工程地质条件对新疆乔诺水库坝址比选的影响

仝卫超

(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，乌鲁木齐 830052)

0 前 言

水利工程在可行性研究设计阶段需要选择一个合适的坝址，影响水利工程坝址选择的因素众多，如水文专业的库区积雨面积、河流的净流量、库区的淹没范围；地质专业的地形地貌、工程地质条件；水工专业的工程布置、施工条件、工程效益及投资等[1]。

1 工程概况

乔诺水库位于乌瑞克河中下游河段，是乌瑞克河上一座控制性水库，是一座具有灌溉、防洪等综合利用任务的水利工程。根据河段地形、地质条件，本阶段初拟上、下两个坝址进行比选，两坝址相距约2.5km，初拟坝型为沥青混凝土心墙土石坝。坝址位于新疆乌恰县乌瑞克河中下游乔诺村附近。水库西距乌恰县15km，南距阿图什市40公里。工程区南邻3013国道与309省道，坝址前段为康什维尔村村道及阿克气田修建的便道，后段进入山区为沿河砂砾石便道，交通条件一般。

2 坝址区工程地质条件

2.1 上坝址工程地质条件

1)地形地貌

上坝址位于乔诺村下游2km，该段河谷中部窄，上下游侧较宽大。轴线处河谷呈“V”型，河谷底宽170m。左岸山体整体较雄厚，自然坡度50-60°。左岸坝肩段位于单薄山梁，山梁SE走向，山梁顶部宽2m-4m，底宽60-100m。右岸为一椭圆状基岩山体，山顶最大高程2740m，高出河床420m。右岸岸坡整体顺直，自然坡度45-55°。在洪沟出口端无完整的扇形地，岩性主要为洪积碎石土层，受河水的掏蚀形成陡坎，高出河床2-9m。

2)地层岩性

上坝址区出露的地层主要为上古生界石炭系和第四系地层。石炭统岩性主要为微晶灰岩，巨厚层-厚层状构造，灰色，在坝轴线下游侧另发育薄层状灰岩。灰岩岩层产状280°NE∠50-55°,层面倾上游略倾岸外。受断裂构造的影响，右岸坝肩岩体多呈次块状结构，隐节理发育。岩块饱和抗压强度平均值24.7MPa，受构造影响岩块强度偏低。

第四系地层主要分布于坝址两岸及河床，第四系冲积砂卵砾石主要分布于现代河床上部及Ⅰ级阶地上。第四系崩坡积物主要分布于上坝址区两岸及洪沟内岸边坡脚一带，表层结构松散，下部结构中密。据钻孔揭露显示，第四系下更新统冲积物青灰色砂卵砾石，已胶结成岩，泥钙质胶结，分布于河谷覆盖层下部109.5m-123m，弱透水性。

3)地质构造

根据相关资料及本次调查，受托特拱拜孜-阿尔帕雷克(F7)断裂分支影响，坝址区小断层较发育，主要有4组断层破碎带及2条节理裂隙。f1：NNE向，产状30°NW∠35°，扭性，长度>100m,带宽1-2cm，带内主要为角砾岩及少量的糜棱岩。f2：NE向，55°NW∠75°，压扭性，长度>100m,带宽5-12cm，带内主要为角砾岩。f3：NNW向，350°NE∠75°，压扭性，长度>100m,带宽0.25-0.4m，带内主要夹角砾岩及碎裂岩。受构造运动幸运，节理裂隙较发育，L1：NWW向，280-290°NE∠50-55°，面粗糙，大部分闭合无充填，多沿层间发育，倾向上游，发育间距不等，小则1-2m，大则10m以上，延伸长30-100m，个别长达200m以上，两岸坡均有分布。L2：NE向，50-60°NW∠70-80°，面粗糙，表部多卸荷张开1-3cm，间距2-10m，大则30m以上，延伸长10-50m，个别100m以上。主要分布在左岸坝肩小山梁部位，节理玫瑰花见图1。

