新建水庫壩址工程勘察及分析評價

隋玉明

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司， 廣東 中山 528400）

0 引 言

廣西省許多小型水庫在建設中存在的許多工程地質問題,不可避免影響水庫的后續使用,在建設前對這些水庫采取相應的工程地質勘察分析評價顯得尤為重要[1]。小型水庫在常見的病險有：壩體滲漏、壩體沉降變形、溢洪道淤積、導流或取水洞邊坡滑塌、圍堰滲漏、水土流失等。通常滲流、變形最為頻繁和常見[2]。所以對土石壩水庫建設前進行詳勘勘察是預防后期水庫病害，維持水庫長期安全穩定運行的必須措施[3-4]。

文章以廣西來賓高定新建水庫為研究背景，結合水庫的不良地質現象等勘察結果，重點對壩址區工程地質條件進行了分析評價并提出了合理的壩型選擇方案，同時對建筑物工程地質和輸水線路工程地質條件進行了深入的討論，為水庫工程勘察和水庫選址、大壩選型指導提供了參考經驗。

1 水庫規模及勘察目的

1.1 水庫建設規模

該水庫位于廣西來賓市，其作用主要是以供水為主，兼顧灌溉效益的綜合利用工程。工程由攔河壩、泄水建筑物、輸水系統等建筑物組成，如圖1。水庫正常蓄水位276.0m，水庫總庫容1090萬m3。根據規定，按水庫總庫容劃分該工程等別為Ⅲ等，水庫工程規模為中型水庫。

1.2 勘察任務及目的

采用地表地質調查測繪、工程鉆探、物探（高密度電法、順便電磁法）、鉆孔注水、壓水試驗、水文地質觀測、工程測量及室內巖、土測試等多種手段，以期全面真實反映場地工程地質、水文地質條件。并做了順變電磁法試驗。經相應的地質勘察研究工作論證，已查明水庫成庫條件、壩址樞紐建筑物、輸水線路等工程地質條件及主要工程地質問題。

主要對水庫成庫條件進行分析論證，并對可疑滲漏帶提出防滲處理方案和建議；根據水庫區河流地形地質條件選擇壩址，結合壩址地形地質條件，進行建壩適宜性分析，提出推薦壩型方案；查明壩址區巖體的風化特征及深度、地質構造及巖體完整性、滲透性等，評價邊坡及隧洞圍巖的穩定性根據查明壩址區開挖邊坡及隧洞的地質結構特征，提出支護方案的意見和建議；查明大壩及相關建筑物、擬建輸水管道的工程地質條件，并進行分析評價，提出處理方案的意見和建議。

2 庫區工程地質問題評價

2.1 水庫滲漏

根據1:1萬水庫區綜合地質圖分析，在擬選河流段建壩修庫，結合現場調查分析。發現存在庫首左岸、右岸繞滲的問題的問題。

庫首左岸覆蓋層較厚，自上而下為洪坡積碎石土、殘坡積土、風化基巖，洪坡積碎石土、殘坡積土為中等至強透水性，風化基巖上部節理裂隙及風化裂隙發育，左壩肩溶洞裂隙發育，勘探表明為中等至強透水性，存在繞滲的問題。

庫首右岸覆蓋層較厚，自上而下為殘坡積土、風化基巖，殘坡積和強風化巖為中等至弱透水性，風化基巖上部節理裂隙及風化裂隙發育，為弱至中等透水性，存在繞滲的問題。

2.2 庫岸穩定

水庫淤積物主要為汛期上游及庫區洪水夾帶的砂、泥巖風化剝蝕的黏土、粉質黏土及巖塊碎屑和少量的崩塌塊碎石。據調查，庫區內具有規模不等的沖溝10余條，沖溝口均堆積有一定量的砂礫石、塊石，厚度約 1～3m。但不存在較大的不穩定巖體，同時集雨區內植被覆蓋較好，無大規模的固體徑流物質源。

由于兩岸坡地開墾較多，加之地形相對較陡，水庫固體徑流來源有一定的量，存在一定的淤積問題。為增長水庫壽命，建議加強水土保持工作。

2.3 水庫淤積和誘發地震評價

庫岸為較穩定的斜坡帶，往兩岸地形漸變抬高，無較低的封閉或半封閉洼地，故不存浸沒問題。

工程區地震基本烈度為Ⅵ度，無區域斷裂通過水庫，壩址出分布有灰巖，但據地質測繪及勘探成果，巖溶不發育，不具備誘發巖溶塌陷型地震的條件。因此，水庫誘發構造型地震和巖溶塌陷型地震的可能性小。

