白莲崖水库坝基工程地质条件分析

郭兴轩 何艳华

（安徽省水利水电勘测设计院 蚌埠 233000）

白莲崖水库坝基工程地质条件分析

郭兴轩 何艳华

（安徽省水利水电勘测设计院 蚌埠 233000）

本文就白莲崖坝址区的地层岩性、地质构造、物理力学性质、水文地质条件等进行分析总结，为坝基开挖、加固提供建议。

工程地质 力学性质 岩体透水性 岩体质量

1 坝址区基本工程地质条件

1.1 地形地貌

白莲崖水库位于安徽省霍山县境内，河流流向在坝线上游为N40°E，下游转为N10°W左右，大坝置于河流的弯道入口处，两岸呈左陡右缓不对称的“U”型河谷。左岸山峰高程416.5m，右岸最高山峰高程551.2m，河床底高程约133m，原始河谷底宽80～90m，枯水期河水深1～2m；河床基岩裸露，局部覆盖有0.5～1m厚的砂卵石层。

1.2 地层岩性

1.2.1 基岩

坝址区出露基岩岩性主要为前震旦系水竹河组角闪斜长片麻岩以及燕山期细粒花岗岩两种，两种岩石新鲜时单轴饱和抗压强度均大于100MPa，为坚硬岩石。另外在花岗岩与片麻岩中尚分布有灰黄夹绿色蚀变岩石，大部分受构造影响，沿断裂构造分布，在新鲜时强度较高，岩体完整，为中硬岩石。

坝基开挖范围为细粒花岗岩。坝址所处花岗岩与片麻岩在坝下游地表出露线，从左坝头条形山脊的北坡沿N60～80°E方向延伸，经河床至右岸下游，接触界面产状不规则，总体产状为走向N40～60°E，SE∠30～65°，倾向上游，倾角上缓下陡。坝基花岗岩与上游片麻岩出露界线在坝轴线上游150m以上，界面产状不规则。

两种岩性接触面在左岸坝基部位根据本次左岸171m高程排水平洞揭露，为混熔接触，结合好；坝基下游根据前期勘探平洞及钻孔揭露绝大部分亦为混熔接触；但在坝基上游包括泄洪洞进口部位，两种岩性接触界线逐渐变成以裂隙式接触为主。

1.2.2 第四系坡（堆）积层（Qd1）和冲洪积层（Qal+p1）

坝址两岸基岩大部分出露较好，其中左岸坝基部位及其上游山坡和右岸坝基下游山坡基岩大部分裸露。坡积、堆积物分布较厚的部位在坝址左岸山体北坡地形稍缓的变质岩分布地带，厚2～5m；另在右岸坝轴线附近坡脚冲沟口分布有厚约2～3m坡（堆）积物及冲洪积物。河床冲洪积物浅薄，成带状分布于坝线上游河床右侧漫滩至下游左侧漫滩，厚约0.5～1.0m。

1.3 断裂构造

工程区位于英山沟复背斜的NE翼，在坝址上下游出露的前震旦系水竹河组古老的片麻岩，其片麻理总体产状为 N50～60°W，NE∠45～70°。

1.3.1 断层或挤压（裂隙）破碎带

坝址区断裂构造按其性质和规模可分为断层、挤压破碎带或裂隙破碎带、大裂隙、裂隙密集带等。其中规模较大的断层主要分布在右岸，切割较深，走向为NEE向，陡倾角；而挤压破碎带等主要分布在左岸，其走向多为NE～NEE向，中陡倾角，多倾向SE，为顺坡向，对左岸坝基以及边坡稳定不利。

1.3.2 大裂隙和裂隙密集带

一般规模较小，延伸不长，主要分布于左岸，其走向多为NE～NEE向，中陡倾角，倾向NW（或SE），单条长10～20m，面一般较平直，地表张开，在左岸，倾向SE的顺坡向大裂隙较发育，对边坡稳定不利；裂隙密集带主要见于右岸下游，宽8～10m，带内裂隙间距0.5～1.0m一条，局部间距仅0.2～0.3m，单条裂隙长3～5m，少数10～15m。

1.3.3 裂隙

坝址裂隙以中陡倾角裂隙（倾角大于40°）为主，根据地面测绘和勘探平洞中的统计和描述，坝址发育的裂隙可分为以下几组：

①N40～70°E，NW∠50～80°，单条长 0.5～3m，间距一般0.5～1.0m，局部密集处间距0.1～0.3m，多闭合或为方解石脉、石英脉充填，少数裂面上见土黄色或灰白色泥膜，右岸有时可见裂面间夹1～3mm灰白色泥质。

②N35～70°E，SE∠40～55°（少数 60～80°），该组裂隙最为发育，局部延伸较长成为大裂隙，地表一般张开，夹泥，面多起伏光滑。

③N50～80°W，SW（或NE）∠60～85°（少数30～40°），一般延伸不长，面稍弯曲，粗糙，地表微开，深部大多闭合。

一般来说，片麻岩中裂隙发育程度明显比花岗岩弱。根据平洞以及钻孔内裂隙统计结果，裂隙线密度在花岗岩内为3～9条/m，而在片麻岩中仅1.5～2.5条/m。

1.3.4 缓倾角裂隙

勘察期间根据地面测绘、钻孔、平洞所揭露，坝址两岸缓倾角裂隙不发育，仅局部偶见，且一般短小闭合，少数夹泥缓倾角裂隙规模也很小（延伸长小于5m），不会形成贯通性结构面而对坝基（肩）稳定产生严重影响。

