黃栗樹水庫溢洪道工程地質分析探討

唐清華

黃栗樹水庫溢洪道工程地質分析探討

唐清華

一、工程概況

黃栗樹水庫位于安徽省滁州市全椒縣境內滁河支流襄河上游，距全椒縣城西北23km，控制流域面積262km2，總庫容2.3億m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、供水、發電、水產養殖等綜合利用的大（2）型水庫。黃栗樹水庫樞紐建筑物由大壩、正常溢洪道、副壩（非常溢洪道）、放水涵洞、渠首工程和小水電站等建筑物組成，壩長255m，最大壩高32.2m。

溢洪道位于大壩左側，與左壩頭間隔一山頭，采用四級消能結構，全長約839m，由進口導流墻、引渠、泄洪閘、泄槽段、泄洪渠及二～四級跌水等建筑物構成。以泄洪閘閘室末端為0+000樁號，至0+330段為泄槽段（含0+046～0+070處的一級消力池，0+205處滾水壩及0+275二級跌水），三級跌水滾水壩位于0+510處，四級跌水位于0+676處。樁號0-037～0+183為開山段長約220m，巖質邊坡，其余為挖填結合，土質邊坡或土石混合邊坡。

該水庫于1961年開始建設，因投資等原因建設過程斷斷續續，于1994年整體建成。在施工及運行過程中，溢洪道曾出現邊坡坍塌、擋土墻倒塌等情況。2010～2012年申請國家投資對大壩進行了防滲處理，但溢洪道等建筑物未處理，存在安全隱患。2014年開展了水庫安全鑒定，屬病險水庫，亟需除險加固。該水庫目前正在編制除險加固工程初步設計，筆者結合工作實際，現就黃栗樹水庫溢洪道工程地質情況進行探討。因篇幅原因，本文僅述存在問題的溢洪道開山段及泄洪閘段。

二、溢洪道工程地質條件

1.開山段兩岸邊坡工程地質條件

開山段長約220m，巖質邊坡，現狀兩側邊坡以峻坡為主，少量為懸坡，坡高約13～23m（含泄槽段護砌及擋土墻的高度），其中約在高程52.0～52.5m以上至坡頂為巖質邊坡（峻坡為主），其下則為護砌及擋土墻。樁號0+183以下為挖填結合段，土質邊坡為主，局部土石混合邊坡。

（1）地層巖性

溢洪道開山段長約220m，巖質邊坡，按巖性可分為兩段，由溢洪道進口到溢洪道拐彎處（樁號約為0+100），長約140m，巖性主要為石灰巖，稱為“石灰巖段”，巖層產狀 N40°E，NW∠80°～90°，巖層走向與溢洪道軸線夾角約60°，巖層近于直立，薄層～碎裂鑲嵌結構，層理一般厚約2～5cm，部分5～20cm，斷層、裂隙發育；地表及坡面風化強烈，局部已全風化，因節理、裂隙較發育，巖體較破碎，坡面上巖石手稍用力就能摳動，雨天時有落石及小規模（體積一般小于5m3）崩塌現象發生；橫切層理的裂隙可分為2組，一組為N70°～80°W，傾向NE∠40°～45°，在溢洪道右岸邊坡為順向坡；另一組為N50°～40°W，傾向SW∠40°～45°，在溢洪道左岸邊坡為順向坡。這兩組裂隙發育程度相當，間距10～30cm，局部間距3～10cm。由拐彎處到樁號0+180左右，巖性主要為燧石巖、粘土巖、硅質板巖、碳質頁巖、輝綠巖脈（巖脈侵入在燧石巖中）等，以燧石巖占絕大多數，稱為“燧石巖段”，長約80m，這一段溢洪道與地層走向夾角為70°～50°，該段巖石為薄層～碎裂鑲嵌結構，斷層較發育，裂隙發育，橫切層理的裂隙也有2組，性質同上；邊坡巖體破碎，風化劇烈，雨天時有落石及小規模崩塌現象發生，其中粘土巖、輝綠巖脈風化更為嚴重，具弱崩解性。

