獐子溝水庫壩型地質條件適應性研究

樊 敏，丁亞龍，楊 偉

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550003）

0 引言

近年來，水利水電工程發展迅速，在發展過程中首要解決的一個重要問題就是壩型的選擇，其涉及到壩址地質條件、料場、工程造價、抗震等。擬建獐子溝水庫壩址地質條件較復雜，從地質角度來說，壩型的選擇顯得尤為重要。

1 工程概況

擬建獐子溝水庫位于石阡縣城以東的花橋鎮平坡村平半坡村寨附近的花橋河上，花橋河屬于長江流域烏江水系石阡河的二級支流；擬建水庫距花橋鎮8 km，距石阡縣城27 km。推薦壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高55.5 m，正常蓄水位高程720 m，集水面積11.32 km2，總庫容417 萬m3。為一座以灌溉、鄉鎮供水為主，兼有周邊農村飲水等功能的綜合利用的IV 等小（1）型水利工程，主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、放空底孔、導流洞、取水建筑物及輸水工程等組成。

2 壩址區工程地質條件

壩址位于花橋河團嶺河段上，河床呈“蛇”型彎曲，總體近SN 向，階地不發育。河床高程664.7 m～673.4 m，比降2.2%，河床寬約3 m～12 m，左岸地形坡度20°～60°，右岸地形坡度13°～58°，正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”型谷。

出露地層為寒武系中統平井組（∈2p），巖性為灰至深灰色薄層夾中厚層狀白云巖、鮞狀白云巖。壩址總體為單斜構造，巖層產狀為N40°W，NE∠15°，傾下游偏右岸。右岸發育斷層F1、F2，其中F1 為張性正斷層，產狀N26°E，NW∠85°，破碎帶寬1 m～3 m，影響帶寬8 m～10 m；F2 為壓性逆斷層，產狀N20°E，NW∠80°，破碎帶寬3 m～5 m，影響帶寬7 m～10 m。左岸強溶蝕風化0 m～16 m，河床弱溶蝕風化10.3 m，右岸強溶蝕風化0 m～49 m。工程區地震動峰值加速度值小于0.05 g，反應譜特征周期為0.35 s，對應地震基本烈度小于Ⅵ度，區域構造穩定性好。

區內巖溶發育較弱，主要表現為溶蝕裂隙，小溶洞等，規模較小，如左岸699.4 m高程處發育溶洞K1，右岸沿斷層F1、F2形成的溶蝕空腔等。根據資料分析，河床為地下水排泄基準面，河谷巖溶水動力類型為補給型，兩岸地下水補給給河水，左岸地下水位平均比降28%，右岸地下水位比降16%～41%，平均比降29%。

3 壩型適應性分析研究

根據巖石室內試驗，巖石飽和單軸抗壓強度為41.3 MPa，屬中硬巖。根據地面調查、鉆探及平硐等資料，強風化層中夾泥現象普遍，弱風化層中上部次之，中下部局部夾泥，連續性差。結合規范要求可將壩基巖體劃分為兩類：弱溶蝕風化中部及以上為BⅣ1類巖體，弱溶蝕風化下部至新鮮基巖為BⅢ2類巖體。

壩型選擇主要取決于壩址的工程地質條件，把壩址的基本地質條件和壩型結合起來得出最優解是工程師們一直追求的目標。拱壩對壩址的地質條件要求較高，壩址區河谷較為寬緩，基巖主要為薄層白云巖，弱風化中部以上夾泥較嚴重，且右壩肩發育F1、F2 斷層，對拱壩穩定性影響較大，無可比性，因此，僅選取混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩作適應性分析研究。

3.1 碾壓混凝土重力壩適應性分析研究

碾壓混凝土重力壩設計最大壩高56.6 m，采用壩頂溢洪。碾壓混凝土重力壩壩線河床高程671.9 m，河床寬約5.2 m，階地不發育。左岸地形坡度31°～52°，右岸地形坡度22°～41°，水庫正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”字型河谷。

圖1 重力壩壩軸線工程地質剖面圖

（1）持力層的選擇

壩基巖體主要為薄層夾中厚層白云巖，BⅣ1類巖體結構面發育、夾泥，巖塊間嵌合力差；BⅢ2類巖體結構面較發育，多閉合，夾泥較少，不連續，貫穿性結構面不多見。重力壩持力層的選擇應根據大壩穩定、壩基應力、巖體類別、基礎變形等因素，經技術經濟比較確定，BⅢ2類巖體經處理后可作為重力壩基礎。右岸F1 斷層需深挖回填處理，并進行固結處理。

（2）壩基抗滑穩定

根據壩區節理裂隙統計，壩基具備淺、深層滑動的邊界條件：第①組：產狀260°～280°∠65°～85°的裂隙和右壩肩斷層F1 的破碎帶為壩址側裂控制面。第②組：產狀170°～183°∠68°～88°裂隙為壩址拉裂控制面。第③組：巖層層面、泥化夾層，為底滑控制面，產狀N32°～46°W，NE∠10°～19°。因此，重力壩存在抗滑穩定問題，需計算復核。

