某大型水库坝址区工程地质评价

田永霖 云南省水利水电勘测设计研究院

1.水库区基本地质条件

1.1 地形地貌

坝址区发育二类地貌：侵蚀剥蚀地貌—低中山地形（Ⅲ）；侵蚀堆积地貌—河谷阶地。

（1）侵蚀堆积—河谷阶地地貌。侵蚀堆积—河谷阶地地貌，一级阶地连续分布于河床两岸，高出河床2～10m左右。由下部砾石层及上部砂、粉土、含砾粘土层组成，宽度大小不一，一般几米至几十米；坝段未见二级阶地。坝址区河流平缓弯曲，河曲由SE－N W-NN W变化。坝址区河床宽15～25m，高程1895.2～1893.4m，纵比降平均1.17‰，河谷呈不对称“U”型谷。

（2）侵蚀剥蚀地貌—低中山地形（Ⅲ）。坝址区位于此地貌单元上，两岸地形多被冲沟切割为缓坡或圆形山头，地形欠完整，相对高差80～140m之间。

1.2 地质构造

坝址区处于新华夏系构造体系的中部，处于照福铺复向斜（Ⅱ31）之次一级中尹堡向斜南东翼，地质构造简单，无断裂通过。坝址区为中尹堡向斜的次一级短轴背斜，两岸岩层缓倾山内为逆向坡，右岸岩层总体产状为 N50°～75°E，NW∠2°～6°，左岸岩层总体产状为 N5°～15°W，SWW∠6°～10°，无大的区域断裂通过，断层少见，构造形迹以层间剪切破碎带及节理裂隙为主。

1.3 物理地质现象

坝址区物理地质现象主要表现为小坍塌、冲沟、风化、卸荷及岩溶。

（1）坍塌。在坝址右岸发育2个坍塌体，Tt1位于坝址下游（围堰右岸），长19m，宽26m，平均厚3m，对下坝址建筑物无影响；Tt2位于坝址上游，分布高程1938m～1945m，长13m，宽18m，平均厚2m，对坝址建筑物无影响。蓄水后坍塌物质会滑入库内，但其规模小，滑层薄，不影响水库运行。

（2）冲沟。坝址区左岸发育3条冲沟，最下游侧冲沟规模最大，但对建筑物无影响，其余2 条中等规模，冲沟在旱季均为无水干沟（雨季有水），冲沟内多为第四系覆盖，两岸局部基岩零星出露，总体冲刷下切呈“U”型冲沟。中等规模的2条冲沟对工程建筑物有影响，设计上应采取设防洪墙等处理措施；坝址区右岸发育2条冲沟，下游侧之常流水冲沟规模最大，但对建筑物无影响，其另一条中等规模，冲沟在旱季为无水干沟，冲沟内多为第四系覆盖，两岸局部基岩零星出露，总体冲刷下切呈“U”型冲沟。紧邻坝轴线下游第一条冲沟对工程建筑物有影响，设计上应采取设防洪墙等处理措施。

（3）风化。总体坝址区岩石风化深度随地形变化，地形坡度缓及坡顶部位风化较深，陡崖及近河床地带风化较浅。坝址区主要由砂泥页岩组成，风化相对强烈，地表多为强风化。但总的来说，坝址区岩石风化较为均匀。

（4）卸荷裂隙。坝址岸坡陡立地带，地表所见卸荷裂隙相对发育，卸荷带宽0.5～1.5m，卸荷裂隙一般深1～3m。

（5）岩溶。坝址区泥质灰岩呈夹层状分布于第一层（Sg）地层中，单层厚度不大，属夹层型，岩溶不发育。

1.4 水文地质

（1）含水（透水）层（带）。坝址区有以下三类含水（透水）层（带）。①第四系冲积孔隙含水（透水）层（带）：仅分布于河床、漫滩及阶地，厚度1.0～6.0m，强—极强透水，其q＞100Lu，属潜水。②强—弱风化岩体裂隙含水（透水）层（带）：广泛分布于坝址河床两岸浅层，一般埋深22～60m，弱—极强透水，q=5.04～＞100Lu，属裂隙含水透水层。左岸透水层q平均值=21.02Lu，q大值均值＞96.84Lu；河床透水层q平均值=29.22Lu，q大值均值＞77.08Lu；右岸透水层q平均值=23.22Lu，q大值均值＞43.21Lu。③构造破碎带裂隙含水（透水）层（带）：为坝址区内层间挤压破碎带。呈条带状或透镜状，宽度0.1～1.0m，中等—强透水，属裂隙含水带。

