地质条件下水库坝址比选分析

王 磊

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

萨德克水库总库容为740万m3，控制灌溉面积2000hm2，根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2017)[1](山区丘陵部分)和防洪标准(GB50201-2014)[2]，确定本工程等别为Ⅳ等小(1)型工程，永久性主要建筑物大坝、导流排沙兼放空洞、溢洪洞、放水洞为4级建筑物，临时建筑物为5级。据中国地震动参数区划图(GB18360-2015)[3](1/400万)，本次切特SEBLK水库工程场地50a超越概率10%的地震动峰值加速度为0.20g，相对应地震基本烈度值为Ⅷ度，根据水电工程水工建筑物抗震设计规范(NB35047-2015)[4]的有关规定，水工建筑物抗震设防类别为乙类，设计烈度亦采用8度。本文主要从地质条件方面分析坝址的选取。

2 坝址拟定

河流总体流向由北向南，穿过了不同的地貌单元，总地势北高南低。地貌单元按山势的相对高程又可划分为中低山区和山前冲洪积倾斜平原区。中底山区位于河流上、中游段，基岩多裸露，植被发育，河道平均坡降42.3‰，河谷呈“U-V”混合交替型，以“V”型为主，两岸残留有少量Ⅰ级、Ⅱ级阶地，河段河谷顺直扩放明显。河谷两岸冲沟切割强烈，分布有多条冲沟，走向与河谷斜交。山前冲洪积倾斜平原区位于下游段，地形较平坦，河道两岸多为耕地，分布少量灌木，河道平均坡降10.8‰，河段河谷多呈“S”型，走向近南北向。本阶段设计经多次现场踏勘，结合该河道两岸的地形、地质、施工条件、工程总体布置要求、工程投资及效益分析等因素，赛德克水库枢纽工程初选上、下2个坝址进行比较选择。其中上坝址位于出山口上游约50m处，下坝址位于出山口上游0.8km处，两坝址相距约0.8km。

3 坝址方案

3.1 上坝址方案

上坝址位于下坝址上游0.8km，河谷流向NS，河流纵坡约13.5‰。谷底高程1187m，两岸山顶高程1270～1320m，相对高差约100m，现代河床宽30～100m，正常蓄水位1252.4m高程处，河谷宽200～350m。上坝址右岸坝顶高程以上基岩裸露，以下多为坡积碎石土覆盖，局部基岩出露，岸坡坡度约35°；左岸多被第四系坡积物覆盖，厚3～20m，局部基岩出露。

坝址左岸自然坡度50°～60°，表层为第四系坡积碎块石，厚3～5m，局部达20m，结构松散，其下为基岩，岩性为凝灰岩，底部基岩强风化层厚度10～15m，弱风化层厚4～6m，无断裂构造分布，节理裂隙不发育。该段岩体透水率q<5Lu界线在基岩面以下25～30m。

现代河床宽30～100m，河床段覆盖层深度15～20m，地层岩性上部为全新统冲积砂卵砾石层，成因单一，无淤泥、软土等不良土层分布，两岸坡脚分布有小量的坡积碎石土层，砾石粒径一般2～25cm，地表可见最大直径约80cm；卵砾石磨圆较好，次圆状为主，砾石母岩成分以花岗岩、凝灰岩、凝灰砂岩、安山岩等为主，结构密实，可作为坝基利用；下伏基岩为石炭系凝灰岩，产状275°～285°SW∠80°～85°，为坚硬岩，强风化层厚8～10m，弱风化层带厚3～5m，裂隙面部分风化变色，强度较高；微风化至新鲜基岩，岩体完整。据钻孔压水试验成果，基岩透水率q<5Lu界线位于基岩面以下18～22m处。

右岸为岩质岸坡，坡高约80m，自然边坡35°～45°，高程1260.0m以上花岗岩出露，高程以下出露石炭系中统脑盖吐组(C2n)棕褐色凝灰岩，岩层产状275°～285°SW∠80°～85°，岩层走向与河谷近正交，花岗岩与凝灰岩接触带为不整合接触，据探槽揭露，接触带宽3～5m，岩体较破碎，据注水试验，渗透系数为4.6×10-5cm·s-1，为弱等透水，水库蓄水后，沿接触带可能存在侧向渗漏问题，需采取防渗处理措施；在坡脚处出露坡积碎块石层覆盖，厚3～5m，结构松散，须清除处理，底部基岩强风化层厚度4～8m，弱风化层厚2～3m，无断裂构造分布，节理裂隙不发育。该段岩体透水率q<5Lu界线在基岩面以下15～20m。

3.2 下坝址方案

下坝址轴线位于出山口上游约50m处，坝址右岸多处基岩裸露，局部为坡积碎石土覆盖，岸坡坡度约50°；左岸局部基岩出露，多被第四系坡积物覆盖，厚3～5m，局部达15m，左岸上游20m处有一冲沟，沟深20～50m，呈“V”字型谷，延伸至山顶，长约200m。

岸坡自然坡度60°～70°，基岩出露，局部被第四系坡积碎块石覆盖，据地表测绘，受盆地北缘断裂带南支断裂(F17-2)影响，地表岩体破碎，节理裂隙发育，基岩地层岩性为石炭系中统脑盖吐组(C2n)棕褐色凝灰岩，岩层产状275°～285°SW∠80°～85°，岩层走向与河谷近正交。在坝轴线上游有一条宽100m左右，产状为250°NE∠50°～60°的断层破碎带通过。在坝轴线及坝后有一条宽30～40m，产状为140°NE∠76°的断层破碎带通过，受该构造影响，下坝址左岸岩体节理裂隙走向多与之相近，且越向下游伴生小断层越多。岸坡坡积碎块石层厚3～5m，结构松散，须清除处理，底部基岩强风化层薄，弱风化层厚，无断裂构造分布，节理裂隙不发育。类比上坝址钻孔压水试验成果，并结合地表测绘成果，推测左坝肩岩体透水率q<5Lu界线在基岩面以下30～40m。