（2）地質構造

1）斷層

溢洪道中大小斷層數量很多，共有13條，通過石灰巖段的有11條，有兩條既通過石灰巖段又通過燧石巖段，由于1965年后新增了擋土墻、混凝土底板、防汛道路等，除F4、F11部分可見、F15大部分可見外，其余均被掩蓋了。這些斷層中順坡向者少，僅有F5及F6在右壁與邊坡斜交，還有F8斷層因位于右岸陡壁頂部，產狀不便量取，估計是順坡向的，傾角約為30°～50°。其余各條斷層在兩壁上都是反坡向的，其中規模較大、破壞性嚴重的大斷層有兩條，分別為F11和F15斷層，這兩條斷層均屬平移斷層，位于溢洪道左岸。

F11斷層分布在左岸崖坡上，斷層產狀 N70°W，NE∠70°～85°，斷層面上有厚約1～2m的斷層角礫巖，膠結堅硬，局部夾紅色粘土及砂礓結核，厚10cm左右。該斷層走向大致平行溢洪道上游段軸線，斷層頂面高程52～56m，斷層兩側灰巖破碎嚴重，未設置護砌、擋土墻前在溢洪道段暴露長約135m，在0+130附近以產狀N80°E，NW∠70°～85°延伸至左岸山中。根據各層石灰巖的錯移情況，斷層上下盤相對水平錯移達45m左右，因而使斷層兩側灰巖形成破碎嚴重的破碎帶，且大都風化破碎成粉末狀，浸水后影響溢洪道側墻安全。

F15斷層，產狀 N80°W，NE∠80°～85°，亦分布在溢洪道左岸坡頂左側，離坡頂約6～12m，有厚約0.4m的斷層角礫巖，屬平移斷層，斷層上下盤巖層水平錯移達30m。該斷層基本與F11平行，相距約20m。

2）節理裂隙

溢洪道開山段兩岸節理裂隙頗為發育，特別是橫切層理的共29條，分為2組。一組產狀為N70°～80°W，NE∠40°，于右壁為順坡向裂隙；另一 組 產 狀 為 N40° ～50° W，SW∠40°，于左壁為順坡向裂隙。兩組裂隙發育程度相當，這樣，溢洪道左、右壁各存在一組順坡向裂隙，在與其他裂隙的組合后對邊坡穩定甚為不利。

2.溢洪道泄洪閘地質條件

泄洪閘閘基建在弱風化的石灰巖上，本次勘探在閘中心線上游側施鉆了ZK11孔，該孔鉆探及壓水、注水試驗成果表明，灰巖為碎塊～片狀的薄層結構，淺部巖層層面裂隙上時常夾有棕紅色粘性土；44.98～40.88m高程段為弱風化灰巖，含白色條帶狀燧石結核及方解石脈，巖石破碎，中等傾角裂隙很發育，隙面多附有水銹，巖芯多呈3～5cm碎塊狀，少部分呈短柱狀；40.88～21.50m高程段為微風化灰巖，巖石較破碎，巖芯多呈塊狀～短柱狀，少量為大于10cm長柱狀，裂隙較發育，隙面平直、規則，一般附有鐵錳銹及泥膜，壓水試驗成功率低，已測得的灰巖透水率為5.61～17.33Lu，21.50m高程以下為新鮮巖體，但裂隙仍較發育，巖體透水率為3.04～3.69Lu。

三、溢洪道工程地質評價及處理建議

1.開山段邊坡穩定性分析與處理建議

1）左岸邊坡：溢洪道開山段左岸擋土墻頂以上邊坡主要為峻坡（坡度45°～60°），局部為懸坡（65°～90°），坡高約為6～13m（自擋土墻頂部起算），坡頂覆蓋層較薄，約為0.0～3.0m，系殘積土。巖體破碎，節理裂隙發育；在坡面上發育有F11斷層，現大部分被擋土墻墻后填土或護坡掩蓋了，僅在泄洪閘左側斜坡、樁號0+120等處坡面仍能見到斷層角礫巖。

