黄家沟水库坝址区工程地质条件分析与坝型优选

杨勇建

（贵州众诚天河水利工程有限公司，贵州 贵安 550003）

0 引言

黄家沟水库位于贵州省毕节市赫章县财神镇，该工程的主要任务是向财神镇供水，城镇年需水量66.3万m3，水库年供水总量67.2万m3。坝址距赫章县22.0 km，距毕节市102.7 km，距贵阳市277.5 km，工程区道路交通条件较好。在黄家沟水库地质勘察中，根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL 55—2005）、《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487—2008）等规范要求，结合项目建设任务及工程规模，通过地质勘察，对库区、坝址区的区域构造稳定性、工程地质和环境地质等关键内容进行全面分析论证［1-3］，为选定坝址、坝型、工程枢纽布置及建筑结构体型优化提供翔实的地质勘察数据资料，确保工程设计方案具有较高技术可行性和经济优越性。

1 区域地形地貌

勘察区域处于云贵高原中部，乌蒙山脉北段，总体地势西高东低，以岩溶、侵蚀地貌为主。区内高程大多在1 690～2 401 m，最高点位于赫章县财神镇东北部的海块梁子，海拔高程2 401 m，最低点位于南部鱼塘—大海子附近，海拔高程1 690 m，地形起伏最大高差为711 m，其山峰连绵，形成山峦起伏的中山及低中山。区内河流蜿蜒曲折，以财神河为主干流，向下游汇聚于乌江内，沟谷密集，呈树枝状展布，总体流向由北向南，河谷深切，财神河为最低排泄基准面。在崇山峻岭间偶有面积不大的山间槽谷和溶蚀洼地盆地，以及分布着切割达20～250 m 的深邃V 形谷。测区所属大地构造单元为羌塘—扬子—华南陆块（一级构造单元）、扬子陆块（二级构造单元）、黔北隆起区（三级构造单元）、遵义台地区（四级构造单元）、毕节北东向构造变形区（五级构造单元），测区位于毕节北东向构造变形区西部。

2 水库上下坝址区工程地质条件对比分析

根据赵武沟息马台断面至赵武沟汇入余家沟河段地形地质条件，结合水库大坝建设规模等要求，优选河谷相对狭窄、对称性相对较好的上、下两个坝址进行地质勘察，如图1所示。

图1 坝址比选位置

2.1 地形地貌条件差异

上坝址河段位于赵武沟中下游，坝址河段长约150 m，河流自西南向西流向，河床高程1 784～1 789 m，河流比降较缓，河床宽2～4 m，谷底宽15～30 m，正常蓄水位1 816 m 处谷宽约62 m，宽高比2.21；下坝址位于上坝址下游约200 m 处，坝址河段长约150 m。在平面上呈C 形弯曲，河床高程1 776～1 782m，河流比降较缓，河床宽2～4 m，谷底宽22～40 m，正常蓄水位1 805 m处谷宽约67 m，宽高比2.68。经比较，两坝址库岸高大宽厚，不存在低于正常水位的垭口，地形封闭条件好，上坝址河谷相对狭窄，其地形地貌条件略优。

2.2 地层岩性条件分析

上坝址河床覆盖层厚8.0～10.0 m，左岸坡覆盖层厚0～2.5 m，右岸坡覆盖层厚0～2.0 m。基岩、坝肩为P2b暗绿、深灰色玄武岩夹暗绿色凝灰岩，岩体均一性一般。下坝址河床覆盖层厚10.0～12.0 m，左岸坡覆盖层厚0～3.5 m，右岸坡覆盖层厚0～2.0 m。基岩为P2b暗绿、深灰玄武岩夹暗绿色凝灰岩；坝肩为灰色、黑色凝灰岩夹玄武岩，岩体均一性差。经比较，下坝址河床覆盖层更厚且岩体均一性较差，上坝址地层岩性条件优。

2.3 地质构造条件分析

上、下坝址区均无破坏性地质构造通过，凝灰岩似层面产状为N65°～75°W∠10°～15°，坝址区岩体主要发育有3 组节理裂隙。同时，上坝址还发育有缓倾左岸的裂隙结构面，宽约1～5 cm，无填充或少量泥质、岩屑填充。经比较，上、下坝址均存在裂隙发育，但整体构造条件下坝址略优。

2.4 水文地质条件分析

上、下坝址区出露火成岩，地下水类型主要为基岩裂隙水，类型单一，无岩溶发育。上坝址受裂隙影响，地下水位略高于河床，为地下水补河水。下坝址两岸地下水位较高，为地下水补河水，下坝址水文地质条件略优。

2.5 防渗处理分析

上坝址边底界接P2b 弱风化相对隔水岩体，右岸向坝肩延伸，左岸沿交通隧洞布置，防渗面积为10.6×104m3，共计防渗帷幕长272 m，帷幕钻孔进尺6 257 m，防渗帷幕灌进尺5 971 m。下坝址边底界均接P2b弱风化相对隔水岩体，两岸向两坝肩延伸，防渗面积为5.67×104m3，共计防渗帷幕长230 m，帷幕钻孔进尺3 935 m，防渗帷幕灌进尺3 450 m。经比较，上坝址防渗工程量大，下坝址防渗处理较上坝址容易，下坝址略优。

