某水库坝址区工程地质条件分析与坝址比选

陈 凯

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

某拟建水库是一座以农村人饮供水为主、结合灌溉等综合利用的水利工程，主要由挡水坝、溢流坝、放水设施、人饮供水管道等组成。设计总库容64.2 万m3，有效库容32.0 万m3。最大坝高37.5 m，为小（2）型水库，属Ⅴ等工程。

2 区域地质背景

工程区处于广西“山”字型构造前弧西翼西侧，南华准地台西北部，右江海槽都阳山隆起带与桂西拗陷西林—百色断褶带的交汇处。根据区域地质资料，华力西期及燕山—印支期构造运动对测区构造体系形成起控制作用。出露的地层以三叠系为主，少部分区域为石炭系、二叠系、第四系。

该区域构造体系以北西向构造为主，其次为“S”型构造、弧形构造。北西向构造主要构造线方向约310°，以线状或宽阔的褶皱及压扭性断裂为主，地质构造较为复杂。工程区的地震动峰值加速度为0.10 g，反应谱特征周期0.35 s，地震基本烈度为Ⅶ度。

3 库区工程地质条件概述

库区地形主要为中低山区，地貌为构造剥蚀、侵蚀中低山地貌，两岸为雄厚的山体，周围山顶高程为585～970 m，岸坡以岩质和岩土质边坡为主，植被发育，岸坡基本稳定。库区岸坡覆盖层主要为第四系残坡积红褐色～黄褐色含碎石粉质粘土、碎石土；河床部位覆盖层为河流冲积含泥砂卵砾石及漂卵砾石层，局部河漫滩上部覆盖层为粉质粘土。下伏基岩为三叠系中厚～厚层状粉细砂岩夹薄层状粉砂质泥岩，两侧岸坡与河床局部基岩出露。根据区域地质资料与地质测绘情况，库区未见大的区域性断层和褶皱，产状整体较稳定，局部扭曲，为单斜构造，岩层产状整体呈北东走向，倾向北西，倾角以32°～48°为主。

库区两侧群山环抱，山体雄厚，分水岭宽厚，地层为三叠系砂泥岩，岩土体隔水性能良好，无向邻谷渗漏的条件，库盆地形封闭，成库条件较好。库区河谷为峡谷，正常蓄水位线附近无农田和居民建筑，不存在浸没问题[1]。工程区属于构造活动相对较稳定地区，地震活动较弱，区域性断层不发育，库区不具备诱发较强地震的地质构造背景。

4 各坝址工程地质条件及比较

坝址区地形主要为中低山区，地貌为构造剥蚀、侵蚀中低山地貌，河流曲折蜿蜒向北西方向流，走向大致为324°，在河沟上下游分别选定上、下坝址进行勘察和比较，上、下坝址沿河沟相距约500 m。

4.1 上坝址工程地质条件

（1）地形地貌。上坝址河段流向大致为N15°E，河流较顺直，河谷呈宽底“V”字型，谷底宽6～45 m，河谷狭窄段，宽6～18 m，水深0.2～1 m。两岸山体不对称，左岸较陡，右岸稍缓，左岸山梁稍单薄，坝址段山坡较陡，一般为50°～60°，局部为陡崖；右岸山体雄厚，山坡坡度较缓，为27°～35°。坝址区冲沟不甚发育。

（2）地层岩性。上坝址出露的主要地层为三叠系（T）及第四系（Q）。三叠系地层以中厚～厚层状砂岩夹薄层状粉砂质泥岩为主，岩层产状为N5°～15°E，NW∠35°～45°，走向与河流方向大致平行，倾向河流左岸，层理发育。坝基河床覆盖层为含泥砂卵砾石、漂卵砾石，层厚一般为0～2 m，结构松散，局部基岩出露。两岸山坡覆盖层为含碎石粉质粘土，可塑～硬塑状态，层厚一般2～8 m。

（3）地质构造。坝址区为单斜构造，岩层产状为N5°～15°E，NW∠35°～45°。根据地质测绘，上坝址主要发育两组节理裂隙：①N86°～89°W，NE∠81°～89°；②N6°～10°W，NE∠55°～80°。其中第①组最为发育，两组节理呈“X”型，节理面以微张为主，较起伏粗糙，充填岩屑或无充填，延伸长度一般小于5 m。主要发育陡倾角节理，为岩体卸荷松动所产生的卸荷裂隙。

