楼庄子水库大坝地质分析

张晓龙

（楼庄子水库工程建设管理局，新疆 昌吉 831100）

规划建设的楼庄子水库位于头屯河上游中低山区，海拔1200～1400 m，南部为高山区，北部为山前倾斜平原区。为了确保水库大坝安全建设，需对其地质情况进行分析。

1 概况

楼庄子水库是头屯河上游山区控制性骨干工程，枢纽由拦河大坝、溢洪洞、引水隧洞、导流排砂隧洞等组成[1]。坝址位于头屯河上游阶梯状中低山区，坝址区河床高程1324～1335 m，河谷略开阔，呈不对称“U”形，谷底宽120 m左右，其中现代河床宽50 m左右，靠近右岸。坝址区河谷走向约NE 57º，河道纵坡10‰。河道左岸发育有四级阶地，其中Ⅳ级阶地上多覆有崩塌的大块石。河道右岸为基岩山体，山体坡度40º～60°。

2 坝址工程地质条件

2.1 地层岩性

坝址出露的地层有侏罗系和第四系地层，从老至新分述如下。

2.1.1 侏罗系（J）

中侏罗统未分层组（J2（x+s））主要为黄灰色、灰绿色硬砂岩、砂岩、粉砂岩与灰色、灰黑色砂质泥岩不均匀互层，广泛出露于两坝肩及河谷两侧山体。

2.1.2 第四系（Q）

2.2 物理地质现象

坝址两坝肩上部为土黄色砂岩、砾岩互层，受风化影响节裂发育，崩塌形成陡峭边坡，主要物理地质现象表现为危岩体、崩塌。地表测绘资料表明，左右坝肩范围岩体节理裂隙发育，产状基本以北西和北东为主，其特点是延伸较长，裂面不光滑、张裂，多以卸荷裂隙为主，易产生崩塌，对大坝有一定影响，建议对左右坝肩卸荷裂隙及高陡边坡进行削坡处理[3]。但整个右坝肩工程地质条件相对左坝肩较好。

2.3 水文地质条件

坝址区受降水入渗影响存在基岩裂隙水向河谷内排泄，河谷地下水受地形影响一般自南向北下泄，补给松散第四系地层内的孔隙潜水，水位变化不大。坝址区河水矿化度0.13～0.18 g/L，为Ca2+·Mg2+·Na+型，总体与地下水相近。

2.4 坝基覆盖层质量评价

阶地段为细粒土层，该层距离坝址较近，经调查可作为防渗土料利用。卵石混合土层阶地下部卵石混合土（Q3）为青灰色，厚度10.0～30.0 m，最大粒径约35 cm，卵石磨圆度好，干燥、稍密。一般天然密度为2.04～2.10 g/cm3，含水率约0.5%～2.0%。坝基开挖范围内该层储量约39.5×104m3，经取样分析该层相对密度0.69～0.73。

坝基现代河槽段（0+562.0—0+670.0）卵石层厚度2.3～4.5 m，为青灰色，松散、厚度不大，不宜做基础持力层，建议心墙部分坝基清除至强风化基岩底面，坝壳部分清除表层1.0 m，基岩开挖边坡坡比强风化层1∶0.5、弱风化层1∶0.35，开挖后应及时采用水泥砂浆封闭建基面。

为查明坝基深厚覆盖层物理力学性质，本阶段特取样5组进行试验，根据试验数据对比提出该砂卵砾石层物理力学指标建议值，详见表1。

表1 坝基砂卵砾石层物理力学指标建议值

2.5 坝基岩体质量评价

2.5.1 岩石（体）物理性

坝址区左右坝肩岩体裸露，左坝肩以灰绿色砂岩泥、岩互层为主，呈厚层状；现代河床覆盖层很薄，分布范围小，阶地段发育古河槽，覆盖层深厚，下伏基岩为侏罗系灰黑色泥岩、砂岩互层；右坝肩以灰黄色砂岩和灰绿色泥岩为主，呈厚层状。砂岩较硬，完整性较好；泥岩质软，完整性较差。岩石的致密程度和岩体的结构、构造发育情况差异较大，一般泥岩物理力学指标较差，砂岩则较好。

