磨河供水工程枢纽坝址工程地质条件分析及坝型比选

高 峰

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

陵川县磨河供水改扩建枢纽工程是在原供水工程的基础上进行枢纽大坝及其配套设施的扩建改造，是关系到陵川县及崇文镇等六个乡镇的工业用水和人畜饮水的重要水源工程。拟选坝型为浆砌石重力坝或拱坝，设计坝高45.0 m，以河床高程为相对高程零点（下同）计，坝顶相对高程为33 m，总库容400×104m3。

2 工程地质概述

坝址位于马圪当乡磨河村旧址下游2.5 km的磨河峡谷，地貌单元为中山、河流侵蚀堆积地貌，地形上为高山峡谷，河谷断面呈狭窄“U”字形。坝址处河谷狭窄，河谷宽约50 m，河床相对高程为0 m左右，河床覆盖层厚度6.0～10.6 m，坝基基岩面相对高程-6.3～-3.9 m。两坝肩边坡陡立。两坝肩边坡高度均高达320 m。

2.1 坝基工程地质

坝基松散覆盖层主要为混合土漂（卵）石，结构松散，透水性大，厚度0～10.6 m。坝基覆盖层混合土卵石层厚度6.0～10.6 m，存在渗漏问题、管涌渗透变形破坏问题及不均匀变形问题。

坝基基岩在相对高程-32.2～-26.4 m以上岩性为张夏组第三岩组（∈2z-3）灰色、灰黑色鲕状灰岩夹泥质条带灰岩及薄层黄绿色泥岩；相对高程-30.2～-27.9 m与相对高程-32.2～26.4 m间地层岩性为张夏组第二岩组（∈2z-2）鲕状灰岩夹泥质条带灰岩与竹叶状灰岩互层；相对高程-32.2～26.4 m以下为张夏组第一岩组（∈2z-1）浅灰色薄层状泥质条带灰岩夹多层薄层黄绿色泥岩。相对高程-11.9～-8.6 m间存在薄层泥岩，泥岩厚度一般在2～12 mm之间，岩性较软，容易风化，为潜在软弱结构面。岩层产状N60OE/NW∠7O，呈平缓单斜构造。坝基岩体强风化层厚度为2.6～3.2 m。

坝基建基面主要岩性为寒武系中统张夏组第三岩组（∈2z-3）灰色、灰黑色鲕状灰岩局部夹薄层泥岩。薄层泥岩埋藏较浅，分布于相对高程-11.9～-8.6 m范围内；倾向坝址上游，倾角为7°。这些软弱夹层结构面在泡水后可能产生泥化、软化等现象，从而丧失原有地质结构，形成不稳定的地质结构面，对坝基抗滑稳定产生不利的影响。坝基下部还存在寒武系中统张夏组第二岩组（∈2z-2）灰色、灰黑色泥质条带灰岩夹竹叶状灰岩及薄层泥岩，地层破碎。这些软弱夹层结构面同样易形成不稳定的地质结构面，对坝基抗滑稳定有一定程度的不利影响。从地层岩性、岩层产状、节理裂隙发育情况等，结合工程特征分析，坝基存在抗滑稳定问题。

2.2 坝肩工程地质

左坝肩为岩质陡坡，高耸的岸坡近于垂直。坡脚处局部堆积（Q4dpl）漂（块）石、混合土漂（块）石、卵（砾）石混合土等，厚度0～10 m。基岩地层岩性为寒武系中统张夏组第三岩组（∈2z-3）及第四岩组（∈2z-4）：顶部为浅灰色中厚—巨厚层鲕状灰岩夹中厚层白云质灰岩，中、上部为灰、深灰色中厚—巨厚层白云质鲕状灰岩，下部为灰、青灰色中厚层鲕状灰岩及泥质条带灰岩。岩层产状N60OE/NW∠7O，呈单斜构造。节理裂隙发育主要有三组：①组 N70～80OW/NE∠80～87O，②组 N10°E/NW∠87°，③组N60OE/NW∠85O。①、②组节理裂隙多为高倾角裂隙，裂隙面平直，裂隙张开，宽度1～4 cm，局部达10～20 cm。无充填，少数有泥钙质、岩屑充填，节理面近于直立，切割深，延伸远。岩体强风化层厚0.6～3 m。在左坝肩下游岩壁上溶蚀裂隙层及岩层层面处有泉水出露，岩体中渗漏现象较严重，说明左坝肩岩体中节理裂隙及岩溶层连通性好，具有较大的渗漏性，表明左坝肩岩体存在绕坝渗漏通道。大坝建成蓄水后，水压力增高，左坝肩岩体的层面岩溶层渗漏量将会进一步加剧。左坝肩基岩岩层倾向山体，基岩边坡较稳定。但是，由于节理裂隙发育，岩体切割呈块状，在坝址左坝肩河岸边陡壁处基岩中地应力作用影响较大，在岩体陡壁处可见产生的卸荷裂隙，其顺河流方向发育，卸荷裂隙发育间距5～55 cm，裂面粗糙弯曲，泥土充填，微倾向河谷，卸荷裂隙带影响范围5.5～10.5 m（含强风化带）。局部有掉块或小崩塌现象。

