貴州烏圖河一級水電站壩址工程地質(zhì)分析

王瑞民

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

烏圖河一級水電站位于貴州省水城縣花戛鄉(xiāng)境內(nèi)烏圖河上，主要建筑物由重力壩、導(dǎo)流洞、引水隧洞、壓力前池、壓力管道與電站組成。電站為河岸式電站，總裝機(jī)容量24 MW，年均發(fā)電量1.035億kW·h，工程等級為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（一）型。

1 地質(zhì)概況

攔河壩最大壩高15 m，壩頂高程1 272.0 m，正常水位高程1 270.0 m，位于馬場河上，河谷斷面呈“Ⅴ”型，左岸地形較陡，右岸地形較平緩。左壩肩山體較厚，右壩肩單薄，河床高程1 158.8 m，谷寬30余m。

壩址區(qū)地層為第四系松散堆積物和二疊系棲霞組及茅口組（P1q+m）地層。松散堆積物物質(zhì)組成為：沖積（Qal）高液限黏土，厚0～19 m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)；殘坡積及崩塌堆積（Qedl+col）大塊石、塊碎石夾少量高液限黏土，厚0～3 m，結(jié)構(gòu)松散；河流沖積（Qal）淤泥及混合土卵石層夾少量塊石，厚13.8～36.8 m，其中上部為厚0.6～1.7 m的河流沖積混合土卵石層，中部為厚8.5～18.7 m的河流沖積淤泥層，底部為厚1.3～17.5 m的河流沖積混合土卵石層。棲霞組及茅口組（P1q+m）灰色厚層狀灰?guī)r、灰色塊狀白云巖，巖層產(chǎn)狀N25°E·NW∠20°，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，無軟弱夾層，巖溶發(fā)育，鉆孔揭露有洞徑大于1 m的溶洞，為混合土卵石充填。

該工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，工程區(qū)地震基本烈度為6°，地震動(dòng)峰值加速度值為0.05 g，特征周期值為0.45 s。壩址區(qū)構(gòu)造相對簡單，基本為單斜巖層。節(jié)理裂隙主要發(fā)育兩組，在壩址上游150 m處有F1斷層通過，F(xiàn)1為壓扭性逆斷層，斷層產(chǎn)狀N70°E·NW∠75°～80°，斷層長度大于 12 km，破碎帶寬 20～50 m，斷層破碎帶由黃色頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r碎塊及赤鐵礦等風(fēng)化物組成，無膠結(jié)，影響帶寬約50～100 m，斷層經(jīng)過處多為負(fù)地形，在花戛寨旁形成單面山。

區(qū)內(nèi)棲霞組及茅口組為強(qiáng)巖溶含水透水層，地表溶洞、洼地、落水洞極發(fā)育，地下巖溶管道與暗河發(fā)育。壩址下游約25 m有一暗河溶洞進(jìn)口，為區(qū)內(nèi)地表及地下水主要通道，區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖類巖溶水。

2 工程地質(zhì)問題及評價(jià)

2.1 壩基滲漏

據(jù)壩址地質(zhì)資料表明，壩基主要滲漏層為第四系松散層和基巖風(fēng)化帶。

2.1.1 第四系松散層滲漏

壩基鉆孔資料表明，第四系松散層上部為厚0.6～1.7 m的河流沖積混合土卵石層，中部為厚3.5～18.7 m的河流沖積淤泥層，底部為厚1.3～17.5 m的河流沖積混合土卵石層；在鉆孔鉆進(jìn)上部混合土卵石層及中部淤泥層時(shí)，孔口沒有循環(huán)水返出；當(dāng)鉆進(jìn)底部混合土卵石層（在初設(shè)河床兩邊鉆孔中也有此現(xiàn)象）時(shí)，孔口有循環(huán)水返出，說明中部淤泥層具相對隔水性，滲透性較小。因此在計(jì)算壩基滲漏時(shí)，當(dāng)淤泥層未被揭穿時(shí)，只考慮上部河流沖積混合土卵石層滲漏，壩基滲漏量的計(jì)算可按下式計(jì)算：

