地質條件下水庫壩址比選分析

王 磊

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

薩德克水庫總庫容為740萬m3，控制灌溉面積2000hm2，根據水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL252-2017)[1](山區丘陵部分)和防洪標準(GB50201-2014)[2]，確定本工程等別為Ⅳ等小(1)型工程，永久性主要建筑物大壩、導流排沙兼放空洞、溢洪洞、放水洞為4級建筑物，臨時建筑物為5級。據中國地震動參數區劃圖(GB18360-2015)[3](1/400萬)，本次切特SEBLK水庫工程場地50a超越概率10%的地震動峰值加速度為0.20g，相對應地震基本烈度值為Ⅷ度，根據水電工程水工建筑物抗震設計規范(NB35047-2015)[4]的有關規定，水工建筑物抗震設防類別為乙類，設計烈度亦采用8度。本文主要從地質條件方面分析壩址的選取。

2 壩址擬定

河流總體流向由北向南，穿過了不同的地貌單元，總地勢北高南低。地貌單元按山勢的相對高程又可劃分為中低山區和山前沖洪積傾斜平原區。中底山區位于河流上、中游段，基巖多裸露，植被發育，河道平均坡降42.3‰，河谷呈“U-V”混合交替型，以“V”型為主，兩岸殘留有少量Ⅰ級、Ⅱ級階地，河段河谷順直擴放明顯。河谷兩岸沖溝切割強烈，分布有多條沖溝，走向與河谷斜交。山前沖洪積傾斜平原區位于下游段，地形較平坦，河道兩岸多為耕地，分布少量灌木，河道平均坡降10.8‰，河段河谷多呈“S”型，走向近南北向。本階段設計經多次現場踏勘，結合該河道兩岸的地形、地質、施工條件、工程總體布置要求、工程投資及效益分析等因素，賽德克水庫樞紐工程初選上、下2個壩址進行比較選擇。其中上壩址位于出山口上游約50m處，下壩址位于出山口上游0.8km處，兩壩址相距約0.8km。

3 壩址方案

3.1 上壩址方案

上壩址位于下壩址上游0.8km，河谷流向NS，河流縱坡約13.5‰。谷底高程1187m，兩岸山頂高程1270～1320m，相對高差約100m，現代河床寬30～100m，正常蓄水位1252.4m高程處，河谷寬200～350m。上壩址右岸壩頂高程以上基巖裸露，以下多為坡積碎石土覆蓋，局部基巖出露，岸坡坡度約35°；左岸多被第四系坡積物覆蓋，厚3～20m，局部基巖出露。

壩址左岸自然坡度50°～60°，表層為第四系坡積碎塊石，厚3～5m，局部達20m，結構松散，其下為基巖，巖性為凝灰巖，底部基巖強風化層厚度10～15m，弱風化層厚4～6m，無斷裂構造分布，節理裂隙不發育。該段巖體透水率q<5Lu界線在基巖面以下25～30m。

現代河床寬30～100m，河床段覆蓋層深度15～20m，地層巖性上部為全新統沖積砂卵礫石層，成因單一，無淤泥、軟土等不良土層分布，兩岸坡腳分布有小量的坡積碎石土層，礫石粒徑一般2～25cm，地表可見最大直徑約80cm；卵礫石磨圓較好，次圓狀為主，礫石母巖成分以花崗巖、凝灰巖、凝灰砂巖、安山巖等為主，結構密實，可作為壩基利用；下伏基巖為石炭系凝灰巖，產狀275°～285°SW∠80°～85°，為堅硬巖，強風化層厚8～10m，弱風化層帶厚3～5m，裂隙面部分風化變色，強度較高；微風化至新鮮基巖，巖體完整。據鉆孔壓水試驗成果，基巖透水率q<5Lu界線位于基巖面以下18～22m處。

