龙门洞口水库地质条件分析及坝型优化比选

曲芯雨

（四川大学水利水电学院，四川 成都 610000）

峨眉山位于四川省峨眉山市，处于多种自然要素的交汇地区，区系成分复杂，生物种类丰富，特有物种繁多，保存有完整的亚热带植被体系，海拔3099 m，高出峨眉平原2700多米，气候垂直分带显著，植被垂直分异明显。地形西南高、东北低，山中河流流向均自西向东，汇入大渡河后继续东流至乐山注入岷江。坝址区交通方便，较为发达。本文基于水库坝址区地形地貌、地质构造等地质条件，对水库坝型进行比选。

1 库区地质概况

峨眉山最大相对高差达2600 m。水库库区所在地为中山峡谷，由于河流的侵蚀与溶蚀作用、地壳的垂直升降运动，库区内可见河谷地貌与喀斯特地貌。水库坝区附近的有大量受水流冲蚀仍保留的强度较高的石块，河段上游有坚硬的、可供开采的玄武岩，经地质锤敲击估计强度均在25 MPa～50 MPa，可用于筑坝材料。混凝土坝的骨料、土石坝的堆石坝体，由于缺乏粘性土，若修建土石坝则需从外地运输，成本较高，不经济，坝区两岸有通往峨眉山景区的公路，道路车流量较大。各种坝型对外交通条件和场地条件类似，布置施工生产生活设施[1]。上游村庄较多，需要考虑水库蓄水后的可能造成的移民问题，并且建坝过程中声音嘈杂、粉尘较大、河流被截断等可能影响当地居民生活及景区运行，需提前沟通。

龙门洞地区地层为三叠系，其沉积、层面构造非常典型，发育完全。由上游库区淹没区（五显岗）到坝区（龙门洞口）的岩性分布如下：

（1）五显岗至挖断山断层。主要为峨眉山玄武岩，且大多数处于微风化或弱风化状态，由西到东逐渐过渡到破碎状态。

（2）挖断山断层至牛背山断层。主要为石英岩，岩性坚硬，但石灰岩的岩溶现象显著，沿途有两个处于不同高层的溶洞，为峨眉山矿泉水公司取水点。

（3）牛背山断层至拟建坝址。主要为砂岩、页岩和泥岩。岩性坚硬，风化程度较低。

2 水库坝址区工程地质条件分析

2.1 坝基（肩）稳定性分析

（1）坝基

库坝区的嘉陵江组岩层，下部是白云岩夹云泥岩，中部为灰岩及泥灰岩（上部在此地已被风化，不存在）。白云岩和灰岩为硬岩，强度较高，结构致密。岩层倾向上游，倾角较大，不利于形成单一的滑动面，但需要考虑可能有几组结构面形成连续的滑动面。另外，此处库容小，坝高低，扬压力低，对坝基承载力要求不高，较为安全。由于白云岩和灰岩均为化学岩，具有可溶性，在流水的作用下易形成洞穴、地下河等岩溶现象。因此需要对此处进行更细致的考察，确定有无岩溶，及时采取措施以免造成坍塌等安全问题。

（2）坝肩

坝区河段左右岸不对称，岩层软硬相间，可能造成不均匀变形。但若不修建拱坝，则影响不大。施工时可将右岸的残积物挖去，削成陡坡，或者采取填坡脚的措施，加固右岸。需要挖去两岸的风化层，使坝修在新鲜面上，增加稳定性。

2.2 坝址区边坡稳定分析

库区上游区段具有十分明显的柱状结构，见图1，为原生结构面，其后渐为破碎状，节理发育。中游区段，为原生结构面，牛背山断层为逆断层，为次生结构面。下游区段为砂岩地区，为沉积岩原生结构面。

图1 库区上游区段柱状结构

在库区中段，岩质边坡的石灰岩岩石结构面几乎呈水平，方向与河道一致。岩性较好，但溶蚀现象严重，并且期间的挖断上断层（225°∠50°）和牛背山断层（70°∠80°）均与河道大角度斜交，倾角也较大。