2.5.2 岩体渗透性

根据钻孔压水试验成果分析，坝址区岩体的透水性主要受岩体风化程度和断层及节理的发育程度控制即岩体透水性多受贯通性结构面控制，个别试验段透水性较大。左坝肩（0+000—0+181.6）透水率q<5 Lu中等透水层界线埋深为基岩面下50～70 m；坝基段（0+181.6—0+562.0）q<5 Lu中等透水层界线埋深阶地段（0+181.6—0+562.0）为基岩面下5～18 m，河床段（0+562.0—0+670.0）为基岩面下5～13 m；右坝肩（0+670—0+878.13）q<5 Lu中等透水层界线埋深为基岩面下13～36 m。

2.5.3 岩石（体）物理力学参数确定

通过对坝址区岩石单轴饱和抗压强度与岩体的变形模量、弹性模量和抗剪强度等重要物理力学性质指标进行统计，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）的有关规定[4]，经过分析岩体结构、构造发育程度、风化情况等，综合提出本工程坝址区岩石的物理力学指标建议值，详见表2。

表2 坝址区岩石物理力学指标建议值

2.5.4 岩体工程地质分类

坝址区基岩地层岩性为中侏罗统未分层组（J2（x+s））灰绿色砂岩、泥岩互层，呈厚层～巨厚层状，层理明显，岩体较完整。依据土壤及岩石（普氏）分类表和《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录V中的要求，从岩体抗压强度、纵波速度、完整性系数、RQD值等对坝基岩体进行工程地质普氏分类，结果详见表3。

表3 坝基岩体工程地质分类

3 坝址区主要工程地质问题

3.1 岩体分化

坝址区两坝肩基岩出露。左坝肩以厚层状泥岩为主，局部夹砂岩、砾岩，属软岩，抗风化能力较差，强风化层厚度一般2.6～7.0 m，纵波速度为785～1380 m/s，围岩总评分为20分，属于Ⅴ类围岩；弱风化层厚度一般6.0～18.5 m，纵波速度为1350～1900 m/s，围岩总评分为35分，属于Ⅳ类围岩。右坝肩以厚层状砂岩为主，局部夹泥岩、砾岩，属软岩，抗风化能力较差，强风化层厚度一般2.6～17.8 m，纵波速度为990～1020 m/s，围岩总评分为24分，属于Ⅴ类围岩；弱风化层厚度一般3.0～11.4 m，纵波速度为1720～2350 m/s，围岩总评分为40分，属于Ⅳ类围岩。

3.2 不稳定岩体地质特性及评价

坝址区两坝肩由于受裂隙影响，沿裂隙（断层）面有3处不稳定体，位于正常库水位附近，其上、中部以裂隙和断层面为滑动结构面，其下部被坡积碎石土覆盖，未见明显滑动面，水库蓄水后有塌滑的可能性，总方量约5259 m3。

3.2.1 W1危岩体

W1危岩体位于左坝肩上部，位置高程1436～1514 m，岩性为侏罗系灰黄色砂岩，产状335°NE∠15°，自然边坡59°SE∠69°，坡顶面56°SE∠60°。主要发育3组结构面：①节理305°～320°SW∠52°～57°；②节理288°～300°SW∠37°；③节理54°～60°NW∠26°。经初步估算，W1危岩体的体积为2239.0 m3。危岩体崩塌会对左坝肩施工或后期运行造成影响，建议清除并进行喷护处理。

3.2.2 W2危岩体

W2危岩体位于右坝肩山体，位置高程1358～1416 m，呈带状分布，岩性为侏罗系灰黄色砂岩，岩层产状335°NE∠15.0°，自然边坡330°SW∠55°，坡顶面335°SW∠60°。主要发育3组结构面：①节理337～350°SW∠36°；②节理75～80° SE∠46～69°；③节理46～55°SE∠80°～85°延伸较长，裂面不光滑、张裂，多以卸荷裂隙为主。经初步估算，W2危岩体的体积为1904.0 m3。危岩体崩塌会对右坝肩施工或后期运行造成影响，建议清除并进行喷护处理。