右岸為巖質岸坡，坡高約80m，自然邊坡35°～45°，高程1260.0m以上花崗巖出露，高程以下出露石炭系中統腦蓋吐組(C2n)棕褐色凝灰巖，巖層產狀275°～285°SW∠80°～85°，巖層走向與河谷近正交，花崗巖與凝灰巖接觸帶為不整合接觸，據探槽揭露，接觸帶寬3～5m，巖體較破碎，據注水試驗，滲透系數為4.6×10-5cm·s-1，為弱等透水，水庫蓄水后，沿接觸帶可能存在側向滲漏問題，需采取防滲處理措施；在坡腳處出露坡積碎塊石層覆蓋，厚3～5m，結構松散，須清除處理，底部基巖強風化層厚度4～8m，弱風化層厚2～3m，無斷裂構造分布，節理裂隙不發育。該段巖體透水率q<5Lu界線在基巖面以下15～20m。

3.2 下壩址方案

下壩址軸線位于出山口上游約50m處，壩址右岸多處基巖裸露，局部為坡積碎石土覆蓋，岸坡坡度約50°；左岸局部基巖出露，多被第四系坡積物覆蓋，厚3～5m，局部達15m，左岸上游20m處有一沖溝，溝深20～50m，呈“V”字型谷，延伸至山頂，長約200m。

岸坡自然坡度60°～70°，基巖出露，局部被第四系坡積碎塊石覆蓋，據地表測繪，受盆地北緣斷裂帶南支斷裂(F17-2)影響，地表巖體破碎，節理裂隙發育，基巖地層巖性為石炭系中統腦蓋吐組(C2n)棕褐色凝灰巖，巖層產狀275°～285°SW∠80°～85°，巖層走向與河谷近正交。在壩軸線上游有一條寬100m左右，產狀為250°NE∠50°～60°的斷層破碎帶通過。在壩軸線及壩后有一條寬30～40m，產狀為140°NE∠76°的斷層破碎帶通過，受該構造影響，下壩址左岸巖體節理裂隙走向多與之相近，且越向下游伴生小斷層越多。岸坡坡積碎塊石層厚3～5m，結構松散，須清除處理，底部基巖強風化層薄，弱風化層厚，無斷裂構造分布，節理裂隙不發育。類比上壩址鉆孔壓水試驗成果，并結合地表測繪成果，推測左壩肩巖體透水率q<5Lu界線在基巖面以下30～40m。

現代河床寬50～60m，砂卵礫石厚度28～33m；據物探測試成果，覆蓋層無淤泥及連續砂層分布。類比上壩址河床覆蓋層，無地震液化問題，清除表層洪積層后可作為天然壩基利用。受F17-2斷層影響，有2條較大的破碎帶穿過壩軸線，其產狀分別為250°NW∠50°～60°，寬度50m；140°NE∠76°，寬度30～40m。由于壩基有較大不良地質構造，且覆蓋層透水性強，并有滲透穩定問題，壩基覆蓋層須全斷面防滲處理。河床底部基巖為石炭系中統腦蓋吐組(C2n)棕褐色凝灰巖，基巖面高程1115～1125m。強風化帶厚15～19m，弱風化帶厚5～8m，鉆孔壓水試驗成果，河床段基巖透水率q≤5Lu的界線埋深在基巖面以下35～45m。

右岸岸坡自然坡度30°～40°，多處基巖裸露，地層巖性為石炭系中統腦蓋吐組(C2n)棕褐色凝灰巖，巖層產狀275°～285°SW∠80°～85°，巖層走向與河谷近正交；在壩軸線上有一條寬30～40m，產狀為140°NE∠76°的斷層破碎帶通過在壩后有一條寬100m左右，產狀為250°NE∠50°～60°的斷層破碎帶通過，受該構造影響，岸坡基巖節理較發育。主要發育3組裂隙分別為320°～330°SW∠40°～45°，平行發育5條，間距1.0～1.2m，延伸長3～5m，裂隙面粗糙，無充填；310°～320°NE∠43°，平行發育3條，間距1.0～2.0m，延伸長3～5m，裂隙面粗糙，無充填；35°～40°NE∠85°，平行發育6條，間距0.2～0.5m，延伸長1.0～1.5m，裂隙面粗糙，無充填局部有坡積碎塊石層覆蓋，厚3～5m。

