红豆峡水库坝址及坝型工程地质比选

贾晓华

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

红豆峡水库工程位于壶关县郊沟河的支流洪底河上，是一座小（Ⅰ）型水库，设计总库容119万m3，最大坝高56.5m，附属建筑物为导流泄洪洞。本文根据坝址工程地质条件，对上、下坝址和拟选坝型建坝条件和适宜性进行了分析比较，提出了较优坝址和适宜坝型的地质建议。

1 地质条件

1.1 地形地貌

红豆峡水库坝址位于洪底河中下游，坝址区洪底河流向由N18°W转向 N60°E再转向 N30°W，河谷呈反“S”型。本段河谷底宽55～100m，主河槽靠左岸，谷底高程926～945m，河道纵坡降较大。

坝址两岸坡上部（高程1050～1100m以上）直立，中部相对较缓，底部岸坡较陡，且右岸相对左岸较陡。其中左岸高程990～1000m以下岸坡坡度40～60°，右岸高程960～1000m以下岸坡直立，局部倒悬。两岸山顶高程在1400m以上，相对高差约500m，为溶蚀侵蚀中山区。本段河谷较上游河谷突然变宽，河谷断面呈“U”型，为峡谷型地貌。

1.2 地层岩性

坝址区出露地层为寒武系下统毛庄组（∈1mz）、中统徐庄组（∈2x）地层和第四系全新统松散堆积物。各地层岩性组成由老至新分述如下：

1）寒武系下统毛庄组（∈1mz），岩性上部为浅灰色中厚层白云质鲕状灰岩、浅灰色薄层灰岩。钻探揭露厚度17m。分布于坝址河谷下伏基岩下部。

2）寒武系中统徐庄组（∈2x），本组地层为坝址区主要涉及的基岩地层，岩性底部为紫红、暗紫色页岩与紫灰色薄-中厚层灰岩互层。厚度5～12m，分布于坝址河谷谷底及覆盖层以下。中下部以紫红、暗紫色页岩为主，夹薄-中厚层结晶灰岩、生物碎屑灰岩及透镜状细砂岩。厚度65～80m，分布于两岸岸坡。上部为浅灰色薄-中厚层鲕状灰岩夹灰绿、黄绿色泥、页岩互层。厚度8～23m，分布于两岸上部岸坡。

5）全新统坡积（ Qd4l），岩性主要为碎块石、碎石混合土等，厚度0～16m。分布于两岸缓坡地带。

1.3 地质构造

坝址区地质构造简单，断裂构造不发育，整体呈缓倾单斜岩层，局部发育小褶曲。岩层产状为N27～39°W/SW∠4～7°，岩层总体倾向上游偏左岸。坝址两岸岩体节理发育，主要发育两组节理：①N18～28°E/SE或 SW∠78～89°；②N65～85°W/SW 或 NW∠80～86°。第①组节理走向近顺河向，第②组节理走向近垂直于河谷，两组节理近垂直，为“X”型节理。节理面近于直立，切割深，延伸远。靠近岸坡处受风化卸荷作用，节理有不同程度张开，一般宽3～15mm，裂隙壁平直，无充填或充填少量岩屑，向岩体内部裂隙逐渐闭合。

2 上、下坝址比较

红豆峡水库工程上坝址位于坝址区反“S”型河谷上游弯道段，下坝址位于反“S”型河谷下游弯道段以下，上、下坝址相距约0.5km。由于坝址区地质构造简单，岩层缓倾，两坝址地质构造和基岩地层岩性基本相同，上、下坝址坝基及两岸基岩风化层厚度、透水性差异不大。主要差异在于地形地貌、坝基覆盖层厚度及分布情况，以及导流泄洪建筑物布置条件等。现分述比较如下：

1）地形地貌

上坝址处于本段河流弯道段，谷底高程940～945m，河谷底宽80～100m，坝顶高程981.5m处河谷宽度约150m。左岸坡坡度一般35～45°，底部岸坡陡立。右岸岸坡直立，部分倒悬。

下坝址河谷较顺直，主河槽靠右侧，左岸为内叠式堆积阶地，阶面宽60～80m，顺河向延伸较长，阶面高程958～960m，高出河谷32～35m。河谷主河槽宽约55m，谷底高程926.5～928.0m。高程970m处河谷宽度约200m。左岸阶地上堆积全新统早期洪冲积与崩坡积松散堆积物，厚度约36m。右岸为基岩岸坡，岸坡直立，部分倒悬。