式中：Q——滲漏量，m3/d；

B——滲漏帶寬度，m；

q——壩基單寬滲透量，m3/d·m；

kcp——滲透帶平均滲透系數(shù)，m/d，取10；

H——壩前正常蓄水位，m；

2b——壩基寬，m；

T——滲透層厚度，m，取1.7。

經(jīng)計(jì)算得第四系松散層滲漏量為447.52 m3/d。

當(dāng)淤泥層被揭穿時(shí)，滲透層厚度為19.2 m，大于壩基寬度，故采用均質(zhì)透水層無限深條件下的壩基滲漏量公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：B——滲漏帶平均寬度，m；

qr——壩基單寬滲透量，m3/d·m；

K——滲透帶平均滲透系數(shù)，m/d，取10；

H——壩前正常蓄水位，m；

b——壩基寬，m；

y——滲透層計(jì)算厚度，m，取19.2。

經(jīng)計(jì)算得第四系松散層滲漏量為1 295.27 m3/d。

2.1.2 基巖風(fēng)化帶滲漏

通過鉆孔注水試驗(yàn)可知，基巖風(fēng)化帶滲透系數(shù)為1.66 m/d，根據(jù)本區(qū)巖溶地層巖溶裂隙及局部巖溶通道滲漏特點(diǎn)，綜合考慮取滲漏帶滲透系數(shù)3.0 m/d。代入式（2）計(jì)算得壩基基巖滲漏量為224.91 m3/d。

在壩基下淤泥未被揭穿時(shí)，壩基總滲漏量為447.52 m3/d；在壩基下淤泥被揭穿時(shí)，壩基總滲漏量為1 520.18 m3/d，其中第四系松散層滲漏量占壩基總滲漏量的85.2%。建議對其進(jìn)行防滲處理，處理深度宜深入到基巖以下3~5 m處。

2.2 滲透穩(wěn)定

壩基地層為第四系松散覆蓋層，屬多層結(jié)構(gòu)，上部為厚0.6～1.7 m的河流沖積混合土卵石，中部為厚3.5～18.7 m的河流沖積淤泥，下部為厚1.3～17.5 m的混合土卵石、級配不良礫等。混合土卵石結(jié)構(gòu)松散，分布不均，淤泥分布較厚、較軟。壩基混合土卵石和淤泥滲透變型類形有可能為流土或管涌，兩種滲透破壞類型應(yīng)同時(shí)考慮。

2.3 壩基承載能力

天然壩基上部為13.8～36.8 m的河流沖積混合土卵石和淤泥，混合土卵石結(jié)構(gòu)松散，分布不均，承載力特征值為200～250 kPa；淤泥層標(biāo)貫擊數(shù)小于1擊，含水率、孔隙比大，壓縮性高，承載力特征值為5 kPa。

天然壩基淤泥層較厚、承載力低、穩(wěn)定性差，存在滲漏及滲透穩(wěn)定問題。建議將覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層全部清除，將壩基放置在中等風(fēng)化基巖上，開挖時(shí)應(yīng)注意基坑邊坡尤其是淤泥層邊坡的穩(wěn)定問題；若全部清除難度過大，可考慮對地基進(jìn)行加固及防滲處理，對淤泥層進(jìn)行高壓旋噴固結(jié)防滲處理。因卵石混合土層中可能有較大的孤石存在，可采用固結(jié)灌漿處理，基巖風(fēng)化帶采用灌漿處理。

2.4 繞壩滲漏

左、右兩壩肩基巖裸露，巖溶發(fā)育，壩下游緊接一暗河溶洞，洞內(nèi)水位低于水庫蓄水位，存在沿巖溶通道及裂隙的繞壩滲漏，排泄點(diǎn)主要為壩下游的溶洞。

