某水电站坝址工程地质分析

柳申周

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司山西太原030024）

1 工程概况

某水电站工程地处紫红河干流上，拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高40 m，正常蓄水位低于坝高4.0 m。水电站总装机容量325 kW，属小（一）型水电站建设工程。

2 坝址区工程地质条件

坝址区具山间河谷地貌。坝址区河流流向S73°W，河谷宽210～300 m，断面呈“U”字型，右岸基岩岸坡陡，左岸土质岸坡较缓。坝址左岸为侵蚀堆积岸，右岸为一单薄山梁，属于剥蚀侵蚀低中山区。

坝址区地层岩性为第四系松散堆积物和三叠系刘家沟地层。松散堆积物根据其物质组成和结构特征，其成因类型如下：1）地滑堆积（Q2del）碎裂状砂岩、粉砂岩及泥岩，分布于左岸山梁中上部。2）崩塌坡积堆积（Q2col+dl）混合土块（碎）石，分布于左岸坡中下部位。3）洪积（Q2pl）低液限黏土，分布于两岸山梁及岸坡上部。4）洪冲积（Q42pal）卵石混合土、低液限粉土，分布于河床与河漫滩。刘家沟组（T1l）紫红色砂岩、粉砂岩，间夹砾岩、砂质泥岩、泥岩薄层，岩层产状N10°～30°W/SW∠6°～15°，强风化层2～5 m。

工程区地质构造相对稳定，地震基本烈度为7度。坝址区地质构造相对简单，断裂构造不发育，岩层整体呈单斜构造，岩体主要节理裂隙发育有3 组。

3 坝基工程地质问题及评价

3.1 建基面选择

坝基卵石混合土层和强风化砂岩、粉砂岩，地基承载力低，且存在不均匀变形，而且砂岩、粉砂岩弱风化层工程地质性质较差，不能满足设计要求，建议全部挖除，将坝基置于砂岩、粉砂岩弱风化中上部，并进行固结灌浆处理，厚度5～8 m。建议弱风化砂岩、粉砂岩承载力1～2 MPa；基坑临时开挖边坡，卵石混合土层1∶0.75，基岩风化层1∶0.3～1∶0.5。

3.2 坝基抗滑稳定性

大坝坝基基岩主要为刘家沟组砂岩、粉砂岩夹泥岩。泥岩单层厚度在0.02～0.45 m 之间，泥岩层具有泥化和局部泥化现象的特征。据坝基钻孔揭露，坝基基岩中主要分布有泥化夹层2～7 层。从地质剖面上分析，其发育程度随岩层的埋深增大而减小，浅部较发育，深部不发育，软弱岩层和泥化夹层连续性较差，一般呈局部泥化，仅在坝基浅部部分地段呈连续分布。泥化夹层大部分为泥含粉粒碎屑型，局部为黏泥型、碎屑碎块型或碎屑夹泥型，属于无膨胀性或微膨胀性岩石。

从地层岩性、岩层产状、软弱岩层发育情况综合分析，坝基在泥岩岩层分布较浅的坝段，特别是泥岩层呈泥化状态时对大坝抗滑稳定不利。建议清除坝基浅表处泥岩层，沿坝线方向开挖一定深度的齿槽，并回填混凝土封闭，增强坝基岩体抗滑稳定性，必要时采取锚固或锚索措施。

3.3 坝基渗漏

坝基置于弱风化岩体中上部，据钻孔压（注）水试验资料，坝基下基岩为中等透水岩体，存在坝基渗漏问题。坝基渗漏量按下式进行计算。

式中：B——渗漏带宽度，取243 m；

q——坝基单宽渗漏量，m3/（d·m）；

kcp——渗透带平均渗透系数，取0.38 m/d；

H——坝前坝后水位差，取27.4 m；

2b——坝基宽，取41 m；

T——渗透层厚度，取15 m。

经计算，坝基渗漏量678 m3/d。其渗透性较强，易产生坝下渗流，建议对坝基进行防渗帷幕灌浆处理。

4 左坝肩工程地质问题及评价

4.1 稳定性分析

4.1.1 地质概况

左坝肩为土质岸坡，岸坡坡度25°～35°，坡脚处局部陡立。岸坡及梁顶部为松散层所覆盖。左坝肩山梁背河侧为基岩小冲沟，边坡坡度32°～55°，沟壁基岩裸露。地层岩性自上而下依次为：1）洪冲积（Q42pal）卵石混合土、低液限粉土；2）崩塌坡积堆积（Q2col+dl）块（碎）石混合土、混合土块（碎）石；3）地滑堆积（Q2del）碎裂状砂岩、粉砂岩及泥岩；4）刘家沟组（T1l）紫红色砂岩、粉砂岩，间夹砾岩、砂质泥岩、泥岩薄层，基岩面呈台阶状分布。见图1 左坝肩山梁构成示意图。