库区下游段为纵谷，坡为斜坡，沉积岩结构面几乎垂直于水平面，延伸方向与河道相同，多为砂岩和页岩，可以得出结论，库区边坡稳定性差，容易发生滑坡等地质灾害。

坝区主要结构面垂直于河流流向，为沉积岩原生结构面，另一组结构面与河流流向平行，是地质运动造成的次生结构面。坝区位于挖断山以下，岩体为沉积结构面，主要产状为310°∠73°，大倾角与上游相交。岩体表面还存在许多次生结构面，把岩体分割成多个未脱落的破碎块，边坡不稳定。

3 水库坝址区地质处理措施

通过地质勘查和分析，龙门洞口水库库区可能存在边坡失稳和水库坝区渗漏等问题，必须采取相应措施加以处理。

3.1 边坡失稳防治措施

在五显岗至龙门洞这段路，沿河的一边有一处山体滑坡，此处滑坡主要因为地层岩石为三叠系上统的泥岩与页岩互存，泥岩遇水极易软化，在洪水期雨水侵入，岩体自重增加、遇水软化，产生滑坡。防治滑坡的工程措施很多，如设置滑坡体外截水沟、改变滑坡体的外形、设置抗滑建筑物等。

在五显岗—龙门洞这段路，有两处崩塌。其中一处位于交通要道旁边，崩塌一旦发生，就会使公路和铁路被掩埋，阻隔交通，给运输带来重大损失。另一处崩塌位于背斜核部，由于距背斜核部近，裂隙发育，岩性下降，同时由于水进入裂隙，降低铰接强度，从而降低了岩体强度。此处发生崩塌，会挡住引水渠，影响水电站发电。因此可修筑支挡工程、镶补沟缝及布置排水建筑物等措施防止崩塌。

3.2 水库坝区渗漏处理

水库四周山体较厚，水库周围的岩层夹泥较多，封闭性较好，不易造成渗漏。水库周围岩溶现象较多，需要采取措必要措施，避免集中渗漏。

坝区左岸岩层夹泥较多，透水性差，难以造成绕坝渗漏；右岸残积物较多，且次生结构面(235°∠80°)极为发育，需要考虑绕坝渗漏；对于坝基，由于岩石的可溶性，需要考虑岩溶造成的绕坝渗漏，并采取一定措施。

4 水库坝型优化比选

水库坝型的选择主要有混凝土坝与心墙坝、堆石坝、土石坝等。

4.1 拱坝和重力坝比选分析

混凝土坝又分为拱坝和重力坝。对于拱坝而言，此河段虽是峡谷，但两岸不对称，岩层软硬相间，右岸次生结构面发育，边坡不稳定。若修建，则可能导致坝肩不均匀变形，造成严重事故；虽然也可采取措施继续修建拱坝，但并不经济。对于重力坝而言，坝体体积大，耗用水泥多，运输费用高；施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求较高。相比来说，修建重力坝不失为一个较优的选择。

4.2 心墙坝、堆石坝、土石坝比选分析

当地材料坝主要有心墙坝、堆石坝、土石坝。考虑到缺乏粘性土，此处主要考虑修建混凝土面板堆石坝。面板堆石坝与重力坝在优点上相近。面板堆石坝中的面板需要一定量的粘性土，运输增加成本；重力坝受自然条件影响较大。两者有一定局限性。因此，若是修建混凝土面板堆石坝，则克服了两者的弊端，充分的发挥了两者的优势，具有工期短、投资省、收益早的明显优点[2]，属于最佳选择。

地质条件及坝型论证分析表明，混凝土面板堆石坝最优，其地质条件适应性强、枢纽布置简单、工程投资效益好，设计优选混凝土面板堆石坝方案[3]。

5 结论

综合考虑龙门洞口坝址的地形、地质、水文条件等实际情况，应选择修建混凝土面板堆石坝[4]。

（1）由于河段流量并不太大，可以将溢洪道布置在坝面，减少成本；调查库、坝区岩溶发育情况，做好防渗工作，可在上游采取铺盖防渗，在两岸边坡采取排水措施，特别注意连通外部的大型岩溶通道。

（2）调查周围山谷的地形情况、水文条件，做好库区渗漏的分析；需要注意上游村庄处遗留的古滑坡问题，在库岸做好防滑措施。

（3）坝基和右岸岩体加固，增加坝基及坝肩的稳定性；在施工运行期，根据水文信息，做好水文预报、兴利调度，确保电站得以安全、稳定、经济的运行。