～3 m，两岸大多基岩裸露，坝址区地层为寒武系中上统娄山关群第二段∈2-3ls2，岩性为薄层夹少量中厚层白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、灰岩等，其中白云质灰岩、灰岩所占比例30%，岩层产状总体倾向上游微偏左岸，岩体呈层状结构，岩层成单斜产出，岩层产状为N25°E/SE∠20°，倾向上游微偏左岸。坝址区均为中硬岩，无软弱夹层分布，两坝肩岩体卸荷裂隙发育，多充填黏土，抗压及抗变性能差，不宜作为大坝建基面[4]；弱风化及微新岩体力学强度较高，抗变性能较强，需将弱风化下带岩体作为大坝建基面。

3.2 坝基承载力及压缩变形

坝基开挖至设计的建基面高程后，下伏岩性均为白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、灰岩等，为弱风化下带至微新岩体，裂隙多呈闭合状。根据试验资料综合分析，坝基岩体承载力综合值为fk=2.5～3.0 MPa,可满足中坝的坝基承载力要求[5]。层间无软弱夹层分布，坝基无压缩变形问题。坝基岩体为白云岩(类)和灰岩(类)，总体呈互层状结构，岩性物理力学参数有一定差异，白云岩岩体隐节理发育，且防止在基础开挖过程中对坝基岩体的完整性造成破坏，需对坝基以下一定范围内岩体进行固结灌浆处理。

3.3 坝基抗滑稳定分析评价

坝址区河段河床平缓，水力坡降2%～3%，无明显陡坎、深潭发育，无明显临空面存在。两坝肩岩体节理裂隙较发育，可概括为4组。岩层总体倾向上游，倾角20°，对坝基抗滑稳定不利，坝基(肩)滑移模式：卸荷裂隙为侧滑面，岩层层面为底滑面，见图2。

图2 重力坝坝基抗滑稳定分析示意图

坝基岩体节理裂隙较发育，为防止坝体混凝土与基岩接触带及附近出现浅层滑动，需在坝体与坝基岩体接触带设置抗滑措施[6]，且对建基面以下10～15 m岩体进行固结灌浆处理。

3.4 坝肩边坡稳定分析

自然边坡：右坝肩总体为凸出山脊地形，右岸925 m高程以下自然坡度60°～55°，925 m高程以上30°～35°；左岸山顶海拔高于1 100 m，自然坡度65°～80°，局部为陡壁，左岸有3条冲沟发育，两岸基岩裸露，岩层倾向上游微偏左岸，在左坝肩3号冲沟与2号冲沟之间山脊的912～887 m高程段边坡受节理裂隙切割，导致下部岩体垮塌形成倒悬地形，但上部岩体较完整，后缘未见贯穿性节理裂隙发育，两岸自然边坡稳定[7]。

开挖边坡：①坝基：覆盖层开挖边坡高度小于3.5 m，成份主要为砂卵石、漂石等，由于结构松散，在坝基开挖时应进行合理放坡，坝基崁深为8～10 m，在坝基开挖过程中需采取合理支护；②左坝肩：地形坡度65°～80°，边坡开挖后将会形成超过70 m的人工岩质边坡，下游侧为顺向坡，上游为逆向坡，坝肩有多组节理裂隙发育。在坝肩开挖过程中，有垮塌或严重掉块的可能，特别是受卸荷裂隙影响，开挖过程中后缘边坡有顺卸荷裂隙垮塌的可能，需采取放坡开挖，且及时进行合理支护处理。③右坝肩:边坡930 m高程以下自然坡度较陡，基岩裸露，930 m高程以上自然坡度30°～35°，坝肩开挖后将形成约20 m的人工土石边坡，下游侧为顺向坡，上游侧为逆向坡，坝肩有多组节理裂隙发育，在坝肩人工边坡形成后须及时进行合理的支护处理。

3.5 下游河床抗冲刷评价

坝址下游河床宽约6～8 m，覆盖层厚2～4 m，设计枢纽采取坝顶溢流，20年一遇下泄流量58.6 m3/s,设计挑流距离最大11.63 m；冲刷区基岩均为于寒武系中上统娄山关群第二段(∈2-3ls2)薄层夹少量中厚层白云岩、灰质白云岩、白云质灰岩、灰岩等，为中硬岩，抗冲刷能力较强。溢流雾化区的影响：设计挑流距离最大11.63 m，溢流雾化区应在坝脚至60 m范围内，大坝建成蓄水后，其上下游水头差达46 m，溢流将在这一带形成强降水区，两岸坡将长期处于湿润状态，但两岸基岩裸露，均为中硬岩，溢流强降水不会产生大规模滑坡、崩塌等坍岸现象，但局部有小规模垮塌或掉块的可能，需对岸坡和河床进行抗冲刷处理。

3.6 绕坝渗漏及防渗帷幕处理

坝址区基本地质条件、防渗方案选择和边界的确定原则均同混凝土拱坝。根据坝址区地形情况，两岸地形陡峭，两岸帷幕灌浆均应在灌浆廊道内实施，坝址区岩体节理裂隙发育，且有明显溶蚀现象。即两岸防渗帷幕端点接水库正常蓄水位与地下水位交点深入约15 m，两端帷幕下限以进入地下水位15～20 m为宜，河床段防渗下限以工程区最低排泄基准面(黄都河河床高程838 m)且岩体透水率小于3 Lu以下10 m。帷幕线总长510 m，帷幕总面积22 932 m2，两岸均应在灌浆平硐内施灌，左岸灌浆平硐长176 m，右岸灌浆平硐长177 m。宜按双排孔布置，孔间距3.0 m，排距3.0 m，梅花型布置。

4 结 论

1)选取多点进行槽探开挖，并结合地质测绘。结果表明，右坝肩存在节理裂隙发育，但岩体无明显位移现象，钻探及压水等均无异常。坝址处无大型断层或其他构造通过，坝肩岩体整体稳定，设计优选坝型为混凝土重力坝。

2)将弱风化下带岩体作为坝基及坝肩下段建基面，坝肩上段建基面为弱风化上带岩体，建基面岩体承载力综合值为2.5～3.0MPa，坝基岩体压缩变形问题不突出。

3)两坝肩岩体节理裂隙较发育，其中左坝肩L11为裂缝，对坝肩抗滑稳定不利。两岸自然边坡稳定，按常规放坡开挖工程量大，受卸荷裂隙和其他结构面影响，开挖完成后形成的人工高陡边坡稳定性差，须及时采用合理支护措施进行处理。