图1 左坝肩山梁的构成示意图

4.1.2 崩塌坡积体稳定分析

左坝肩崩塌坡积堆积（Q2col+dl）混合土块（碎）石、块（碎）石混合土，结构松散，且局部有架空现象存在不均匀变形，不宜作为坝肩。在雨水、库水作用下，堆积体易产生失稳坍塌、变形，其稳定性差。左坝肩混合土块碎石堆积体稳定性差，将产生坍岸破坏。建议将左坝肩处的混合土块（碎）石堆积体全部清除，将大坝置于弱风化完整基岩上。开挖边坡1∶1.00～1∶1.50，必要时可放缓，并采取支护措施，确保施工安全。

4.1.3 坍滑体稳定分析

左坝肩坍滑体（Q2del）为一古老坍滑体。从钻探资料分析，岩层中未发现有泥化夹层，以及明显错动带，这将有利于岩体的稳定。从目前地表观察，未发现有变形位移的迹象，坍滑体处于稳定状态期。在水库兴建后，库水位高程低于坍滑体滑动面，库水不会对其产生淹浸作用，不会影响其稳定性而造成坍滑体复活。建议对左坝肩上部坍滑体进行部分清除，进行固结灌浆处理，增强整体稳定性，并采取必要的支护措施。

4.1.4 岩体稳定分析

在施工期由于人工开挖，左坝肩岸坡松散堆积体被清除，坝肩岩体处于临空状态，且坝肩岩体倾向与坡向相同，为顺向坡。坝肩岩体受节理裂隙与卸荷裂隙切割，岩体多呈块体状，可能存在掉块或局部崩塌现象。建议清除全强风化层，将坝体置于弱风化岩体上，并对坝肩基岩岩体进行锚固和固结灌浆。

4.2 绕坝渗漏

据左坝肩地层结构、地形条件及钻孔压（注）水试验资料，正常蓄水位以下左坝肩的中等透水岩体存在绕坝渗漏问题。绕坝渗漏量按下式进行计算。

式中：k——渗透系数，取4.3 m/d；

H——坝上下游水头差，取27.4 m；

h1、h2——上、下游含水层厚度，分别取16.5 m、0 m；

B——绕坝渗漏宽度，取55 m；

r0——绕坝渗漏最小半圆半径，取20.5 m。

经计算，左坝肩绕坝渗漏量为302.4 m3/d。绕坝渗漏量较强，建议采取帷幕防渗处理措施，灌浆深度约20 m，帷幕长度60 m。

5 右坝肩工程地质问题及评价

5.1 稳定性分析

右坝肩为岩质岸坡，岩层倾向与岸坡相反，为逆向岸坡，且岩体中未发现有泥化夹层软弱结构面存在，岩体稳定性好。由于岸坡陡立，裂隙较发育，岸边局部有可能产生岩块崩塌现象。

5.2 单薄山梁绕坝渗漏

右坝肩处于单薄山梁中部，山梁外侧发育有平行于紫红河的西岭沟，存在单薄山梁绕坝渗漏问题，绕坝渗漏主要发生在右坝肩中等透水岩体中。单薄山梁渗漏量据下式进行计算：

式中：Q—总渗漏量，m3/d；

k—渗透系数，取0.55 m/d；

H1、H2——上、下游含水层厚度，分别取28 m、20 m；

h1-h2——库水位与下游水位差，取38 m；

L——过水段平均距离，取600 m；

B——渗透段总长度，取350 m。

经计算，单薄山梁渗漏量为293 m3/d。建议采取帷幕防渗处理措施，灌浆深度约30 m，帷幕长度约350 m。

6 结论及建议

工程区地质构造相对稳定，地震基本烈度为Ⅶ度。坝基下部发育多层泥化夹层，存在坝基抗滑稳定问题，建议清除坝基浅表处泥岩层，并沿坝线方向开挖一定深度的齿槽。左坝肩土质岸坡存在岸坡稳定性问题，建议对左坝肩崩塌坡积堆积体和坝滑体进行清除，对坝肩岩体进行固结灌浆处理，并采取必要的支护措施。坝基、坝肩存在渗漏问题，建议进行帷幕灌浆防渗处理。