2 岩体风化特征

2.1 坝基岩体风化特征

坝址出露的角闪斜长片麻岩以及二长花岗岩抗风化能力有明显的差异，一般来说，片麻岩抗风化能力相对较差，地表大多已全、强风化。而坝基所处的花岗岩抗风化能力较强，出露于岸坡地表的大部分为弱风化岩，而且往往形成悬崖峭壁，但花岗岩往往受断裂构造所影响，呈带状或夹层状风化。致使坝址两岸岩体风化分带在垂直剖面上局部出现重复或“夹层”状复杂变化。

2.2 坝基附近岩体风化带厚度（根据初设钻孔资料统计结果）

左岸：地表强风化岩带厚度不大，一般厚约1～2m，局部达4m；145m高程以上，弱风化岩带下限埋深一般为6～11m（局部达15.89m），新鲜基岩面埋深为10～20m；145m高程以下至河边，地表岩石仅为微风化，新鲜岩石面埋深约3～8m。

河床：表层基岩微风化，局部裂隙带附近少量弱风化，新鲜岩面埋深一般仅2～4m，局部如右侧河床26号、11号孔附近较深为6～7.5m。

右岸：坝基部位地表花岗岩大部分已强风化，一般厚1～4m；弱风化带下限埋深一般为4～10m；新鲜岩面埋深在地表180m高程以上为16～20m，180m高程以下一般为6～13m。

3 水文地质条件

3.1 坝基岩体透水性

坝基部位左、右岸及河床、地表向下约25m以内一般为ω>0.1L/min.m.m（以下单位略）的中等透水层，25m以下新鲜岩带内一般为ω<0.05弱透水层或ω<0.01的相对不透水层，根据坝基岩体透水性的一般规律，相对不透水层埋深在左岸40～45m，右岸40～50m，河床35m。

3.2 地下水位

坝址地下水类型为基岩裂隙水。两岸地下水位特征如下：

3.2.1 左岸

非雨季稳定地下水位埋深，在地面高程170m以上在23～27m左右，170m高程以下12m左右。山脊地下水位埋深45m左右。

3.2.2 右岸

枯水期水位埋深一般在5～15m，地下水位埋深较浅，变幅较小，这主要因右岸位于冲刷凹岸，山体雄厚，地下水补给充足。

3.3 水化学成分

对钻孔及河水中4组水样进行水化学分析，根据分析成果，坝址河水地下水类型属于HCO3-Ca-Na（K）型，有溶出型弱腐蚀；地下水属于HCO3-SO4-Ca-Na（K）型，有溶出型中等腐蚀、碳酸型弱腐蚀及一般酸性弱腐蚀。

4 岩石及岩体物理力学性质特征

坝基所处的细粒二长花岗岩，新鲜时岩石坚硬、致密、抗透水性强。新鲜完整的花岗岩为均质、各向同性体。分布在坝址左岸下游并插入左岸坝基深部的变质岩，岩性以中粗粒角闪斜长片麻岩为主，经区域变质作用及混合岩化和花岗岩化作用，原岩层面已模糊不清，新鲜岩体完整、致密、坚硬，抗透水性较强，岩体近似均质各向同性体，但当片麻理发育时，岩体略具各向异性。

5 坝基开挖与加固处理意见

5.1 坝基岩体质量评价

利用基岩面为微风化～新鲜花岗岩，多为Ⅱ类岩体，裂面多闭合，局部有水锈或含铁锰质膜，透水性弱～中等，无连续软弱面。其主要物理指标如下：岩体纵波波速3500～4500m/s；动弹模量 30～50GPa；变形模量 15～20GPa；岩石/岩石抗剪断强度f'=1.1～1.3、c'=1.3～1.5MPa；混泥土/岩石抗剪断强度f'=1.0～1.2、c'=1.0～1.2MPa。

5.2 坝基开挖及加固措施

主要针对部分建基面以下一定深度范围内尚不能满足水工要求的岩体进行固结灌浆。重点灌浆部位有：左岸部分Ⅲ类岩体，灌浆深度到Ⅱ类岩体上限即可；右岸的断层影响带也要进行固结灌浆。右岸165m高程以上的松动岩体要进行清除。

5.3 防渗处理

左岸：地面高程190m以上帷幕深度40～60m，190m以下帷幕深度25～40m。帷幕向山上延伸50～60m。

右岸：山体雄厚，帷幕从坝头向上延伸50m左右即可。河床段：帷幕深度30～40m。

5.4 排水措施

坝址左右岸各设双层或多层排水洞，排水平洞要结合断裂构造特征及其产状，可平行坝轴线方向布置。

6 结语

白莲崖坝址区基岩多为坚固的花岗岩体，地质条件较好，建基面可选择Ⅱ类岩体上限，微风化中下部，局部Ⅲ类岩体要进行灌浆补强，达到Ⅱ类岩体强度。由于左右岸水文地质条件不同，除坝址区的防渗帷幕除应进入相对不透水层（ω<0.01）外，左、右坝头灌浆帷幕需向山上延伸50～60m，防止绕坝渗漏。地下水有腐蚀性，对建筑材料要进行防腐处理