中型水庫壩址工程地質條件分析及壩型比選

劉 勇，楊秀華，楊 蘭

(1.貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550000；2.西安理工大學，陜西 西安 710048)

那卡河水庫位于貴州開陽縣永溫鄉，距開陽縣城區15km，是烏江中游右岸一級支流那卡河上的一座中型水庫。工程主要任務為工業供水及農業灌溉，是《貴陽市水資源綜合利用與開發規劃》的重點水源點之一。為合理選擇與工程特性相匹配壩型，結合那卡河流域區域地形地貌、地質巖性等鉆探結果，經地基承載力及壓縮變形、抗滑穩定和滲透穩定等論證分析[1]，確保首部樞紐布置及大壩結構優化具有較高安全可靠性和節能經濟性。

1 壩址區工程地質條件

大壩地基主要巖體為第四系沖洪積(QaL+pL)砂卵礫石層、粉土分布于河床。壩址區巖層呈單斜產出，巖層產狀為105°～120°∠24°～28°，巖層傾向右岸，河谷為縱向谷。壩址區未見大的地質構造形跡，壩址左右岸局部有小斷裂現象(f1、f2)。據平硐及地表調查資料[2]：壩址區層面發育，節理裂隙面中等至弱發育，主要發育7組裂隙，5組陡傾，2組緩傾。壩址區工程地質條件及結構面統計見表1。

根據地表和平硐調查結果，壩址區陡傾裂隙普遍發育于強至弱風化中，緩傾裂隙多在強風化層發育，有夾泥現象，至弱風化層后轉為閉合至尖滅。節理裂隙連通率：強風化層較為連通，為50%～60%；弱風化層有所下降，為40%～50%，微風化層裂隙多閉合，連通率20%～30%。

表1 壩址區結構面統計表

圖1 壩址區典型地質剖面

左壩肩壩基巖體為∈2-3Ls第二段中厚層狀白云巖，隱節理發育，巖體易破碎，根據鉆孔取芯多為砂狀及碎塊狀。地表線裂隙率可達10條/m以上，但延伸長度、切層深度不大。水平深度10～25m范圍內垂直河向裂隙發育，巖體破碎，屬強風化層；右壩肩在1000～1020m展布石炭系下統大塘組(C1d)鋁土質頁巖、灰色厚層塊狀鋁土巖，根據鉆孔取芯，節理發育多為砂狀及碎塊狀，下部為∈2-3Ls中厚層狀白云巖，隱節理發育，巖體易破碎，巖芯上部多為碎塊狀，短柱狀，下部巖芯漸較完整，多為長柱狀。弱風化巖體一般較新鮮，錘擊聲脆，巖體間嵌合力較好，結合較緊密，巖體較完整，但因巖體內隱節理較發育，鉆孔取芯多為碎塊狀、砂狀、少量柱狀[2]。為了解壩肩巖體完整性及卸荷帶寬度，在左右壩肩各布置一個平硐[3]。據平硐資料：左壩肩水平強風化卸荷帶深5m，弱風化深20m；右壩肩水平強風化卸荷帶深6.0m，弱風化深25m。壩區水文地質條件簡單，無大的壩基滲漏層位，滲漏形式表現為裂隙性滲漏及局部裂隙性風化深槽滲漏。壩址區典型地質剖面如圖1所示。

2 壩址地質條件論證

2.1 地基承載力及壓縮變形

壩基最大壓應力為3.55MPa。壩基、壩肩巖體為薄至中厚層白云巖，除層面較軟弱可能有壓縮變形問題外，綜合允許承載力為4～4.5MPa。壩基巖體為薄至中厚層白云巖，無泥化夾層發育，主要存在f1、f2小斷裂現象。巖屑及方解石充填，抗壓強度及變形模量相對較低，可能存在局部壓縮變形問題，需進行補強處理[4]。左岸f1從左壩身穿過，需采取擴槽回填混凝土處理。右岸f2與壩端基本平行并尖滅，可采用擴槽回填混凝土處理，局部可開挖清除掉。由于大壩拱弧端合力方向指向該層，需采取高壓混凝土灌漿進行處理[5]。

2.2 抗滑穩定分析

兩岸均處在凸出的山脊處，兩壩肩均為(∈2-3Ls)白云巖為主的地層，下游地層相同，兩壩肩抗力巖體寬厚。左右岸裂隙傾向與壩肩巖體受力方向一致，為不利結構面，兩壩肩多組裂隙組合后常會在強至弱風化上部帶形成不利于壩肩抗滑穩定的結構面組合。壩肩開挖到弱風化下部至微風化帶巖體后不存在壩肩抗滑穩定問題[6]，巖層臨空面需進行支護處理。

左岸為巖質邊坡，基巖裸露，地形為55°左右陡坡，自然邊坡穩定。左岸開挖邊坡為順向坡，裂隙與層面交線主要傾向坡外，存在裂隙與層面組合，底滑面傾向坡外的塊體，具有不穩定的邊界條件。壩肩卸荷裂隙帶夾泥現象嚴重，巖體完整性較差，邊坡開挖后存在卸荷帶巖體崩落、傾倒破壞的可能性[7]。需挖除卸荷帶，并采取有效的邊坡處理措施。

2.3 滲透穩定評價

壩基(肩)巖體在一定深度范圍內，存在滲漏問題，其滲漏的主要層次確定為:強滲漏帶即壩基(肩)溶蝕風化帶、岸坡風化卸荷帶；弱透水帶即壩基(肩)弱風化巖體中呈不均勻分布的溶蝕裂隙、裂隙等[8]。為了確保大壩安全，將滲漏控制在設計范圍內，必需進行帷幕灌漿處理[9]。據鉆探資料ZK5及ZK13號鉆孔資料反映，壩基部分因河床較平緩，地下水位高。泉點出露高程為955m，且庫中多處見泉水出露，不存在深部地下水循環條件，無深層滲漏問題。防滲深度以鉆孔壓水實驗數據小于3Lu以下5m為底線，下限深度約30m。兩岸防滲帷幕考慮接地下水位與正常蓄水位交點并接至大塘組及梁山組隔水層，下限深度以地下水位及壓水試驗透水率小于3Lu控制。

3 壩型選擇

根據壩址區地形地貌、地質巖性等地質條件，結合水工建筑物特性及布置要點[10]，擬對拱壩和重力壩兩種壩型進行比較，見表2。

表2 壩型比選

經技術經濟綜合比較，混凝土拱壩在地形地質條件適應性、施工布置、施工導流及工程投資經濟效益等方面均略占優勢，故設計采用常態混凝土拱壩方案。

4 結語

那卡河水庫壩址區地形地質條件較復雜，存在一定深度的裂隙、溶隙(局部可能存在溶洞)滲漏問題。為合理選定與工程實際相匹配的技術性、經濟性壩型，根據現場踏勘和地質鉆探成果，結合樞紐整體布置、施工布置、施工導流和工程投資等條件，對擬定拱壩和重力壩方案進行了詳細論證分析。結果表明：拱壩壩型較重力壩壩型，其地質條件適應性強、樞紐布置簡單、施工導流可靠、工程投資效益好，設計優選混凝土拱壩方案。