（4）水文地质条件。上坝址区地下水类型为孔隙水和裂隙水，接受大气降水和上层孔隙水的补给，向沟谷排泄。右岸山体雄厚，分水岭水位远高于正常蓄水位；左岸山梁较单薄，根据钻孔观察，分水岭水位高于正常蓄水位约20 m。根据水质分析，其库水和地下水对混凝土无腐蚀性，对混凝土结构中钢筋和钢结构有弱腐蚀性。上坝址共完成6个钻孔，进行钻孔注水、压水试验，结果显示：河床含泥砂卵砾石结构松散，属强透水层，两岸山坡含碎石粉质粘土的渗透系数为4.55×10-5cm/s，属弱透水层；强、弱风化岩体为中等透水性，微风化岩体以弱～微透水性为主。整体来看岩体透水性随深度增加而减弱。坝址岩体相对隔水层下限（q=5 Lu 线）埋深是：左岸一般为20～30 m，局部为50～60 m，河床一般为16～25 m，右岸为26～45 m。

（5）物理地质现象。根据地质测绘以及钻孔揭露情况综合考虑，坝址区岩体风化主要受地形、地层岩性的控制。左岸岩体强风化下限埋深为4～9.5 m，弱风化下限埋深为6～21 m，河床段覆盖层下部强风化层较薄或缺失，弱风化下限埋深为3～17 m，右岸岩体强风化下限埋深为5～29 m，弱风化下限埋深为7～35 m。

（6）主要工程地质问题。上坝址右岸覆盖层较厚，且为顺向坡，边坡坡度与岩层倾角大致相同，开挖边坡较高，工程开挖量较大，构造上存在边坡稳定性问题；右坝肩发育有软弱结构面，延伸较长至坝基底部，发育较深，对坝基存在潜在抗滑稳定性问题；坝址左岸山梁较单薄，存在绕坝渗漏问题，坝址右岸岩体风化较深，渗透性强，下游侧发育一条小冲沟，存在绕坝渗漏问题。

4.2 下坝址工程地质条件

（1）地形地貌。下坝址河段非常弯曲，河流整体流向大致由南向北，河谷呈宽底“V”字型，河床宽8～20 m，水深0.2～1 m。两岸山体不对称，山体坡度整体大致相等，呈30°～40°，局部较陡。左岸山体整体较雄厚，坝轴线处为一向东凸出的单薄山脊，山脊南侧临河面为陡崖，右岸山体较雄厚。坝前约200 m左岸发育一条较大冲沟，总体走向近南北向，沟底宽1～4 m，为“V”字型沟谷，植被发育，常年流水。

（2）地层岩性。下坝址出露的主要地层为三叠系（T）及第四系（Q）。三叠系地层以中厚层状砂岩与薄层状粉砂质泥岩互层为主，夹两层薄层状砂岩与粉砂质泥岩互层，岩层产状为N5°～15°E，NW∠35°～45°，走向与河流方向大致平行，倾向河流左岸偏下游，层理发育。坝基河床覆盖层为含泥砂卵砾石、漂卵砾石，层厚一般为0～2 m，结构松散，局部基岩出露。两岸山坡覆盖层为含碎石粉质粘土，可塑～硬塑状态，层厚一般0～5 m。

（3）地质构造。坝址区为单斜构造，岩层产状同上坝址。主要发育三组节理裂隙：①N72°～76°E，SE∠72°～90°；②N24°～27°E，SE∠36°～65°；③N5°～10°E，SE∠65°～71°。其中第①组最为发育，节理面多微张，平直粗糙，充填岩屑或无充填，延伸长度一般小于5 m。主要为陡倾角卸荷裂隙。

（4）水文地质。上下坝址相距仅500 余米，根据水质分析，地下水类型及化学类型均相同。下坝址两岸山体雄厚，分水岭水位远高于正常蓄水位，但左岸凸出山脊较单薄。

下坝址共完成7个钻孔，进行钻孔注水、压水试验，结果显示：覆盖层透水性均同上坝址，强风化岩体为中等透水层，弱风化岩体为中等～弱透水层，微风化岩体以弱～微透水性为主。坝址岩体相对隔水层下限（q=5 Lu 线）埋深是：左岸为20～50 m，河床一般为11～27 m，右岸为10～14 m。

（5）物理地质现象。左岸岩体强风化下限埋深为5～13 m，弱风化下限埋深为10～31 m；河床段覆盖层下部强风化层很薄或缺失，弱风化下限埋深为4～7 m；右岸岩体强风化下限埋深为2～6 m，弱风化下限埋深为4.5～9 m。

（6）主要工程地质问题。下坝址地层中夹有两层薄层状砂岩与粉砂质泥岩互层，该层岩体强度低；右岸为顺向坡，边坡坡度与岩层倾角大致相同，坝肩开挖时，构造上存在边坡稳定性问题；右坝肩发育有软弱结构面，发育位置较浅，延伸较长至河床坝基部位，坝址存在抗滑稳定性问题；坝址左岸为一凸出山脊，存在顺层渗漏问题。

