犬木塘水库工程各比选坝址工程地质条件及选择

李海鸥，杜兴武

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007）

前 言

犬木塘水库工程是解决湖南省“衡邵干旱走廊”水资源短缺问题的骨干水利工程，位于湖南省邵阳市城区西侧，交通十分便利。水库正常蓄水位215.0 m，总库容约1.8 亿m3，电站总装机容量30 MW，为Ⅱ等大（Ⅱ）型水利水电工程。可研阶段在邵阳市附近河段依次选取了梅子井、百春园、神滩渡、田江4 个坝址进行比较，其中梅子井坝址位于邵阳市区上游河道拐弯处，下距桂花大桥约2.2 km，距百春园坝址约3 km；百春园坝址位于桂花大桥下游约0.8 km，下距资江大桥约1.5 km，距神滩渡坝址约1 km；神滩渡坝址位于资江二桥上游约0.5 km，下距田江坝址约18 km；田江坝址位于邵阳市下游、晒谷滩电站库区内，上距邵水河口约8 km。

1 坝址区工程地质条件

坝址区位于资江上游邵阳市城区附近河段，坝段长约17.4 km，地貌形态以河流侵蚀低山丘陵为主。资江河流蜿蜒曲折，穿邵阳市城区而过。河谷宽阔，河床宽度为180～800 m。工程区50 年超越概率10%时的基岩水平地震动峰值加速度为0.055 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应地震基本烈度为VI 度。

1）梅子井坝址基本地质条件。梅子井坝址位于桂花大桥上游约2.2 km 处，河流从西北流入坝址区再折向北东流出。坝址区为不甚对称的宽敞式“U”型河谷，河床高程199.8～207.5 m，水深1.0～8.0 m，正常蓄水位（215.0 m）时水面宽约480 m。坝址区左岸为岗丘，为Ⅱ级阶地，阶面高程220.0～225.8 m，阶面宽260～280 m；右岸为低矮山丘，山顶高程238.0～243.0 m，下陡上缓，临河岸坡坡脚35°～40°。

坝址区出露地层有泥盆系上统锡矿山组下段（D3x2）粉砂岩、粉砂质灰岩及砂质灰岩及石炭系下统岩关阶下段（C1y1）灰岩、炭质灰岩、泥质灰岩，夹炭质页岩、粉砂岩及石英砂岩等。另外地表还有第四系松散堆积分布。

坝址区处于邵阳市—黄塘压扭性区域断层（F1）西北侧，F1断层顺右坝肩向下游延伸，受其影响坝址区岩石产状比较凌乱，且次级构造及岩溶发育，坝区内共发育断层8 条。坝区左岸岩层产状：N43°E·SE∠38°～45°，斜切河床，倾向下游偏右岸，右岸岩层产状：N37°W·NE∠50°～53°，斜切河床，倾向下游偏左岸。坝区发育有28 条炭质页岩层，以炭或泥为主，延伸较长，一般厚10～70 cm，最厚达3.0 m，主要分布在河床及右岸。

坝址区地下水类型主要为松散堆积层中的孔隙水和岩溶裂隙溶洞水。坝址相对隔水层（q＜5 Lu）顶板深度左岸29.2～69.0 m，河床10.8～52.2 m，右岸25.1～42.6 m。

坝区不良地质现象主要为岩体风化、岩溶及坍岸。根据地表调查，地表岩溶形态主要以溶沟、溶槽及溶隙为主，岩溶非常发育。另外，根据钻孔揭露、物探及孔内摄影，坝区岩体还发育较多溶隙和溶洞，钻孔遇洞率约50%，最大一个溶洞洞高达12.0 m，溶洞发育最大深度达50.4 m。

坝址区主要存在坝基抗滑稳定、坝基（肩）渗漏、岩溶塌陷、边坡开挖稳定、抗冲刷稳定及基坑涌水问题。

2）百春园坝址基本地质条件。百春园坝址位于桂花大桥下游约0.8 km 的白洲河段，河流流向N37°W。河床偏右侧有白洲江心洲，长约950 m，宽150～190 m，地面高程209.5～213.5 m。坝址区正常蓄水位（215.0 m）时水面宽约540 m。坝址区为一基本对称的宽敞式“U”河谷，两岸均为Ⅰ级阶地，左岸阶面高程214.0～216.2 m，阶面宽200～360 m，右岸阶面高程215.4～218.6 m，阶面宽60～180 m。两岸阶地后缘均为低矮山丘，高程230.0～258.0 m。