（3）開挖邊坡穩定性評價

兩岸邊坡總體穩定，巖層總體傾下游，偏右岸，左岸位視順向坡，右岸為視逆向坡。左、右壩肩開挖至弱溶蝕風化巖體中上部，壩肩基坑開挖將形成最大水平深16 m～25 m 左右深槽。左岸邊坡在卸荷、溶蝕風化裂隙切割下，邊坡上的不利組合體可能順層面或軟弱夾層產生較大面積滑坡，建議對左岸邊坡先支護，后開挖[1-3]。右岸為視逆向坡，壩基巖體為中硬巖，抗風化、軟化能力強，開挖邊坡總體穩定，但F1 斷層處開挖較深，斷層破碎帶及影響帶較大，受斷層、裂隙等因素影響，局部邊坡易形成不穩定體，可能存在滑塌現象。

（4）壩基(肩)滲透穩定性分析

重力壩基礎置于弱溶蝕風化白云巖上，巖體內裂隙發育較少，多閉合，弱風化層中上部夾泥現象較多，中下部局部夾泥，連續性差。根據鉆孔壓水統計分析，強風化至弱風化中部巖體透水率較大，特別是右岸，弱風化局部達到64.94 lu，因此，在高水頭壓力作用下，壩基（肩）夾泥面可能產生滲流破壞，危及大壩穩定，建議對壩基進行固結、帷幕灌漿處理。

3.2 混凝土面板壩適應性分析研究

混凝土面板堆石壩軸線位于重力壩軸線下游約60 m，設計最大壩高55.5 m，采用左岸溢洪。壩線河床高程671 m、河床寬8.8 m，階地不發育，左岸地形坡度24°～50°，右岸地形坡度20°～46°。水庫正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”字型河谷。

圖2 面板壩壩壩軸線工程地質剖面圖

（1）持力層的選擇

混凝土面板堆石壩壩型對地基基礎要求較低，開挖量較小，適應性較強，無需大量削坡處理[4]。BⅢ2類巖體較完整，局部完整性差，抗滑、抗變形性能受結構面和巖石強度控制，經處理后可作為面板壩趾板基礎持力層；右岸F1 斷層需深挖回填處理，并進行固結處理。堆石區對地基承載力要求低，清除覆蓋層及松動巖體，放置于基巖上即可。

（2）開挖邊坡穩定性評價

兩岸邊坡總體穩定，巖層總體傾下游，偏右岸，左岸為視順向坡，右岸為視逆向坡。左、右岸趾板開挖至弱溶蝕風化巖體中上部，壩肩基坑開挖將形成最大水平深12 m～20 m 左右深槽。左岸邊坡在卸荷、溶蝕風化裂隙切割下，邊坡上的不利組合體可能順層面或軟弱夾層產生滑塌，建議對左岸邊坡先支護，后開挖[1-3]。右岸為視逆向坡，壩基巖體為中硬巖，抗風化、軟化能力強，開挖邊坡總體穩定，但F1 斷層處開挖較深，斷層破碎帶及影響帶較大，受斷層、裂隙等因素影響，局部邊坡易形成不穩定體，可能存在滑塌現象。堆石區清除表層覆蓋層及松動巖體即可，對邊坡影響小。

（3）壩基(肩)滲透穩定性分析

面板堆石壩基礎置于強、弱溶蝕風化白云巖上，裂隙發育，強至弱溶蝕風化層中夾泥存在現象，且強溶蝕風化層中較普遍，且弱溶蝕風化上部及以上巖體透水率較大，在高水頭壓力作用下，滲流作用對壩基(肩)可能產生滲流破壞。同時，滲流攜帶堆石區泥沙流失，造成堆石區脫空、變形、坍塌，使趾板失去支撐，變形、開裂破壞，失去防滲作用，水庫產生滲漏，嚴重時可能發生潰壩。因此，建議對壩基進行固結、帷幕灌漿處理。

4 結論與建議

不同壩型對壩址工程地質條件有不同的要求。一般來說，拱壩要求最高，重力壩次之，面板壩適應性最強[5-6]。獐子溝水庫壩址區地質條件較復雜，為合理選定壩型，從地質角度出發，對壩址區工程地質條件進行了分析研究，優選混凝土面板堆石壩方案，該研究為設計提供了重要的地質資料、結論及建議。

（1）壩址區弱風化中部以上夾泥較嚴重，且右壩肩發育F1、F2 斷層，對拱壩穩定性影響較大，無可比性。

（2）重力壩對壩基巖體質量的要求較高，泥化夾層對壩基壓縮變形、滲透變形不利，存在壩基淺層、深層滑動的可能，且重力壩壩基（肩）開挖面積及深度較大，對邊坡的穩定性影響相對較大。

（3）從持力層的選擇、壩基抗滑穩定、開挖邊坡的穩定性、壩基(肩)滲透穩定性等方面進行論證，從地質角度來說，混凝土面板堆石壩優于混凝土重力壩，推薦混凝土面板堆石壩。

（4）建議對壩基進行固結、帷幕灌漿處理；對F1 斷層深挖回填后進行固結、帷幕灌漿處理，對F2 斷層進行帷幕灌漿處理。