4 比選分析

上、下壩址工程地質條件比較見表1。通過比選可知，在地形方面，2個壩址上游均有庫盆地形，庫盆地形條件相近，但壩址位置河床寬度下壩址稍窄，壩體較短；在地質方面，根據初選上、下壩址的地質條件，兩壩址河床位置Q4砂礫石覆蓋層均較為深厚，上、下壩址基礎及壩肩下部均為深厚的石炭系中統腦蓋吐組(C2n)棕褐色凝灰巖，結構穩定。

下壩址基礎雖然為基巖但受附近F17-2斷層影響巖體破碎，次級斷裂發育，基礎滲透性受斷層影響大，各部位不均衡。

上壩址右壩肩花崗巖與凝灰巖接觸帶為不整合接觸，據探槽揭露，接觸帶寬1～2m，巖體較破碎，據注水試驗，滲透系數為4.6×10-3cm·s-1，為中等透水，水庫蓄水后，沿接觸帶可能側向滲漏問題，需采取防滲處理措施。

上壩址位于河道相對狹窄處，河谷為不對稱“U”形谷，現代河床寬30～100m，正常蓄水位1252.4m，谷寬240m。左岸坡高約130m，自然坡度45°～50°，岸坡大部為坡積物覆蓋，厚3～20m；局部崖坡基巖裸露，巖層走向與河道近正交，邊坡整體穩定。右岸坡高100～110m，為巖質岸坡，自然坡度35°～45°，巖層走向與岸坡近正交，邊坡整體穩定性好，凝灰巖與花崗巖為不整合接觸，接觸帶寬3～5m，巖體較破碎，為中等透水，容易引發水庫側向滲漏，需采取防滲處理措施。河床覆蓋層勘探深度15～20m，覆蓋層以沖積砂卵礫石為主，無地震液化問題，可作為土石壩天然壩基。兩壩肩基巖巖性為石炭系中統腦蓋吐組凝灰巖和華力西中期侵入花崗巖，屬堅硬巖，F17南支斷裂在壩線下游1.2km處橫穿河谷，節理裂隙不發育。

表1 壩址及庫區地形工程地質條件比較表

下壩址地形較開闊，河谷為不對稱“U”形谷，現代河床寬約50～60m，正常蓄水位1216.7m時河谷寬220m。左岸坡高約100m，自然坡度60°～70°，基巖裸露，據地表測繪，受某盆地北緣斷裂帶南支斷裂(F17-2)影響，有2條較大的破碎帶穿過壩軸線，其產狀分別為250°NW∠50°～60°，寬度50m；140°NE∠76°，寬度30～40m。地表巖體破碎，節理裂隙發育，巖層走向與河道近正交，邊坡整體穩定。岸坡局部被坡積碎塊石覆蓋。右岸坡高約130m，自然坡度30°～40°，為巖質邊坡，巖層走向與岸坡近正交，發育3組裂隙。卸荷危巖較發育。河床覆蓋層勘探深度28～33m，以沖積砂卵礫石為主，無地震液化問題，可作為土石壩天然壩基。兩壩肩基巖巖性為石炭系中統腦蓋吐組凝灰巖，屬堅硬巖，F17南支斷裂在壩線下游0.4km處橫穿河谷，節理裂隙發育，左右岸風化卸荷裂隙較發育。

5 結論

通過對上、下壩址區地質條件分析可知，下壩址受F17-2斷層影響，有2條較大的破碎帶穿過壩軸線，其產狀分別為250°NW∠50°～60°，寬度50m；140°NE∠76°，寬度30～40m。由于壩基有較大不良地質構造，且覆蓋層透水性強，并有滲透穩定問題，壩基覆蓋層須全斷面防滲處理，屬不宜建壩區。上壩址庫盆條件優于下壩址。因此本階段選定上壩址為推薦壩址。