达友水库坝址工程地质比选

2023-02-01磨柯吉覃陆缘

广西水利水电 2023年6期

磨柯吉，覃陆缘

（1.广西桂禹工程咨询有限公司，南宁 530023；2.广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

达友水库是一座以人饮供水、灌溉为主的综合利用水利工程，选择上坝址及下坝址两个坝址进行比选。两坝址相距约240 m，上坝址集水面积3.26 km2，下坝址集水面积3.97 km2。可行性研究阶段对上、下坝址进行同深度勘察，主要采用测量、工程地质调绘、物探、原位测试试验、室内实验等勘察手段，共布置了12个钻孔，勘探点间距30～80 m，累计完成进尺533.3 m，完成压水试验62段、注水试验30段，完成各类室内岩土试验18 组等，为比选提供可靠的基础数据。

2 上、下坝址工程地质比选

2.1 区域构造稳定性

区域构造稳定性主要是对测区区域构造背景进行调查和研究，对可能存在的活断层进行判定，并确定地震基本烈度；收集历史地震和地震台网观测等资料，分析地震危险性；综合评定区域构造稳定性分级。坝址宜选择区域构造稳定性好的地段，避开活动性断层或构造复杂的断裂破碎带。同时，尽量选择在抗震有利地段，不宜选择地震动峰值加速度≥0.4 g的强震区[1]。

（1）上坝址。上坝址所在测区位于华南准地台右江再生地槽（Ⅴ）都阳山隆起（Ⅴ2），经历了华力西、印支～燕山和喜马拉雅三个大的构造历史时期，地质构造基本特征是以北北西向构造线为主，次为南北向，褶皱强烈，断裂较发育。工程区25 km范围内无活动性断裂分布，近场区无大于7 级历史地震活动，地震动峰值加速度取值0.05 g，反应谱特征周期0.35，对应地震基本烈度为Ⅵ度。总体上来说，测区地质构造条件较为简单，未发现第四纪活断层，地震活动水平不高，区域构造稳定性好。

（2）下坝址。下坝址位于上坝址下游，相距仅240 m，下坝址所在测区区域构造稳定性与上坝址一致。

经比选，上、下坝址两者相当，区域构造稳定性分级均为好。

2.2 地形地貌

地形条件是坝址选择中非常重要的条件之一。坝址区场地地形应相对完整、冲沟不发育，两侧山体要有足够的高度和厚度，且尽量选在两岸轮廓在坝体范围内向下游方向呈收缩状，以满足坝高要求和坝肩的稳定要求。地形决定了建筑物轴线的长短，一般来说，坝址选在河谷狭窄地段，坝轴线较短，可以大大减少坝体工程量[2]。此外，若采用当地材料筑坝，坝型需注意有没有可利用的地形条件布设溢洪道等附属建筑物。

上坝址地貌属于中低山沟谷地貌，地形下陡上缓，山谷呈”U”字型，两岸均为突出山嘴，较单薄。左岸由于建设仓库，山顶已开挖平整，高程530～540 m，右岸山顶高程540～550 m，山坡坡度为10°～50°，局部因修建农村道路开挖边坡，坡度较陡（＞45°），山脚处地形呈陡坎状。下坝址地貌属于中低山沟谷地貌，山谷呈”V”字型，谷底高程为460～480 m，河谷两侧岸坡坡度为35°～55°，坝址左岸山体较为雄厚，山顶高程为555～560 m，右岸为突出山梁，较单薄。下坝址稍优于上坝址。

2.3 河流条件

坝址一般布置在较为顺直的河段上，坝轴线尽可能与河流流向垂直，尽量避免坝址上、下游河流有急弯的情况，以便泄洪水流能顺直的泄入下游河道。上坝址位于两沟交汇处，主要支流自北东向南西，次要支流大致自东向西，于上坝址坝轴线东北侧约30 m处汇集，雨季水量较大。由于河流下蚀冲刷，在坝轴线附近形成陡坎，陡坎高约15 m，长约12 m，基岩裸露。下坝址河流流向较为顺直，大致自北东向南西，流速平缓。下坝址稍优于上坝址。

2.4 地层岩性

当采用土基时尽量选择物质成分均匀、有足够抗水性的土体，避免存在影响坝基稳定性的软弱夹层及特殊性土。当采用岩基时坝址尽量选择岩体相对完整，岩性较均一，物理力学性质较好，有足够承载力的场地，避开岩溶化岩体，同时要特别注意软弱夹层的情况及其对建构筑物稳定的影响[2]。

经比选，上、下坝址两者相当，无软弱夹层，无岩溶化岩体，岩层物理力学参数下坝址稍优。

2.5 地质构造

地质构造包括岩层产状、褶皱、断层及节理裂隙等。勘察过程中应查明各个构造的性质、空间位置及相互之间的组合关系。尽量选择岩体完整性好的地段，尽量避开褶皱轴部，和大的断裂带、节理裂隙密集带。从岸坡稳定性、坝基抗滑稳定性等方面综合分析各个构造的利弊。