3.2.3 W3危岩体

W3危岩体位于右坝肩上游隧洞进口上侧，位置高程1383～1416 m，岩性为侏罗系灰黄色砂岩夹砾岩，岩层产状335°NE∠10.0°，自然边坡330°SW∠68°，坡顶面350°SW∠50°。主要发育3组结构面：①节理305°～320°NE∠80°～84°；②节理70～85°NW∠81～81°；③节理335-340°NE∠45°～50°。经初步估算，W3危岩体的体积为1116 m3。危岩体崩塌会对隧洞进口施工或后期运行造成影响，建议清除并进行喷护处理。

3.3 坝基水土腐蚀性评价

3.3.1 水的腐蚀性评价

坝址区地下水主要有2类：一类为河床冲积砂砾石层中的孔隙潜水，主要受河水补给，水量丰富；另一类为基岩裂隙水，在测绘范围内，两岸未发现泉水露头，根据坝址区ZK1（高程1322.68 m）、ZK2（高程1333.55 m）、ZK3（高程1328.16 m）、ZK5（高程1325.69 m）、ZK8（高程1324.3 m）钻孔水位观测，左岸阶地地下水位比河水位（高程1321.9 m）高出约5.0～11.0 m，表明基岩裂隙水较为丰富，主要受大气降水补给，贮存在强风化～弱风化岩体的裂隙中，并沿裂隙网络运移，沿侵蚀基准面向头屯河排泄。

本次勘察分别在头屯河坝址区河段取河水样，在探坑TK29、TK30中取地下水样，并进行了水质分析，结果如下：坝址地下水SO2-平均含量138.6 mg/L，平均含量4.53～4.74 mmol/L，Mg2+含量20.7～28.0 mg/L，对混凝土无腐蚀性；Cl-含量56.2～45.0 mg/L，对混凝土结构中钢筋无腐蚀性；Cl-+SO2-含量74.5～94.4 mg/L，对钢结构有弱腐蚀性。坝址地表水平均含量118～136.9 mg/L，平均含量1.89 mmol/L，Mg2+含量9.6 mg/L，对混凝土无腐蚀性；Cl-含量11.2 mg/L，对混凝土结构中钢筋无腐蚀性；Cl-+SO42-含量129.2～148.1 mg/L，对钢结构有弱腐蚀性。

经综合评定，地下水对混凝土无腐蚀性，对混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性；地表水对混凝土无腐蚀性，对混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

3.3.2 坝基土腐蚀性评价

经对坝基探坑TK27、TK33、TK34等土样分析，坝基土平均易溶盐含量为0.13%～0.28%，为非盐渍土，Mg2+含量9～70 mg/kg。经综合评定，坝基土对混凝土结构有弱腐蚀性。

3.4 坝后古滑坡体评价

受区域地质构造的影响，距推荐坝线下游300 m左岸坡发育一古滑坡体，滑坡体表面凹凸不平，岩体崩塌凌乱、塌方严重[5]。该滑塌体由四级滑弧构成，侧滑动面近乎平行，滑坡体轴向SE156º，最大落距25 m左右，长420 m，宽300～520 m，底滑面属砂岩、泥岩互层软弱面，为顺层滑动，目前滑塌体下游滑动底面完整基岩出露，已无临空滑动面，滑动趋势基本稳定。钻孔ZK12、ZK13、ZK14、ZK24、ZK25、ZK26、ZK27资料表明，滑动面以上为松散的崩塌物，由黏土、砂土、崩塌块石等组成，密度约1.70～1.75 kg/cm3，渗透系数约（5.5～6.0）×10-2cm/s，属强透水层，层间松散紊乱，有孤石存在，滑动面岩层完全破碎，有水平节裂及错动迹象，滑坡壁为砂岩、泥岩陡面，高约25 m，近70°～80°，整体方量约178.3万m3。SL01号滑坡体出露高程1325～1527 m，整体处于坝址后且目前处于稳定状态，对坝址各建筑物无影响。

4 结语

通过分析探讨得出，坝址区处于相对稳定地段，坝基主要以砂岩、泥岩互层为主，岩体较完整，透水性弱。地下水、地表水对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。坝址区两坝肩上部基岩坡度较陡，多形成陡立面，易发生崩塌或滑塌，建议对左坝肩上、下游范围内的卸荷裂隙及高陡边坡进行削坡处理。根据坝址区地质条件评价，建议选择抗震性能强、边坡开挖量小、防渗处理效果好的黏土心墙坝为大坝建设方案，为工程建设提供了科学依据。