（2）相对隔水层（带）。坝址区相对隔水层(带)为深部的弱～微风化S3g1黄绿色、灰色夹暗红色粉砂质钙质页岩为主，夹薄—厚层状灰色泥质灰岩、粉砂质钙质泥岩，其透水率q＜5 Lu，分布连续。

（3）两岸坡地下水埋深。左岸地下水埋深4.7～50.35 m，平均水力坡降8.0%；右岸地下水埋深5.4～68.52 m，平均水力坡降16.16%。左岸地下水位较低，水力坡降平缓。

（4）地下水补给、径流、排泄。坝址区大坝位置处于砂、泥、页岩区，接受大气降水补给，总体通过两岸岩土体孔隙、裂隙径流，向坝轴线位置的马龙河排泄。马龙河为坝址区最低排泄基准面。

2.工程地质评价

2.1 岸坡稳定性

左岸坡坡度15°～25°，局部31°，坝顶以上山脊坡度较为平缓5°～10°，上、下游被冲沟切割，坝肩相对单薄。左岸总体属反倾斜向结构岩质边坡，局部岩土混合边坡，岩石风化严重，为层状碎裂结构岩体，自然岸坡基本稳定，趾板开挖边坡局部稳定性差。

左岸坝基开挖与溢洪道开挖接合后，山体后缘侧形成最大高度约21m的岩质边坡，其开挖岸坡的稳定性主要取决于边坡高度及岩体本身强度，裂隙切割后形成的不稳定体可能产生的破坏形式:在卸荷作用下产生向临空面的小规模滑移、崩塌。开挖边坡及趾板开挖过程中局部可能产生滑移、崩塌，而影响溢洪道的稳定及左岸坡的稳定，建议对开挖后的左岸坡进行随机锚杆支护，并喷素混凝土保护。建议开挖边坡1:0.75～1:1。

右岸坡坡度20°～30°，岸坡中部形成两带状陡坎，高度10～25m不等，平均坡度55°～58°，局部近于直立。右岸总体属反倾斜向结构岩质边坡，局部岩土混合边坡，岩石风化严重，为层状碎裂结构岩体，自然岸坡基本稳定，趾板开挖边坡局部稳定性差。其开挖岸坡的稳定性主要取决于边坡高度及岩体本身强度，裂隙切割后形成的不稳定体可能产生的破坏形式：在卸荷作用下产生向临空面的小规模滑移、崩塌，建议对开挖后的右岸坡进行随机锚杆支护，并喷素混凝土保护。建议开挖边坡1:0.75～1:1。

2.2 坝基稳定性

（1）坝基岩土体强度及压缩变形。坝基表层第四系覆盖层，为中等压缩性土，压缩系数a 0.1～0.2=0.2～0.4，砂卵砾石中～低压缩性，其压缩变形不均一。故坝基存在压缩变形问题，并易导致不均匀沉陷，全风化下部岩体、强风化岩体强度较高，压缩变形小。

（2）坝基抗滑稳定性。上覆第四系土层及表层全风化岩体（厚约5m）抗剪强度低，对抗滑稳定不利，全风化下部岩体、强风化岩体强度较高，河床坝基段存在缓倾下游的岩层结构面，薄层状页岩及层间挤压破碎带相对厚层状岩体而言可视为软弱夹层，作为土石坝坝基其强度高，基本不存在抗滑失稳的条件。

（3）坝基渗透稳定性。表层第四系覆盖层、全风化散体结构岩体，岩性不均一，结构松散，允许水力比较小，易产生渗透变形，其厚度变化较大，但可以处理。下部强～弱风化岩体相对较完整，不存在渗透变形，坝基渗流基本稳定。

2.3 坝基渗漏及绕坝渗漏

坝基岩体为强风化层状—碎裂结构岩体，弱～中等透水，表层局部有极强透水带分布。

坝基渗漏量采用卡明斯基公式计算，Q=KBMH/（L+M）；左岸绕坝渗漏量采用河间地块计算公式，q=K（H-H）/L.（H+H）/2，根据地形切割及沟谷分布边界的不同分3段进行计算，总渗漏量为1227.279m/d；右岸绕坝渗漏量采用达西公式计算，Q=0.366KH（H+h）lgb/r，其渗漏量为220.888m/d。经流网法公式q=Kh（H-H）/L复核，复核后的渗漏量为373.63m/d。故右坝肩渗漏量推荐采用373.63m/d。