图1 上坝址区节理玫瑰花图

4)水文地质条件

坝址区地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水，可分为孔隙潜水和基岩裂隙水：孔隙潜水主要赋存在松散沉积物颗粒间，分布于第四纪现代河床砂卵砾石层中，主要受河水和大气降水的补给，地下水位随河水位变化明显。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，沿节理、构造裂隙、风化裂隙和张裂隙运移，主要受冰雪融水及大气降水的补给，地下径流短，常以泉水的形式排入邻近的沟谷中。

5)岩(土)体透水性

上坝址两岸基岩为石炭统灰黑色、灰色微晶灰岩，受构造影响，岩体呈块状-次块状，局部呈碎裂镶嵌结构。现代河床段覆盖层透水性强。基岩岩体透水性据左岸坝肩上部ZKs3钻孔压水试验成果，0-24m深度范围内岩体透水率38-94Lu，24-60m深度范围内岩体透水率14-32Lu,60m以下岩体透水率5Lu。据右岸坝肩上部ZKs4钻孔压水试验成果，5Lu埋深35-75m，3Lu埋深45-85m。河床下伏基岩为上石炭统微晶灰岩，弱风化层厚10-15m。河床段5Lu埋深线一般在基岩面以下10-15m,3Lu埋深线基岩面以下15-25m。

2.2 下坝址工程地质条件

1)地形地貌

下坝址距上坝址约2.5km，两岸岩性单一均为上新统砾岩。砾岩区受构造影响，右岸沟梁相间，切深较大，洪沟延伸较长。下坝址区河谷呈“V”型，两岸基岩裸露，谷底宽250m，现代河床宽150m。左岸高出河床约100m高程段为近于直立的砾岩陡壁，自然坡度60-80°，100-130m为宽60-80m的斜坡，自然坡度20-25°。130m之上为高100余米的砾岩陡壁，自然坡度50-65°。 右岸由于构造影响，多洪沟出露，沟内基岩多裸露，仅在出口端堆积碎块石土层。两组结构面相互切割使右岸砾岩山体受三面风化形成单薄山梁，整个岸坡沟梁相间。

2)地层岩性

下坝址区出露的地层主要为第三系上新统和第四系地层，第三系上新统为砖红色、棕褐色、钙质胶结砾岩，岩层产状285-300°NE∠22-24°，库坝区主要分布该套地层。第四系地层主要分布于下坝址两岸及河床，第四系冲积砂卵砾石主要分布于现代河床上部及Ⅰ级阶地上。第四系崩坡积物主要分布于上坝址区两岸及洪沟内岸边坡脚一带，表层结构松散，下部结构中密。

3)地质构造

地质测绘表明，坝址区为单斜构造，坝址区无区域性断裂通过。坝址区主要有3组断层破碎带及3条节理裂隙。f1：NNE向，25°NW∠80°，压扭性，长度>700m,带宽约1.5m，带内主要为碎裂岩。f2：NEE向，80°SE∠80°，压扭性，长度约300m,带宽5-15cm，带内主要为角砾岩及糜棱岩，已胶结，结构密实，与河床大角度相交，倾岸外，倾下游，影响带宽0.5-1.0m。f3：NWW向，280°NE∠50°，压性，长度600m左右,带宽0.1-0.3m，带内主要为角砾岩及碎裂岩。下坝址区裂隙较发育，延伸较长，相对发育3组，L1：NE向，30-45°NW/SE∠80-85°，面粗糙，间距10-20m，个别间距达50m，裂隙大多平直略起伏，延伸长度50-100m。L2：NEE向，70-80°SE∠75-80°，间距30-50m，裂隙多平直，延伸长一般>50m，该组裂隙主要分布于左岸。L3：NNW向：310-330°SW∠80-85°，面粗糙，闭合无充填，发育间距50-80m，延伸长80-100m。两岸均有分布。节理走向玫瑰花图见图2。