2.4.1 左壩肩滲漏

左壩肩主要是P1q+m灰?guī)r的滲漏，包括管道型巖溶通道滲漏和裂隙型巖溶滲漏。該區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，本次采用兩種方法進(jìn)行估算、比較：一是在不考慮繞滲寬度的情況下，取滲透系數(shù)3.0 m/d，采用相應(yīng)公式進(jìn)行粗略估算得左岸繞壩滲漏量為3 867.6 m3/d；二是根據(jù)左岸地下水位高程，推測左岸繞壩滲漏帶寬度為2 213 m，取滲透系數(shù)3.0 m/d，采用簡單水文地質(zhì)條件下裘布依公式進(jìn)行估算得左岸繞壩滲漏量為3 593.9 m3/d。通過估算比較，建議左岸繞壩滲漏量按3 867.6 m3/d考慮。

2.4.2 右壩肩滲漏

在壩址右岸約400 m處存在一通向壩下游的溶洞，推測右岸繞壩滲漏帶寬度為400 m，滲透系數(shù)為3.0 m/d，計(jì)算得右岸繞壩滲漏量為2 352.0 m3/d。綜上所述，建議對左、右兩岸基巖作帷幕灌漿處理。

2.5 壩肩穩(wěn)定性

左、右兩壩肩基巖裸露，巖溶發(fā)育，壩址巖層產(chǎn)狀N25°E·NW∠19°，巖體表層強(qiáng)風(fēng)化層厚 3～5 m，岸邊裂隙主要發(fā)育兩組：第 1 組 N10°～20°E·NW∠60°～75°，第 2 組 N30°～60°W·SW 或 NE∠65°～75°；壩址巖體主要受3組結(jié)構(gòu)面（一組層面、兩組裂隙）控制，將巖體切割成塊狀，兩組裂隙為陡傾角結(jié)構(gòu)面，層面為緩傾角結(jié)構(gòu)面。左壩肩坡面坡向與層面及第1組裂隙面傾向相反，雖與第2組裂隙面斜交，但第2組裂隙面傾角大于坡角，故左壩肩不存在整體滑動(dòng)問題。右壩肩坡面坡角與第2組裂隙面傾向相反，與層面及第1組裂隙面傾向相同，層面傾角小于坡角，且傾向與坡向不同，對抗滑穩(wěn)定影響不利，但由于灰?guī)r層間具有一定的咬合力，抗剪強(qiáng)度較大，故沿層面整體滑動(dòng)的可能性不大。

總體來看，兩壩肩抗滑穩(wěn)定性較好，但由于兩壩肩坡面較陡，山體內(nèi)陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，有可能產(chǎn)生崩塌、坍塌、掉塊。建議將兩壩肩強(qiáng)風(fēng)化層清除，放在新鮮或弱風(fēng)化基巖上，開挖邊坡 1∶0.5～1∶0.75，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

3 結(jié)論及建議

工程區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔北臺隆六盤水?dāng)嘞萜瞻采阶中蜆?gòu)造脊柱部分與東西向構(gòu)造交匯帶，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。工程區(qū)地震基本烈度為6°，地震動(dòng)峰值加速度值為0.05 g，特征周期值為0.45 s。天然壩基表層為13.8～36.8 m的河流沖積卵石混合土、級配不良礫及淤泥等，其下為灰色厚層狀灰?guī)r，炭質(zhì)灰?guī)r，無軟弱夾層，巖溶發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m。壩基存在滲漏及滲透穩(wěn)定問題，建議將覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層全部清除，若全部清除難度較大，可考慮對地基進(jìn)行加固及防滲處理，對淤泥層進(jìn)行高壓旋噴固結(jié)防滲處理，卵石混合土層和基巖強(qiáng)風(fēng)化層采用固結(jié)灌漿處理。左、右兩壩肩基巖裸露，巖溶發(fā)育，存在沿管道型及裂隙型易溶通道的繞壩滲漏，建議進(jìn)行防滲處理；蓄水后壩肩基巖可能產(chǎn)生崩塌掉塊，建議將兩壩肩強(qiáng)風(fēng)化層清除，壩體放在新鮮或弱風(fēng)化基巖上，并進(jìn)行加固處理。