板澗河水庫壩址工程地質評價及壩型比選

劉軍偉

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

板澗河水庫工程位于垣曲縣西部黃河的一級支流板澗河中游，本段河谷呈“S”型，流向由S65°E轉向N80°E。谷底高程454～460 m，兩岸高程多在790～1 050 m。河谷底寬 10～120 m，河谷斷面呈“V”型，為剝蝕構造低山區。壩址區斷裂構造不發育，安山巖噴發層流及間歇面產狀 N33°～65°E/SE∠34°～46°，巖層傾向右岸偏下游。巖體中主要發育3組節理裂隙：①N40°～65°E/SE 或 NW∠46°～87°；②N15°～26°E/NW或 SE∠64°～80°；③N0°～14°W/SW∠53°～79°；第①組為張節理，第②，③組為剪節理。第①組裂隙主要受巖體中原生噴發間歇面、流層面和構造應力控制，延伸長度一般為6～13 m。壩址位于河谷由寬變窄段，谷底寬度20～65 m；壩軸線下游河谷突然變窄，谷底寬度5～20 m。壩址谷底基巖大多裸露，壩基建基面為馬家河組第一巖組安山巖。

2 工程地質評價

2.1 壩基工程地質特性

壩基安山巖似層狀分布，層面為噴發層流及間歇面，單層厚度2～30 m，一般厚度10～20 m。巖體中原生節理和構造節理裂隙發育，受節理裂隙相互切割作用，巖體呈碎裂塊狀構造。在層面間夾有泥巖、砂質頁巖，呈薄層狀分布，部分層間存在軟弱層或泥化夾層，使兩岸突顯似層狀分布。壩基安山巖強風化層厚度1～4 m，弱風化層厚度6～17 m，局部弱風化層較厚，在上游壩坡處ZK11-3號鉆孔揭露厚度23.8 m，壩基安山巖不同層位存在風化差異性。不整合接觸帶處安山巖存在古風化帶，古強風化層厚度3～5 m，局部較厚，在左岸ZK12-13號鉆孔揭露層厚度9.3 m；古弱風化層厚度15～18 m。在右岸坡下部及后壩坡腳存在泥化夾層，產狀與安山巖噴發層面產狀一致，厚度0.1～0.2 m，以泥夾碎屑型為主。后壩坡壩基石英砂巖層厚度0～40m，強風化層厚0～1m，弱風化層厚6～8m。其下礫巖呈凸鏡狀分布，呈弱風化狀態。

總體來看，壩基安山巖巖體質量指標RQD值較低，分析在安山巖形成巖體過程中產生的冷縮原生節理很發育，致使產生大量不規則節理。在構造節理裂隙、原生節理和噴發間歇面及層流面共同作用下，破壞了巖體的完整性。從壩址鉆孔巖芯來看，巖芯長度一般在10～30 cm，最長51 cm，表明壩址安山巖巖體中節理裂隙發育，巖體完整性差。

2.2 壩肩

左、右兩壩肩岸坡較陡，岸坡中上部近直立。左壩肩坡頂高程570～585m，右壩肩坡頂高程在720m以上。出露地層巖性：兩壩肩下部為馬家河組第一巖組安山巖，其上為云夢山組第二巖組石英砂巖，石英砂巖層間存在大型斜層理，斜層理產狀與其上部石英砂巖巖層產狀一致，為 N20°～43°W/SE∠24°～37°，斜層理以下巖層產狀為 N17°～67°W/SE∠17°～23°。左壩肩巖層傾向下游偏右岸，右壩肩巖層傾向下游偏山里。石英砂巖與其下安山巖不整合結構面傾向下游，巖層向河谷下游傾斜分布。不整合接觸帶處安山巖存在古風化殼，古強風化層厚度4.1～9.3 m，古弱風化帶厚度18 m。