3 壩址工程地質條件及選型

3.1 壩址工程地質評價及選定

3.1.1 壩址地質條件及選定

壩址位于高達村下游，壩址區地形相對開闊，左岸壩線上游下游有沖溝發育，右岸有深切沖溝。總體上擬建壩線處地形基本對稱，上下游均被沖溝切割后地形破碎，不對稱，故上下游都不宜壩線布置。壩址兩岸不對稱。

3.1.2 地層巖性及風化特征

1）地層巖性：各地層的巖性見壩址區地層，見表1。

表1 壩址區地層簡表

2）巖土體風化特征：為了解壩址區巖體風化卸荷特征，本階段主要采用鉆探、物探等勘察方法。壩址區出露基巖主要為碎屑巖，右岸為物理地質現象主要表現為覆蓋層及巖體風化，而左岸分布沖洪積及殘坡積覆蓋層。

3.1.3 灰巖發育和斷裂探測

為查清壩址區壩址區下伏基巖的風化情況、巖體破碎及巖溶發育情況，在壩址區布置高密度電法勘探測線，主要對壩址區灰巖、白云巖發育區布置。

根據電法勘探成果結合地質鉆探資料：電阻率層析成像結果顯示深藍色為低阻區，勘探成果發現說明在低阻區的土層有比較大的中強滲透性，其地下含水量也非常豐富。結合地質資料可看出低阻區的溶洞、溶隙發育。

壩肩基巖為砂巖，風化層風化程度的不同，含水率不同，電阻率會表現出差異，一般來說，完整的基巖電阻率最高，弱風化層電阻率次之，強風化層電阻率最低，使用瞬變電磁法對圍巖進行分級，，方法本身對低阻響應較其他物探方法好；因為是不接地的測量方式，對地表不均勻體產生的靜態效應也不明顯；砂巖區本底電阻率較低，瞬變電磁方法也有優勢。

在線50～70出現一個高阻隆起，70～90段接著出現的低阻傾斜向下延伸，在90～110左右出現一個低阻凹陷區域，在130后呈現和地形形態一直的高阻區。推測點號100左右有F1-4斷層裂隙。而50～70的小高阻抬升可能附近地下水位下降所致。在線170～190段出現一個陡峭的低阻凹陷區，凹陷梯度較大，推測可能有F1-5斷層裂隙存在。

3.2 壩型選擇

3.2.1 地質條件對大壩布置的影響

壩址左岸超過255m高程部分的區域地勢開闊平緩，而在255m高程以下到河床面分布為陡坡，所以適合選用的壩型有重力壩、土石壩等。

根據地形地質條件混合壩方案重力壩段壩體在左岸陡崖處上下游需設置擋土壩來銜接土石壩，且重力壩段與土石壩段有一段搭接長度。從大壩布置方案來看全土石壩方案較優。因此從地形地質條件對工程布置的影響看，全土石壩方案優。

3.2.2 塑性混凝土心墻土石壩方案

根據勘察報告分析地質條件并通過對黏土心墻、塑性混凝土心墻進行比選后，發現塑性混凝土防滲效果最佳。壩體防滲樞紐工程主要建筑物由大壩、溢洪道、輸水系統等組成。

1）大壩：土石壩段長565m，為塑性混凝土心墻土石壩，壩殼填料為料場開挖石渣混合料、壩基開挖土石料。

2）溢洪道：溢洪道位于大壩右壩端處，為岸邊正槽式溢洪道布置在右壩端，溢洪道由開挖山體而成，由進水渠、控制段、泄槽、海漫組成。

3）基礎處理：大壩左岸及右岸建議在上部采用混凝土防滲墻，下部可以用防滲帷幕，溢洪道右側的可以結合兩種處理措施綜合防滲。

4）取水建筑物：供水取水塔布置在右岸，結合導流隧洞布置，采用鋼筋混凝土岸塔式結構，進口設放空閘門。

3.3 壩址工程地質問題預測及處理

1）填筑區基礎：由于區內殘積土體厚薄不均，呈可塑至硬塑狀，大壩基礎時可能會產生不均勻沉降問題，且易產生滲透變形，應對地基土承載力及變形進行復核，必要時應對地基進行處理。