2）坝基覆盖层

上坝址河谷基岩面高程在928～935m。基岩覆盖层为全新统晚期混合土卵（漂）石、卵石混合土层等，上部粗、巨粒含量较多。厚度7～12m。

下坝址河谷基岩面高程在922m左右。河谷左岸阶地处堆积全新统早期洪冲积与崩坡积松散堆积物，厚度在36m左右。主河槽处全新统晚期混合土卵（漂）石、卵石混合土层等，厚度4m左右。

3）坝基基岩

上、下坝址基岩均为徐庄组中下部地层，岩性均以页岩、砂质页岩为主，坝基风化情况及透水性差异不大。

综上可知，上坝址河谷总体较窄，坝基覆盖层相对较薄，两岸主要为基岩岸坡。且右岸有利于导流泄洪建筑物布置。而下坝址河谷较宽，左岸堆积阶地较宽，覆盖层较厚且工程地质性质较差，工程处理难度大。且下坝址右岸近坝库岸存在岸坡稳定问题，该处岸坡高陡，防护处理难度大，坝肩开挖后易形成高边坡，开挖边坡的稳定问题较为突出。且下坝址不利于导流泄洪建筑物布置。经综合比较，上坝址地质条件优于下坝址，故推荐上坝址。

3 上坝址（推荐坝址）坝线比较

勘察时，在上坝址选取两条坝线进行了地质勘探工作，上、下两条坝线相距120m。两坝线的工程地质条件及工程地质问题基本相同。主要差别比较如下：

1）上坝线左岸基岩多裸露，左岸表层覆盖层相对下坝线处较薄，而下坝线左岸基岩局部裸露。

2）上坝线河谷底宽约100m，坝基覆盖层厚度7～16m。下坝线河谷底宽约90m，坝基覆盖层厚度7～12m。下坝线河谷相对略窄，坝基覆盖层较薄。

3）相同水位条件下，上坝线库容较小，且导流泄洪洞较下坝线长。

综合分析比较，上坝址上、下坝线的工程地质条件及工程地质问题基本相近。但下坝线坝基覆盖层较薄，相同水位条件下库容较大，且导流泄洪洞较短。故推荐下坝线。

4 坝型比较

红豆峡水库工程拟选混凝土面板堆石坝型和混凝土重力坝型进行比选。

上坝址河谷覆盖层为全新统混合土卵（漂）石、卵石混合土层等，上部粗、巨粒含量较多，厚度7～12m。下伏基岩为徐庄组中下部地层，岩性以厚层页岩、砂质页岩夹薄层状泥灰岩、灰岩为主，其岩性较软弱，遇水易软化。强风化岩层一般厚度3～5m，弱风化岩层一般厚度10～15m。坝基岩体总体质量差，根据《水利水电工程地质勘察规范》其工程地质分类为Ⅳ类，属BⅣ1类。岩体抗滑、抗变形性能差，一般不宜作为高混凝土坝地基。

1）重力坝坝型：该坝型对地基的要求比较高，须挖除全部覆盖层和强风化岩层，以及部分弱风化岩层，坝基和坝肩开挖工程量大、难度大。相同库容条件下，地面以下坝高比面板堆石坝型要高。而且坝基页岩地层抗滑、抗变形性能差，需加强坝基岩体加固处理措施，并加大坝基处理范围。

2）面板堆石坝坝型：该坝型对地基的要求相对较低，坝基覆盖层大部分可保留，坝基和两坝肩开挖工程量较小。另外，当地缺乏满足质量要求的混凝土粗、细骨料，但堆石料很丰富，开采运输条件十分便利。

5 结语

综上分析比较，混凝土重力坝型，开挖量大，坝基抗滑、抗变形性能差，存在两坝肩开挖高陡边坡和深基坑工程地质问题，并且混凝土用粗、细料缺乏。面板堆石坝型，坝基砂卵砾石层可利用，开挖量小，且近坝区堆石料丰富。故从地质条件角度建议采用混凝土面板堆石坝型。设计方案采纳了地质建议，坝型设计为混凝土面板堆石坝型。