现代河床宽50～60m，砂卵砾石厚度28～33m；据物探测试成果，覆盖层无淤泥及连续砂层分布。类比上坝址河床覆盖层，无地震液化问题，清除表层洪积层后可作为天然坝基利用。受F17-2断层影响，有2条较大的破碎带穿过坝轴线，其产状分别为250°NW∠50°～60°，宽度50m；140°NE∠76°，宽度30～40m。由于坝基有较大不良地质构造，且覆盖层透水性强，并有渗透稳定问题，坝基覆盖层须全断面防渗处理。河床底部基岩为石炭系中统脑盖吐组(C2n)棕褐色凝灰岩，基岩面高程1115～1125m。强风化带厚15～19m，弱风化带厚5～8m，钻孔压水试验成果，河床段基岩透水率q≤5Lu的界线埋深在基岩面以下35～45m。

右岸岸坡自然坡度30°～40°，多处基岩裸露，地层岩性为石炭系中统脑盖吐组(C2n)棕褐色凝灰岩，岩层产状275°～285°SW∠80°～85°，岩层走向与河谷近正交；在坝轴线上有一条宽30～40m，产状为140°NE∠76°的断层破碎带通过在坝后有一条宽100m左右，产状为250°NE∠50°～60°的断层破碎带通过，受该构造影响，岸坡基岩节理较发育。主要发育3组裂隙分别为320°～330°SW∠40°～45°，平行发育5条，间距1.0～1.2m，延伸长3～5m，裂隙面粗糙，无充填；310°～320°NE∠43°，平行发育3条，间距1.0～2.0m，延伸长3～5m，裂隙面粗糙，无充填；35°～40°NE∠85°，平行发育6条，间距0.2～0.5m，延伸长1.0～1.5m，裂隙面粗糙，无充填局部有坡积碎块石层覆盖，厚3～5m。

4 比选分析

上、下坝址工程地质条件比较见表1。通过比选可知，在地形方面，2个坝址上游均有库盆地形，库盆地形条件相近，但坝址位置河床宽度下坝址稍窄，坝体较短；在地质方面，根据初选上、下坝址的地质条件，两坝址河床位置Q4砂砾石覆盖层均较为深厚，上、下坝址基础及坝肩下部均为深厚的石炭系中统脑盖吐组(C2n)棕褐色凝灰岩，结构稳定。

下坝址基础虽然为基岩但受附近F17-2断层影响岩体破碎，次级断裂发育，基础渗透性受断层影响大，各部位不均衡。

上坝址右坝肩花岗岩与凝灰岩接触带为不整合接触，据探槽揭露，接触带宽1～2m，岩体较破碎，据注水试验，渗透系数为4.6×10-3cm·s-1，为中等透水，水库蓄水后，沿接触带可能侧向渗漏问题，需采取防渗处理措施。

上坝址位于河道相对狭窄处，河谷为不对称“U”形谷，现代河床宽30～100m，正常蓄水位1252.4m，谷宽240m。左岸坡高约130m，自然坡度45°～50°，岸坡大部为坡积物覆盖，厚3～20m；局部崖坡基岩裸露，岩层走向与河道近正交，边坡整体稳定。右岸坡高100～110m，为岩质岸坡，自然坡度35°～45°，岩层走向与岸坡近正交，边坡整体稳定性好，凝灰岩与花岗岩为不整合接触，接触带宽3～5m，岩体较破碎，为中等透水，容易引发水库侧向渗漏，需采取防渗处理措施。河床覆盖层勘探深度15～20m，覆盖层以冲积砂卵砾石为主，无地震液化问题，可作为土石坝天然坝基。两坝肩基岩岩性为石炭系中统脑盖吐组凝灰岩和华力西中期侵入花岗岩，属坚硬岩，F17南支断裂在坝线下游1.2km处横穿河谷，节理裂隙不发育。

表1 坝址及库区地形工程地质条件比较表

下坝址地形较开阔，河谷为不对称“U”形谷，现代河床宽约50～60m，正常蓄水位1216.7m时河谷宽220m。左岸坡高约100m，自然坡度60°～70°，基岩裸露，据地表测绘，受某盆地北缘断裂带南支断裂(F17-2)影响，有2条较大的破碎带穿过坝轴线，其产状分别为250°NW∠50°～60°，宽度50m；140°NE∠76°，宽度30～40m。地表岩体破碎，节理裂隙发育，岩层走向与河道近正交，边坡整体稳定。岸坡局部被坡积碎块石覆盖。右岸坡高约130m，自然坡度30°～40°，为岩质边坡，岩层走向与岸坡近正交，发育3组裂隙。卸荷危岩较发育。河床覆盖层勘探深度28～33m，以冲积砂卵砾石为主，无地震液化问题，可作为土石坝天然坝基。两坝肩基岩岩性为石炭系中统脑盖吐组凝灰岩，属坚硬岩，F17南支断裂在坝线下游0.4km处横穿河谷，节理裂隙发育，左右岸风化卸荷裂隙较发育。

5 结论

通过对上、下坝址区地质条件分析可知，下坝址受F17-2断层影响，有2条较大的破碎带穿过坝轴线，其产状分别为250°NW∠50°～60°，宽度50m；140°NE∠76°，宽度30～40m。由于坝基有较大不良地质构造，且覆盖层透水性强，并有渗透稳定问题，坝基覆盖层须全断面防渗处理，属不宜建坝区。上坝址库盆条件优于下坝址。因此本阶段选定上坝址为推荐坝址。