图2 下坝址区节理裂隙玫瑰花图

4)水文地质条件

下坝址区水文地质条件与上坝址相同，地下水类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。据水质分析成果可得，地表水及地下潜水水质较好，对普通水泥无腐蚀，对混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

5)岩(土)体透水性

据左岸坝肩上部ZKx3钻孔压水试验成果，左岸砾岩5Lu埋深线在基岩面以下35-45m。3Lu埋深线在基岩面以下40-50m。右岸坝肩上部5Lu埋深线在基岩面以下35-40m。3Lu埋深线在基岩面以下45-50m。河床段下伏基岩为上新统砾岩，强化层厚2-3m，弱风化层厚25-35m。河床段5Lu埋深线一般在基岩面以下25-30m深度范围内,3Lu埋深线在基岩面30-35m。

3 工程地质条件对坝址的影响与分析

根据上述两个坝址的工程地质条件，上、下两个坝址工程地质条件分析比较如下：

1)地形地貌：上坝址地形地貌两岸地形总体较对称，左岸坝肩为横向坡，自然边坡整体稳定，岸坡较陡，基岩裸露；右岸边坡呈椭圆状，整体稳定；上坝址天然河床宽180m。下坝址两岸沟梁相间，地形变化大，岩层为缓倾角，岸坡整体稳定；天然河谷宽280m。上坝址天然河谷宽度比下坝址窄约100m，因此上坝址地形地貌优于下坝址。

2)地层岩性：上坝址两岸山坡分布第四系崩坡积物，大部分基岩裸露，河床覆盖层以下基岩岩性为石炭统微晶灰岩，强风化层3-4m，饱和单轴抗压强度平均值24.7MPa，为较软岩。下坝址两岸零星分布第四系崩坡积物，沟壑纵横，大部分基岩裸露，河床覆盖性以下基岩岩性为上新统砾岩，强风化层约3m，下坝址区砾岩饱和单轴抗压强度平均值14.3MPa，为软岩。经比较可知，上坝址岩性条件优于下坝址。

3)地质构造：上坝址区主要有4组断层破碎带及2条节理裂隙；下坝址区主要有3组断层破碎带及3条节理裂隙，构造作用下，下坝址区整体呈现沟梁相间，切深较大的复杂地貌。经比较可知，上坝址地质构造条件优于下坝址。

4)岩(土)体透水性：上坝址左岸坝肩相对不透水层埋深60m，右岸坝肩相对不透水层埋埋深45-85m，河床段相对不透水层在基岩面以下15-25m。下坝址左岸坝肩相对不透水层在基岩面以下40-50m，右岸坝肩相对不透水层在基岩面以下45-50m，河床段相对不透水层在基岩面以下30-35m。经比较可知，上坝址岩(土)体透水性优于下坝址。

5)坝基稳定：坝基浅层抗滑稳定问题主要由混凝土与弱风化基岩接触面控制。上、下坝址均未发现顺层缓倾角不利结构面及其组合，上、下坝址的坝基稳定条件相当。

4 结 论

1)在进行坝址比选时，一般从工程地质、工程地质条件、工程布置及工程量、建筑材料、施工条件及工程造价等方面进行比较[2-3]。通过对上、下坝址地貌单元、工程地质条件、水文地质条件、岩体透水率、河床深厚覆盖层、坝基稳定等条件综合分析，两坝址均具备修建当地材料坝工程地质条件，上坝址建坝条件均优于下坝址。

2)坝址选择是水利工程建设中最基本、最具有整体意义的工作，它直接关系到水工建筑物的安全、经济和正常的运行管理。工程地质条件在坝址选择中占有极其重要的地位，选择一个地质条件优良的坝址，既可以保证建筑物的安全又可以节约成本。对此，加强和重视水利工程前期对区域、库区、坝址的岩土性质和地质构造勘察，保障坝址选择的适当性，为水利工程建设奠定坚实的基础。