自進口 0-037～0+000段出露為F11斷層角礫巖，樁號0+000～0+100段為石灰巖，薄層～鑲嵌結構，0+100～0+180段主要為燧石巖夾粘土巖、輝綠巖脈等，其中0+000～0+050段（灰巖）巖石呈灰黃、灰棕色，已與一般灰巖顏色不同，因風化破碎手能摳動，該段巖石以硅質灰巖為主；樁號0+050～0+100灰巖呈灰黑色，產狀清晰，但也已風化成碎塊～粉末狀。0+100～0+180陡坡面為薄層燧石巖夾粘土巖、輝綠巖脈等的全風化及強風化層，表層已呈棕褐、灰黃等色。本次又在上述成果基礎上進行了補充地質測繪，這些巖層均傾角大，甚至近似直立，風化程度較以前更為嚴重，粘土巖部分已成土狀，坡面上石灰巖、燧石巖多呈扁長的長方形碎塊，大者也不過10cm左右，雨天即有落石和崩塌現象發生，但規模小（崩塌體積一般小于5m3）。

橫切層理的N50～40°W傾向SW∠40°～45°裂隙組為順坡向裂隙，再加上L11～L28裂隙的組合作用，對邊坡穩定甚為不利。

2）右岸邊坡：右岸邊坡坡頂覆蓋層較薄，約為0.0～1.5m，系殘積土。據1965年資料，在坡面上發育有F4、F9斷層。自樁號0+000～0+100為石灰巖強風化，局部已為全風化層，以陡坡（邊坡坡度30°～45°）為主，局部峻坡，坡高6～13m。0+100～0+120為薄層燧石巖強風化，0+120～0+180則為薄層燧石巖、粘土巖、輝綠巖脈等全風化，局部已泥化，其中0+120～0+150段為石崖，系不穩定體，雨天經常發生小規模崩塌。

橫切層理的N70°～80°W傾向NE∠40°～45°裂隙組為順坡向裂隙，再加上L1～L11裂隙的組合作用，對邊坡穩定不利，尤其在0+120～0+150段。

綜上所述，溢洪道開山段左右兩岸邊坡巖性以灰巖、燧石巖為主，間夾有粘土巖、輝綠巖脈，薄層～鑲嵌結構，且粘土巖、輝綠巖具弱崩解性；巖層走向與溢洪道軸線斜交，夾角約50°～70°，對邊坡穩定有利；然而，由于構造發育，節理裂隙多，風化嚴重，使得巖石破碎嚴重，多呈碎塊狀，當邊坡為陡峻坡時易發生石塊崩落或崩塌現象；溢洪道左、右壁各存在一組順坡向裂隙，在與其他裂隙的組合后對邊坡穩定不利；邊坡又多為峻坡、陡坡，坡頂覆蓋層厚薄不均，厚者約3m左右，現狀溢洪道開山段邊坡在雨天就已出現落石、小規模崩塌現象，存在穩定問題。綜合邊坡巖性、構造、風化、坡頂覆蓋層及現狀坡度等情況，建議對溢洪道的石質邊坡按1∶1.25～1∶1.50坡比進行削坡處理，并進行適當防護，以確保其穩定性。

2.溢洪道泄洪閘段處理建議

泄洪閘閘基建在弱風化的石灰巖上，灰巖為碎塊～片狀的薄層結構，泄洪閘的工程地質條件較好，不存在地基承載力不足問題，但存在閘基及繞閘滲漏問題。透水率q≤5lu線在高程21.50m左右。建議對該段進行防滲處理■

（作者單位：安徽省水利勘測設計院233000）