坝址区出露地层单一，主要为白垩系下统（K1）粉砂岩、泥质粉砂岩等及第四系松散堆积层。

坝址区为单斜构造，受基底起伏不平及区域构造影响，坝区岩体产状总体为：N55°～85°E·NW∠15°～25°，近横切河床，倾向下游稍偏右岸。坝址区断层不发育，主要发育两组节理裂隙。另外，根据地质测绘及钻孔孔内摄影资料，坝址区坝基岩体中夹有薄层的破碎夹泥层，共揭露10 条。

坝址区地下水类型主要为松散堆积层中的孔隙水和基岩裂隙水。坝基相对隔水层（q＜5 Lu）顶板深度左岸18.0～27.1 m，河床8.0～30.7 m，右岸18.0～28.5 m。

坝址区不良地质现象主要为岩体风化、滑坡及坍岸。坝址区河床强风化岩体较薄，为0.5～1.5 m，两岸略深，为2～5 m。

坝址区主要存在坝基抗滑稳定、坝基（肩）渗漏、边坡开挖稳定、抗冲刷稳定问题。

3）神滩渡坝址基本地质条件。神滩渡坝址位于资江二桥上游约0.5 km 处，河流流向N20°E。坝址区为不甚对称的宽敞式“U”型河谷，左岸为低矮岗丘，山顶高程241.0～258.8 m；河床水面宽度220～350 m，高程195.4～206.0 m，水深2.0～12.6 m，正常蓄水位（215.0 m）时水面宽约390 m。右岸为Ⅰ级阶地，阶面高程214.4～217.0 m，阶面宽200～300 m，Ⅰ级阶地后缘为Ⅱ级阶地，阶面高程220.0 m 左右，阶面宽大于200 m。

坝址区出露地层单一，主要为石炭系岩关阶下段灰岩、炭质页岩、泥质灰岩、炭质灰岩等地层及第四系松散堆积层。

坝址区为单斜构造，岩层产状：N70°～80°E·SE∠45°～65°，斜切河床，倾向上游稍偏右岸。坝址区共发育4 条断层。坝址区坝基岩体中发育5 条炭质页岩层，灰黑色，完整性差，岩性软弱，有遇水泥化的特征，厚薄不一。

坝址区相对隔水层（q＜5 Lu）顶板深度左岸28.2～32.4 m，河床25.5～51.9 m，右岸35.6～43.4 m。

坝址区不良地质现象主要为岩体风化、岩溶、滑坡及坍岸。根据地表调查，地表岩溶形态主要以溶沟、溶槽及溶隙为主，岩溶比较发育。另外，根据钻孔揭露，坝区岩体还发育较多溶隙和溶洞，最大一个溶洞洞高达5.3 m，溶洞发育最大深度达44.8 m。

坝址区主要存在坝基抗滑稳定、坝基（肩）渗漏、岩溶塌陷、边坡开挖稳定、抗冲刷稳定及基坑涌水问题。

4）田江坝址基本地质条件。田江坝址位于邵阳市城区下游的田江村河段，位于晒谷滩水电站库尾回水线内，河流流向N10°E。河床中间有一江心洲——谷洲，长约930 m，宽410～550 m，地面高程208.6～210.9 m。坝址区正常蓄水位（211.5 m）时水面宽约735 m。坝址区为一不甚对称的宽敞式“U”河谷，左岸为Ⅰ级阶地，阶面高程212.7～218.5 m，阶面宽100～350 m，Ⅰ级阶地后缘为Ⅱ级阶地，地形上多为岗丘，山顶高程236.3～263.4 m。右岸沿河为Ⅰ级阶地，阶面高程211.3～216.5 m，阶面宽40～80 m，Ⅰ级阶地后缘为低丘岗地，山顶高程232.0～251.0 m。

坝址区基本被第四系松散层覆盖，下伏基岩主要为白垩系上统（K2）砂砾岩、含砾砂岩等。

坝址区为单斜构造，左岸岩层产状：N60°～70°W·NE∠3°～8°，倾向下游稍偏右岸，右岸岩层产状：N70°～80°E·NW∠5°～10°，倾向下游稍偏左岸。坝址区未见断层发育，节理裂隙主要发育两组：