2.6 抗滑稳定及变形稳定分析

上坝址区坝基肩基岩体由玄武岩、凝灰岩组成。根据钻孔揭露，凝灰岩多为暗绿色，成分单一；坝区玄武岩强度较高，凝灰岩强度稍低，层面间咬合较差，抗剪强度相对较低，对坝肩抗滑及变形稳定有一定的影响［4］。下坝址区坝基岩体由玄武岩及凝灰岩组成，坝肩岩体由玄武岩、泥质凝灰岩组成，根据钻孔揭露，坝址区凝灰岩成分不一，岩性均一性差，存在压缩变形问题，坝基肩的抗滑稳定问题突出。下坝址受坝基岩石性质、岩性均一性等条件影响性更大，上坝址条件更优。

2.7 坝址比选结果

从地形条件、工程地质及水文地质条件、成库条件等方面来看，上下坝址各有优劣。但上坝址适宜建刚性坝和柔性坝，而下坝址仅适宜建柔性坝。另外，上坝址较狭窄，两岸高大宽厚，有利于大坝两坝肩及泄洪建筑物布置［5-6］。综合比选，下坝址建坝成库技术条件和经济性较上坝址略差，优选上坝址作为黄家沟水库工程的代表性坝址。

3 水库坝型比选及工程地质评价

3.1 坝型比选

根据上坝址地质条件，适宜修建刚性坝及柔性坝，现拟堆石混凝土重力坝、混凝土面板坝两种坝型方案进行比较，评价结果如表1所示。

表1 坝型工程地质条件比较结果

坝址地形地质条件均具备建立重力坝、面板坝的条件，经综合比较，两种坝型的工程地质条件相当，即地形、地质条件不成为坝型比选的控制性因素，经水工、概算等相关专业通过枢纽布置、经济等多方面因素综合比较，推荐堆石混凝土重力坝为选定坝型。

3.2 工程地质评价

面板堆石坝方案枢纽由混凝土面板堆石坝、右岸正槽式溢洪道、左岸取水兼放空隧洞等组成。大坝为混凝土面板堆石坝，坝轴线方位角N5°9′14″W，坝顶高程1 818.5 m，河床趾板建基面高程1 780.0 m，最大坝高38.5 m，坝顶长96.58 m。坝顶宽为6.5 m，坝顶上游侧设倒T形混凝土防浪墙，墙高2.2 m，顶部高程为1 819.7 m，墙顶高出坝顶1.2 m；防浪墙上游侧底部设置1.0 m 宽的小道，以便检查行走。坝轴线地质剖面示意图，如2所示。

3.2.1 建基面的选择。黄家沟水库弱风化中上部岩体具有较高的力学强度，能够满足趾板建基要求，建议河槽段趾板建基面置于弱风化中上部，两岸坡趾板建基面可置于强风化玄武岩中下部，两岸开挖深度8～13 m。坝址区岩体裂隙发育，强风化岩体较破碎，完整性差，建议做全断面固结灌浆处理。大坝中、下游其余部分对地基承载力要求不高，建议清除覆盖层，整平地基，采用基岩作为堆石区地基基础，可满足要求。

3.2.2 地基承载力及压缩变形。趾板基础建基面主要置于强风化下部至弱风化上部岩体，堆石区建基面主要置于强中下部至弱风化中上部岩体中，玄武岩允许承载力3.0～3.5 MPa，凝灰岩允许承载力2.0～2.5 MPa。由于基岩风化差异，填筑区地基岩体质量不均一，存在一定的变形差异，但变形量有限，差异不明显，加上坝体不高，不均匀沉降量小，地基承载力满足大坝填筑稳定要求。

3.2.3 坝肩边坡稳定条件。大坝溢洪道布置于右岸，右岸坝顶高程以上开挖最大边坡高约60 m，坝顶以下边坡高约40 m；左岸开挖坝顶以上边坡高约41 m，以下边坡高约42 m。大坝左、右岸开挖后，受裂隙切割影响，坡面存在小规模不稳定楔块，需进行加固处理；对于覆盖层及强风化岩体稳定性差、边坡岩体极破碎、自稳能力差等区域，需采取边坡分级放坡、挂网喷浆加强锚固等措施。左、右岸坝基上游面边坡开挖坡比为覆盖层1∶1～1∶1.25、强风化岩体1∶75～1∶1、弱风化岩体1∶0.5～1∶0.75。

图2 面板坝坝轴线地质剖面

3.2.4 坝基渗漏与防渗处理。坝基岩体主要位于弱风化玄武岩内，为弱透水岩体，下部岩体为微风化岩体，两坝肩基础置于弱风化岩体上部，岩体完整性较好，局部裂隙发育，为弱至中等透水岩体。帷幕灌浆线沿趾板X 线布置，右岸向坝肩延伸，左岸沿灌浆兼交通隧洞布置，帷幕底界为坝基以下25 m 左右，结合岩体透水率q≤5 Lu 来控制，防渗帷幕边界左右两岸端点接地下水位，端点下限深入地下水位不小于10 m，且透水率q≤5 Lu。防渗帷幕线长280 m，防渗面积1.1×104m2。按单排孔，孔距2 m，共布孔141个，三序孔施工；造孔总进尺6 257 m，其中帷幕灌浆进尺5 971 m，无效进尺268 m。

4 结语

为合理确定黄家沟水库的建坝坝址和坝型，结合区域地貌和优选建坝河段，从地形地貌、地层岩性、地质构造、防渗处理等方面，对优选的上、下坝址区的地质条件进行详细论证分析，优选与工程实际特性更匹配的上坝址和混凝土面板堆石坝方案。并结合地质评价结果，对面板坝建基面选择、坝肩稳定性、坝基渗漏和防渗处理等关键内容进行了分析研究，为水库枢纽建筑物布置及结构体型设计提供翔实的地质资料与结论建议，确保高效优质的施工建设。