兩壩肩岸坡處石英砂巖層風化卸荷作用強烈，存在風化卸荷裂隙帶，探硐揭露卸荷帶水平寬度19 m，順河向裂隙延伸較長。在近順河向及近垂直河向兩組裂隙的相互切割作用下易產生崩塌掉塊。另外，在不整合接觸帶處由于風化剝蝕作用，上部石英砂巖層陡坎下形成了沿接觸帶的寬大縫隙甚至為空洞，縫隙一般張開高度0.5～1.0 m，深度1.0～1.5 m。這一現象在壩址兩岸普遍存在，說明不整合接觸帶處安山巖巖性相對軟弱，抗風化能力較弱。

3 壩型比選

設計初擬選擇拱壩、混凝土重力壩及面板堆石壩三種壩型進行比較。不同壩型對地基的要求及存在的主要工程地質問題有一定差異。

拱壩壩型對兩壩肩地基要求較高，壩址區兩岸上部為中厚層狀石英砂巖，巖性堅硬，下部為安山巖，巖體碎裂。石英砂巖層間存在大型斜層理結構面，斜層理及巖層均傾向下游。另外，兩岸存在卸荷裂隙帶，主卸荷裂隙走向近平行河谷，傾角69°～78°，延伸較遠。此外，兩岸石英砂巖與安山巖不整合結構面傾向下游，接觸帶處安山巖存在古風化殼。以上結構面及安山巖古強風化層的存在對拱壩拱座穩定不利。河床覆蓋層較薄，大部分基巖裸露。從地基條件看，適宜建當地材料壩。混凝土重力壩型對地基的要求較高，壩址區、覆蓋層和基巖強風化層較薄，壩軸線處弱風化層下限埋深16 m，局部達23.8 m，壩基安山巖原生節理發育，呈碎裂塊狀構造，巖體質量差。在后壩坡腳處壩基存在不整合結構面，接觸帶處分布安山巖古風化殼。該工程設計大壩為高壩，按照規范要求應將壩基置于弱風化層中部至微風化層。混凝土重力壩后壩坡腳為應力相對集中段，需要開挖至深度36.2 m以下弱風化安山巖層。兩岸石英砂巖岸坡存在風化卸荷帶，需要清除風化卸荷帶，壩基和兩岸開挖工程量較大。面板堆石壩型對地基要求較低，壩基開挖工程量較小。

混凝土重力壩型在開挖后存在開挖邊坡穩定問題。由于兩岸需清除風化卸荷帶，開挖后將形成高邊坡，特別是右岸邊坡，開挖邊坡的穩定問題較為突出。而且壩基安山巖存在間歇面，其傾向下游偏右岸，間歇面上下巖性相對較軟弱，部分存在軟弱層或泥化夾層。且在壩軸線下游不整合接觸帶處存在古風化層，巖體破碎，將對壩基穩定產生不利影響。

面板堆石壩和混凝土重力壩型均存在基巖滲漏、繞壩滲漏、兩岸接觸帶帶滲透穩定問題。滲漏及滲漏穩定問題均可通帷幕灌漿防滲加以處理，但由于面板堆石壩型兩岸開挖厚度較薄，其邊坡穩定問題較重力壩型相對不突出。本段“S”型河谷也有利于面板壩型溢洪道和泄洪洞的布置。

從壩型所需天然建筑材料方面考慮，面板壩型堆石料可在壩址上游約0.6 km庫區內開采。由于板澗河河谷砂卵石層較薄，缺乏天然混凝土細、粗骨料，骨料運距相對較遠，細骨料運距約20 km。若采用混凝土碾壓重力壩，本區沒有較大的火電廠，粉煤灰料缺乏。從所需天然建材方面考慮，面板堆石壩壩型占優勢。

4 結語

綜上分析比較，混凝土重力壩和面板堆石壩兩種壩型均可選擇。但由于重力壩型壩基及壩肩開挖量大，由此帶來的開挖高邊坡和深基坑等工程地質問題較突出，且近壩區粗、細骨料缺乏。而面板堆石壩型在近壩庫區堆石料較豐富、運距近且可增加庫容。故從地質角度建議采用面板堆石壩壩型。