（1）上坝址。上坝址位于长江至太平向斜西南翼，左岸岩层产状整体较稳定，一般为N40°～60°W，NE∠25°～35°，岩层倾向上游。右岸受构造挤压作用，岩层局部扭曲，发育次级褶曲，岩层产状不稳定。上坝址区下游西南侧发育泗孟至香河断裂，该断层在二叠系碳酸盐岩与三叠系碎屑岩之间展布。断裂带两侧由不同地貌组成，断裂现象明显，附近断层产状N40°～65°W，NE∠50°～70°，为一正断层。距坝轴线最近处约350 m，对工程影响不大。坝区节理共发育14组，裂面均较平直粗糙，宽度为0.2～2 mm，长度为1～4 m，强风化岩体裂隙一般风化呈黄褐色，充填岩屑夹泥质，弱风化岩体裂隙大部风化呈黄褐色，少量较新鲜，充填岩屑或无充填，主要节理产状：N40°～70°E，SE∠55°～85°，N0～35°W，SW∠60°～90°，N0～35°W，NE∠50°～85°。

（2）下坝址。下坝址位于长江至太平向斜西南翼，左岸岩层产状整体较稳定，一般为N19°～58°W，NE∠29°～35°，岩层倾向上游。右岸受构造挤压作用，岩层局部扭曲，发育次级褶曲，岩层产状不稳定。坝址区下游西南方向发育泗孟至香河断裂，距坝址坝轴线最近处约130 m，对工程影响不大。坝址区节理共发育14 组，陡倾角节理较发育，主要节理产状与上坝址一致。

经比选，上、下坝址两者相当。

2.6 岩体风化

岩体风化深度主要受地形、岩性及构造控制，全风化岩体原岩结构和构造已完全破坏，岩芯风化呈砾石土状，手捏易散。强风化岩体岩质软，结构大部分破坏，岩芯多呈碎块状，节理裂隙很发育，岩体破碎。弱风化岩体结构部分破坏，节理裂隙发育，节理面有次生矿物充填，岩芯大部呈短柱～柱状，少量呈碎块状，岩体较完整。微风化岩体表面或裂面大部较新鲜，仅节理面有渲染或略有变色，岩石较坚硬～坚硬，锤击声脆，钻孔岩芯呈柱状，岩体较完整～完整。岩石风化程度越低，物理力学性质越好，对于混凝土坝而言，坝高大于50 m的坝段，建议坝基置于微风化岩体上部；坝高为30～50 m的坝段，坝基宜置于弱风化岩体中部或中下部；坝高为15～30 m的坝段，坝基宜置于弱风化岩体中部或中上部；坝高小于15 m 的坝段，坝基可置于强风化岩体中部或中下部。因此，宜选择岩体风化深度较浅，开挖量较少的坝址区。

（1）上坝址。上坝址两岸风化程度从岸边至坡顶深度逐渐增加，河床部位岩体基本为弱～微风化；左岸斜坡段岩体呈强风化～弱风化，其中强风化下限0.5～4.4 m，弱风化下限大于40 m；右岸斜坡段岩体呈全风化～弱风化，其中强风化下限10.0～27.3 m，弱风化下限大于40.5 m；河床段弱风化下限4.3～16.3 m。

（2）下坝址。下坝址两岸风化程度从岸边至坡顶深度逐渐增加，河床部位岩体基本为弱～微风化；左岸斜坡段岩体呈全风化～弱风化，其中强风化下限9.1～11.5 m，弱风化下限9.8～22.8 m；右岸斜坡段岩体呈全风化～弱风化，其中强风化下限10.8～17.1 m，弱风化下限17.6～25.2 m；河床段弱风化下限0～7.6 m。

经比选，上坝址右岸强风化下限较深，开挖量大，下坝址稍优于上坝址。

2.7 水文地质

坝址选择应充分考虑水文地质条件，应充分利用相对隔水层，使坝址不致产生严重的渗漏或渗漏问题易于处理[2]。对于土石坝来说1级、2级坝及高坝，基岩透水率要求为3～5 lu；2 级中坝、低坝和3级以下中坝，基岩透水率不大于5～10 lu[3]。对于混凝土坝来说坝高在50～100 m之间，基岩透水率为3～5 lu；坝高在50 m以下，基岩透水率不大于5 lu[4]。当岩石坝基的透水率不满足要求时应设置灌浆帷幕等防渗措施。因此，能满足透水率的基岩埋深越浅，越有利于防渗处理。

（1）上坝址。上坝址两岸地下水及岩体透水率5 Lu 线均低于正常蓄水位，水库蓄水后，库水可能从两侧坝肩往下游渗漏，建议对正常蓄水位以下、地下水位或透水率5 Lu 线以上岩体进行帷幕灌浆处理，防止库水绕坝渗漏。上坝址按深度从上往下岩体透水性总体呈减弱趋势，左岸地下水平均坡降21.7%，右岸地下水平均坡降19.3%；透水率5 Lu 下限埋深左岸为40.8～43.8 m；河床为33.5～40.8 m；右岸为35.0～42.5 m。

（2）下坝址。下坝址按深度从上往下岩体透水性总体呈减弱趋势，左岸地下水平均坡降41.2%，右岸地下水平均坡降40.3%；透水率5 Lu 下限埋深左岸为10.5～45.7 m，河床为8.5～20.6 m；右岸为8.5～25.3 m。

经比选，上坝址需进行防渗处理，透水率5 Lu下限埋深较深，防渗工程量大。下坝址优于上坝址。

2.8 不良地质现象

应查明喀斯特洞穴、滑坡体、崩塌体、潜在不稳定岩土体和泥石流对坝址稳定的影响，坝址应选在不良地质影响范围以外。对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽。应尽量避开细砂、软黏土、淤泥、湿陷性黄土和膨胀土等特殊性土地基[1]。上坝址未发现不良地质现象，下坝址亦未发现规模较大的山体失稳、滑坡、泥石流等不良地质现象。上、下坝址两者相当。