2）心墻基礎：表層耕植土結構松散，滲透性大，不能滿足心墻基礎要求；下伏基巖為硬質巖，以弱風化為主，巖體力學性質較好，可滿足中低壩建基要求。根據本工程大壩規模，建議心墻基礎置于弱風化巖體中。同時心墻基礎必須穿過較大溶洞及風化囊體，置于弱風化巖體中，解決防滲及基礎穩定問題。

3）壩基巖溶塌陷分析評價：壩基灰巖、白云巖為可溶巖巖層；地下水水位變動位置在土層中；巖溶地面塌陷發生的可能性等級劃分為可能性中等；綜合三個因素綜合評價為評為巖溶地面塌陷發生可能性為中等。

4）滲透破壞：對于河道中卵石、漂石層，存在滲漏問題，為強透水性，會產生管涌滲透破壞問題。壩址區覆蓋層為洪坡積的碎石土層達到中等透水性，會產生管涌滲透破壞問題。對于灰巖及白云巖表層巖溶裂隙及溶洞發育地段，注水及壓水試驗表明，達到中等透水性，存在滲漏以及產生滲透破壞問題。對于基巖采取帷幕灌漿進行防滲，對于斷裂及節理發育密集帶，應根據其影響范圍及深度采取專門的防滲措施。同時結合壩基帷幕灌漿進行防滲處理。

4 主要建筑物工程地質條件評價

4.1 溢洪道病險分析及評價

由于該地區降水豐富，地下水較豐富，其中殘積土層為中等至弱透水性，強風化為中等透水性，應注意地下水對邊坡穩定影響，必要時應溢洪道的邊墻采取排水措施。

消能及護坦段：下游沖刷區河谷開闊，上部為漂石、卵石層，抗沖刷能力一般，建議作對漂石、卵石層做防沖刷處理。

4.2 導流兼取水洞病險分析及評價

取水塔及聯接橋：聯接橋取水口位于大壩右岸上游，分布有殘坡積土。建議取水塔基礎置于強風化巖體上，其允許承載力和變形條件滿足設計要求。

4.3 圍堰病險分析及評價

圍堰設置于上游，采用土石圍堰，并作為壩體的一部分。圍堰基底為卵石層，結構孔隙大、強透水性，是圍堰施工的不利因素。因此必須進行截滲。應采取適當的工程處理措施加固堰基，確保圍堰及施工安全。圍堰左、右岸及底部的基巖為中等滲透性，應采取帷幕灌漿處理。

4.4 輸水線路工程地質條件分析

輸水線路沿線走向東鄉以北基本呈由北往南走線，總體呈由東往西走線，該段地勢相對平緩開闊，該段東部同為低山丘陵區，大部分洪坡積；西部局部為巖溶洼地，沿線植被覆蓋率一般，屬侵蝕和溶蝕型地形地貌。

對基坑開挖較深地段，應注意坑壁的穩定性，必要時可采取相應的支擋措施。基礎開挖棄土嚴禁在基坑坡頂及邊坡堆放，及時清運出場，確保施工安全。填方區應注意清除表層松散層，并以其下滿足設計要求的巖土層作為基礎持力層。

5 結 論

文章在對庫區和壩址區工程地質條件進行了詳細勘察分析評價并提出了合理的壩型選擇方案，同時對建筑物工程地質和輸水線路工程地質條件進行了深入的討論，最終得出以下結論：

本工程推薦壩型為全土石壩方案，其樞紐建筑物布置方案為：土石壩＋右岸溢洪道＋右岸導流涵洞兼取水涵洞，臨時建筑物為上游土石圍堰。庫岸現狀總體穩定，部分河段可能會因水庫蓄水后由于在庫水侵蝕、軟化等作用下，導致庫岸再造，但對水庫正常運行影響較小。

大壩在詳細勘察分析中，勘察手段往往比較綜合，往往還需要進一步復核和優化防滲帷幕邊界和底界，這是水庫詳細勘察未來重要的技術研究方向。