4.3 坝址比较

（1）上坝址河道较顺直，两岸地形条件较好，具备修建粘土心墙土石坝与混凝土重力坝的条件，各建筑物布置地形条件均较好；下坝址河道弯曲，地形复杂，具备修建粘土心墙土石坝的条件。地形条件方面上坝址较优。

（2）上坝址基岩岩性以中厚～厚层状砂岩夹薄层状粉砂质泥岩为主；下坝址以中厚层状砂岩与薄层状粉砂质泥岩互层为主，夹两层薄层状砂岩与粉砂质泥岩互层。上坝址岩石强度优于下坝址。

（3）两个坝址断裂、褶皱构造均不发育，主要发育的结构面为岩石层面和一些节理裂隙。地质构造方面两坝址相当。

（4）上坝址相对隔水层埋深较下坝址略深，上坝址右岸风化较深，存在顺层渗漏问题；下坝址左岸存在渗漏问题，需进行灌浆处理。该方面下坝址略优。

（5）上坝址右岸风化较深，消力池下部存在风化凹槽，需做特殊处理；下坝址左岸风化较深。两坝址均无大规模的滑坡、崩塌体。该方面两坝址相当。

上、下坝址比较表见表1。

比较方面优劣地形地貌上坝址河流较顺直，为“V”河谷，左岸稍单薄，坡度一般为50°～60°，右岸雄厚，坡度27°～35°，阶地不发育，冲沟不发育上坝址优地层岩性两岸覆盖层厚2～8 m，河谷覆盖层0～2 m，岩层以中厚～厚层状砂岩夹粉砂质泥岩为主上坝址优地质构造相当水文地质下坝址略优物理地质无大的构造发育，陡倾角节理发育5Lu线埋深：左岸一般20～30 m，局部50～60 m；河床16～25 m；右岸26～45 m。右岸岩体风化较深，存在顺层渗漏问题强风化下限左岸4～9.5 m，河床段为1.5～3.4 m，右岸5～29 m，弱风化岩体下限左岸6～21 m，河床段差异大，一般为3～4 m，右岸7～35 m。下坝址河流非常弯曲，为“V”型河谷，左岸为凸出单薄山脊，两岸山体坡度整体呈30°～40°，右岸较雄厚，阶地不发育，冲沟不发育两岸覆盖层厚0～5 m，河谷覆盖层0～2 m，岩层以中厚层砂岩与薄层粉砂质泥岩互层为主、夹薄层砂泥岩互层无大的构造发育，陡倾角节理发育5 Lu线埋深：左岸20～50 m；河床11～27 m；右岸10～14 m。左岸山脊单薄，存在顺层渗漏问题强风化岩体下限左岸5～13 m，河床段为1～4 m，右岸2～6 m，弱风化岩体下限左岸10～31 m，河床段为4～7 m，右岸4.5～9 m。相当主要工程地质问题（1）右岸覆盖层较厚，开挖量大；（2）右坝肩发育有软弱结构面，存在潜在抗滑稳定性问题；（3）右岸岩体风化较深，下游发育小冲沟，存在绕坝渗漏问题；（4）坝址右岸为顺向坡，风化较深，构造上存在边坡稳定性问题。（1）岩体夹有两层薄层状砂岩与粉砂质泥岩互层，岩体承载力及抗剪强度低；（2）右坝肩发育有软弱结构面，存在抗滑稳定性问题；（3）左岸为一凸出山脊，存在顺层渗漏问题；（4）坝址右岸为顺向坡，构造上存在边坡稳定性问题。相当

5 结论

根据上、下坝址地质条件的分析，两个坝址各有优缺点。上坝址的主要优点是河流较顺直、地层以砂岩为主，岩体强度高；缺点是右岸存在绕坝渗漏问题、覆盖层厚、岩体风化深、地下水位埋深大、岩体透水性较强、为顺向坡、施工开挖量较大、发育有软弱结构面，存在潜在抗滑稳定性问题。下坝址优点是覆盖层较薄、岩体风化弱、地下水位埋深相对浅、岩体透水性较弱；缺点是河流弯曲、存在绕坝渗漏问题、右岸为顺向坡、施工开挖量较大、发育有软弱结构面，存在抗滑稳定性问题。

总体来说，上、下坝址均具备建造30～40 m大坝的地质条件，但从地形条件和岩体强度方面来比较，上坝址略优于下坝址，其余方面基本相当，地质推荐上坝址。建议设计从经济性、合理性等多方面综合比较，选取合适的坝址及坝型[2]。