坝址区相对隔水层（q＜5 Lu）顶板深度左岸21.4～27.2 m，右岸14.6～17.5 m，河床10.0～18.5 m。

坝址区不良地质现象主要为岩体风化及坍岸。

坝址区主要存在坝基抗滑稳定、坝基（肩）渗漏、边坡开挖稳定、抗冲刷稳定问题。

2 坝址比较与选择

梅子井、百春园、神滩渡及田江4 个坝址均能满足兴建低水头混凝土闸坝的要求，但各坝址的地形条件、岩性、岩体工程地质特征及水文地质条件仍存在一定的差异，现比较如下：

1）地形地貌上，梅子井坝址处于河道拐弯处，右岸为自然高地，左岸为阶地，需修连接坝，两岸均高于正常蓄水位，对建坝有利；百春园坝址两岸及神滩渡坝址右岸Ⅰ级阶地阶面高程在正常蓄水位附近，均需修建堤防才能满足设计要求；田江坝址两岸虽为自然高地，但在田江坝址至梅子井坝址之间存在多处地形低于正常蓄水位的地段，需沿线修建大量堤防才能满足设计要求。故在地形地貌上，梅子井坝址较优，百春园坝址、神滩渡坝址次之，田江坝址较差。

2）梅子井坝址左岸覆盖层厚相对较深；田江坝址河床覆盖层相对较深；神滩渡坝址右岸覆盖层相对较深。故在覆盖层厚度上，百春园坝址相对较优。

3）百春园坝址及田江坝址为白垩系红层，存在软弱夹层；梅子井坝址及神滩渡坝址岩性以灰岩、炭质页岩、泥质灰岩、炭质灰岩等为主，岩性复杂，且夹层及溶洞十分发育，对坝基防渗不利，有突出的岩层堵漏防渗难题，地基处理难度大。因此，在岩性上，百春园坝址与田江坝址有明显优势，梅子井坝址与神滩渡坝址相对较差。

4）百春园坝址及田江坝址未见断层发育，坝基下部局部发育有软弱夹层；梅子井坝址发育8 条断层，神滩渡坝址发育4 条断层，且两坝址软弱夹层及软岩较多，岩石软硬相间，对坝址抗滑稳定不利。因此，在构造上，百春园坝址与田江坝址相对较优。

5）梅子井坝址基本为弱风化岩石，神滩渡坝址、百春园坝址与田江坝址表部强风化岩石厚度1～3 m。梅子井坝址相对较优。

6）梅子井坝址防渗帷幕深10～69 m，帷幕长约1 000 m；百春园坝址防渗帷幕深8～28.5 m，帷幕长1 000～1 100 m；神滩渡坝址防渗帷幕深25～52 m，帷幕自左岸到右岸阶地前缘长约450 m，右岸为阶地，地面高程较低，地下水位与岩体透水率下限埋深较深，防渗接头难度大；田江坝址防渗帷幕深10～27 m，帷幕长1 200～1 300 m。因此，从防渗长度看，除神滩渡坝址最差，其它3 坝址基本相近；从防渗深度看，百春园坝址与田江坝址相对较优。

综上所述，4 个坝址在地形地貌、覆盖层厚度、地层岩性、地质构造、岩体风化、岩溶、防渗处理工作量及存在的主要工程地质问题等各方面各有优劣，其中百春园坝址与田江坝址在地层岩性、地质构造、岩溶及存在的主要工程地质问题等优于其余两个坝址。

但田江坝址位于晒谷滩电站库区尾水内，在施工期基坑开挖时围堰、基坑排水等难度相对较大；大坝建成后，邵阳市整个城区位于库区内，水库蓄水后，河水、地下水位抬高，两岸长期浸没在地下水位之下，岩土体饱水后其强度及抗强指标降低，对岸坡及部分建筑物有可能造成一定的影响；原位于蓄水位以下的城市管网、排污口、人防工程等由于水位抬升影响将被淹没或浸没，需要重新进行改造；同时，地下水位的抬高，造成两岸地下水排泄过缓，将对城区内的水质及地下水环境造成一定的影响。综合考虑上述因素，百春园坝址相对较好。

3 结 论

本阶段共选取了4 个坝址进行比选。其中梅子井坝址地层岩性为石炭系（C）灰岩、炭质灰岩夹炭质页岩等，岩溶发育，工程地质条件差。百春园坝址地层岩性为白垩系（K）粉砂岩、泥质粉砂岩等，局部分布有厚4～13 cm 的粉砂质泥岩、泥化软弱夹层。工程地质条件较好。神滩渡坝址地层岩性为石炭系（C）灰岩、泥质灰岩夹页岩、泥岩等，岩溶、软弱夹层发育。工程地质条件较差。田江坝址地层岩性为砂砾岩、含砾砂岩、泥质粉砂岩等，构造不发育，工程地质条件较好。

综合4 个坝址工程、水文地质条件，百春园坝址和田江坝址优于其它两个坝址。但田江坝址位于保护区及晒谷滩库区内，且建成后对邵阳市的水环境存在一定影响，因此，推荐百春园坝址为下阶段勘察设计坝址。