右坝肩下部为岩质陡坡，岸坡近直立，在相对高程32～72 m处坡度较缓，约45～60°。地层岩性为寒武系中统张夏组第三岩组（∈2z-3）及第四岩组（∈2z-4）：顶部为浅灰色中厚—巨厚层鲕状灰岩夹中厚层白云质灰岩，中、上部为灰、深灰色中厚—巨厚层白云质鲕状灰岩，下部为灰、青灰色中厚层状鲕状灰岩及泥质条带灰岩。相对高程32～72 m间堆积（Q4dpl）漂（块）石、混合土漂（块）石、卵（砾）石混合土等，厚度0～3.5 m。基岩岩层产状N60OE/NW∠7O，呈单斜构造。节理裂隙发育主要有四组：①组N70～80OW/NE∠80～87O，②组N10OE/NW∠87O，③组N60OE/NW∠85O，④组N70OW/NE∠45O。①、②组节理裂隙多为高倾角裂隙，裂隙面平直，裂隙张开，宽度1～4 cm，局部达20 cm。无充填，少数有泥钙质、岩屑充填，节理面近于直立，切割深，延伸远。岩体强风化层厚0.6～3 m。由于右坝肩基岩岩体受节理裂隙切割，以及岩溶层的发育，其岩层间岩溶层渗透性好。在丰水季节里，受上游河水渗流向下游迳流补给或大气降水补给，在右坝肩下游溶蚀裂隙层及岩层层面处可见有泉水出露，岩体中存在渗漏现象。可见，右坝肩岩体中节理裂隙及岩溶层具连通性，具有渗漏的可能性。从整体来看，右坝肩岩石强度分级为中硬—硬质岩，岩体中节理裂隙较发育，岩层倾向与岸坡相同，灰岩层为中厚层，岩体稳定。由于岸坡陡立，裂隙相互切割作用，其中第②组裂隙走向与岩壁面平行，且在岩体陡壁处，受地应力作用，发育卸荷裂隙，顺河流方向展布，卸荷裂隙间距8～80 cm，裂面粗糙弯曲，微倾向河谷，卸荷裂隙带影响范围1.5～5.0 m。相对高程32 m上发育缓坡，并有厚度约1～3.5 m的坡积碎块石混合土覆盖，右坝肩施工时及水库正常蓄水后，可能产生坍塌、掉块、滑坡等地质现象。

2.3 坝基应力变形及坝肩裂隙变形破坏分析

坝基地层平缓，岩体由中硬的碳酸盐岩组成，节理裂隙较发育，岩层多呈厚、巨厚层状，但也夹有中薄层状岩层。在坝基基坑开挖卸载过程中，在岩岸岩壁自重应力侧向挤压力作用下，出现垂直方向的基坑底板的拉张应力，在其大于岩层的自重时将产生层面脱裂、岩层结构面加宽、局部张性裂隙形成、边坡岩层层间小错动等现象，即基坑出现回弹和变形破坏，导致坝基岩体完整性变差，对工程建筑物稳定造成不利的影响。

坝址两岸边坡卸荷及其卸荷带是一种动力现象，由于卸荷带破坏了岩体的完整性，降低了岩体质量，同时也构成风化、地下水等外动力作用的通道。因此，它对两岸基岩边坡的稳定性有重要的影响。坝址区由于河谷狭窄，谷坡高陡，地应力值较高，对河岸边陡壁处基岩中地应力作用影响也大，在岩体陡壁处可见产生的卸荷裂隙，其顺河流方向发育，卸荷裂隙发育间距5～80 cm，裂面粗糙弯曲，泥土充填，微倾向河谷，卸荷裂隙带影响范围5.5～10.5 m（含强风化带）。卸荷裂隙造成岩体破碎，卸荷裂隙带岩体的物理性质变差，力学强度降低，且卸荷裂隙发育密集，顺岸坡向产出，其新裂隙的产生以及旧裂隙的扩展，对岩体的破坏性很大。因此，卸荷裂隙带岩体的工程地质条件较差，对工程有较大程度的不利影响。

3 坝型比较

重力坝是在水压力及其他外荷载作用下，主要依靠坝体自重来维持稳定，对不同的地形和地质条件适应性强，对地基条件要求相对地说不太高。拱坝是借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩，主要是利用拱端基岩即两岸基岩的反作用来支承，拱坝对两岸岩体质量要求比较高。

坝址区选用重力坝坝型时，坝基下部存在的寒武系中统张夏组第二岩组（∈2z-2）灰色、灰黑色泥质条带灰岩夹竹叶状灰岩及薄层泥岩形成软弱夹层，易形成不稳定的地质结构面，对坝基抗滑稳定有一定程度的不利影响。

选用拱坝坝型时，两坝肩岩体岩层平缓，稳定性好，但其岩体表层受卸荷裂隙及节理裂隙相互切割作用，岩体呈块体状，岩壁陡立，且为顺向坡，在人类活动及降水等不利因素影响下，易产生掉块、崩塌现象。对于对两岸岩体质量要求比较高的拱坝来说，其稳定性相对较差。

4 结语

对拱坝而言，由于坝肩稳定性较差，岩体表层受卸荷裂隙及节理裂隙的相互切割作用，在人类活动及降水等不利因素影响下易产生崩塌、掉块等现象。对重力坝而言，坝址工程地质条件尚好，受坝肩卸荷裂隙带影响小。经综合分析，重力坝与拱坝坝址的工程地质条件及存在的工程地质问题基本相近，两坝型均具有建坝的地质条件，而重力坝坝型优于拱坝，故推荐重力坝方案。