渗漏边界的确定：一是坝基渗漏段以正常水位与清基后边坡交点为界。二是，左、右坝肩绕坝渗漏及坝基渗漏为618.915×10m/a，占多年平均来水量21666×10m的2.85%，轻微渗漏。

3.防渗处理及固结灌浆

对于面板堆石坝在建基面以下两岸段坝基仍有裂隙密集发育区、层间破碎带等，基岩体强—极强透水，存在坝基及绕坝渗漏、渗透稳定问题。因此，必须进行一定的帷幕灌浆、固结灌浆等工程处理措施。

3.1 左岸绕坝渗漏段

建议灌浆帷幕底界线深入相对隔水层以下（q＜5 Lu）2.0 m。设计正常水位与隔水层顶板相交点397.60 m，左岸绕渗带帷幕长度延伸较长，建议帷幕线以截断左坝肩下游第一条冲沟最短渗径为原则即左岸河间绕渗1段中的钻孔ZK12往山内外延18.41m，帷幕灌浆长度为102.55m，帷幕灌浆深度45～53m。未进行防渗处理段的年渗漏量为12.351×10m，不影响水库正常运行。

3.2 主坝坝基渗漏段

建议灌浆帷幕底界线深入相对隔水层（q＜5Lu) 2.0m。坝基段帷幕灌浆长度为255.86m，帷幕灌浆深度25～59.5m。

3.3 右岸绕坝渗漏段

建议灌浆帷幕底界线深入相对隔水层以下（q＜5Lu）2.0m。设计正常水位与隔水层顶板相交点175.17m，右岸绕渗带帷幕长度延伸较长，建议帷幕线以ZK16号钻孔往山内外延5m即可，即右岸帷幕灌浆长度为112.5m，帷幕灌浆深度，55～63m。未进行防渗处理段的年渗漏量为1.53×10m，不影响水库正常运行。

左、右岸未防渗处理段，轻微渗漏，且未处理段为弱—微风化岩体，不存在渗透变形条件。为了减少工程投资，因此左、右岸绕坝渗漏段未封闭防渗。

建议：a、左岸、坝基及右岸按单排孔布置，孔距暂定1.5m；b、趾板坝基范围内均进行固结灌浆，呈梅花型布置灌浆孔，孔排距按3m考虑。

4.结论

第一，水库坝段地处Sg砂、泥页岩地层中，岩体强度低(弱风化粉砂质泥岩湿抗压强度8.46MPa，弱风化粉砂质钙质页岩湿抗压强度21.6MPa)，属软岩、较软岩夹中硬岩，以软岩、较软岩为主，岩性软弱，岩层产状平缓且存在软弱夹层；第二，岩石风化严重，强风化深厚；第三，地形条件差，两岸岸坡受冲沟切割严重，岸坡完整性差。故不适于筑刚性坝，坝基工程地质条件适合修建当地材料坝，推荐土石坝为基本坝型。

从坝址工程地质条件而言，心墙堆石坝、心墙风化料坝、均质坝、面板堆石坝均适宜；从天然建筑材料而言，强风化砂泥岩及强—弱风化页岩均为软质岩—较软岩，厚度较大，储量丰富，但强度较低，不适宜做堆石坝料，大量出露白云岩地段距离坝址不远，质量好，运距比砂、泥页岩稍远，是较好的堆石料。坝址区土料也十分丰富，适宜拟建心墙堆石坝。综合坝址地质条件和天然建筑材料的质量、运距等综合分析，适宜修建心墙风化料坝、心墙堆石坝、面板坝堆石坝及均质坝。由于坝址区地形较差，修建均质坝、心墙风化料坝，坝坡放缓会增加填筑方量。

在可行性研究阶段针对面板堆石坝与心墙堆石坝方案进行了比较，从工程地质条件来看，两方案均在同一工程地质条件下进行比较，地质条件一致，仅仅是趾板清基较心墙清基深，都能满足设计要求，两方案从地质条件上均是可行的，无制约性因素，应综合比较。

经地质、水工、施工、投资、工期等综合比较，推荐面板堆石坝。