安塞县破瓦沟淤地坝工程地质探析

赵世宝

(安塞县水务局，陕西 延安 717400)



安塞县破瓦沟淤地坝工程地质探析

赵世宝

(安塞县水务局，陕西 延安 717400)

破瓦沟中型淤地坝工程位于安塞县坪桥镇清涧河一支沟内，是一座重要的拦沙坝，其建设对黄河流域拦泥拦沙至关重要，而其复杂的地质环境更决定着破瓦沟淤地坝建设的成败。文章重点对破瓦沟淤地坝库区基本地质条件、坝址区基本地质条件及天然建筑材料进行勘察，对主要工程地质问题进行评价。通过分析库区、坝址区地质条件及工程地质问题，对坝址区岩土物理力性、坝基承载力、工程施工材料等进行详细探讨，从而得出该处地质条件是否适宜建设坝体，可供情况相近地区参考。

破瓦沟；淤地坝；工程地质；评价；建设

1 概况

破瓦沟中型坝坝址位于安塞县坪桥镇东沟行政村，坝控面积1.70 km2。该流域属于典型的黄土丘陵沟壑区第一副区，在长期的水蚀作用和重力侵蚀下，流域呈现出地形破碎、梁峁起伏、沟壑纵横的黄土丘陵沟壑景观[1]。流域主沟道长1.51 km，沟道平均比降2.0%，多年平均土壤侵蚀模数为16 000 t/km2·a，沟道两岸结构完整，坝址处无软弱带和裂隙发育，左右岸岩石处露高约5 m，沟道为岩石。右岸适宜布设放水工程，坝基开挖结合槽，不会引起坝基渗漏[2]。破瓦沟中型坝属于安塞县坪桥镇东沟行政村东沟村民小组，其所在村民小组有人口220人，人均耕地0.13 hm2，其上下游均不存在淹没情况。破瓦沟中型坝主要由坝体和放水工程、溢洪道三大件组成，淤积年限取10 a，工程建成后可新增拦截泥沙20.15万m3。

2 区域地质构造与地震地质

破瓦沟淤地坝在大地构造上属中朝准地台上的鄂尔多斯台拗，为中国大陆最稳定的块体之一，新构造运动十分微弱。沉积了古生代石炭系、二叠系，中生代三叠系到白垩系以及第三系的陆相碎屑岩层，岩性以砂岩和泥页岩互层为主，大部分区域夹有煤层。区域构造简单，基本上表现为向西或西北缓倾的单斜构造，地层倾角1°～2°，局部可达5°，断层不发育。鄂尔多斯块体现地震活动集中于周缘断陷带及西南缘弧形断裂带，块体内地质构造简单，极少有出露地表的活动断裂，历史上亦无重大破坏性地震发生。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，工程区50 a超越概率10%，一般场地条件下地震动峰值加速度为<0.05 g，相应的地震基本烈度为VI度，地震动反应谱特征周期为0.35 s。

3 地质调查方案及方法

地质调查方案采用地质调查、野外勘测、工程地质测绘、钻探及原位测试、坑探、室内土工试验等综合方法完成。主要方法是通过勘察取样试验，分析探讨库区地质条件与主要工程地质问题、坝址区地质条件与主要工程地质问题和天然建筑材料，以确定东沟村是否适宜建设破瓦沟淤地坝。在调查中完成的主要工作量如表1。

表1 地勘完成的主要工作量统计表

4 库区地质条件与主要工程地质问题

4.1 库区地质条件

4.1.1 地形地貌

破瓦沟淤地坝库区为侵蚀剥蚀型低山区地貌，地势总体上呈东南高西北低。库区流域分水岭高程1240～1260 m，沟底高程1080～1100 m，相对高差160 m左右。该流域属典型的黄土丘陵沟壑区，地貌由梁峁、沟坡、沟床3个单元组成，以坡为主，沟壑纵横、梁峁林立、沟谷深切、地形破碎，沟底覆盖较薄的砂砾石层，下为基岩，两岸覆盖黄土。主沟道断面多呈“U”形，支沟沟道断面多呈“V”字形，坝址处沟道成“U”字形。

4.1.2 地层岩性

库坝区出露的地层从新到老依次为第四系全新统、第四系上更新统、中更新统及三叠系上统岩层。

4.1.3 地质构造

库区为单斜岩层，倾向北西，倾角小于3°，库区及周边未发现断层。岩层中节理不甚发育，且节理不切穿泥岩。

4.1.4 水文地质条件

(1)地下水类型。根据含水介质特征、地下水的赋存条件和水力性质等，可将库区地下水分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙孔隙水。

(2)地下水补排条件。本区地下水径流渗径较短，补给区与排泄区基本一致。地下水的补给主要为大气降水补给，同时也存在地下水在不同水文地质单元之间渗透转移产生的补给。

4.1.5 物理地质现象

库区气候干旱，昼夜温差大，物理风化作用强烈。砂岩抗风化能力稍强，泥岩抗风化能力较弱，差异风化使得部分陡坡处局部产生零星落石。总体上，库区物理地质现象不发育，两岸自然边坡稳定。

4.1.6 季节冻土

工程区地处北纬39°中高纬度区，海拔在1200 m以上，为季节冻土区，一般冻结深度为1.2～1.4 m，受地形、岩性、植被和含水量影响，不同地方的冻结深度有一定差异。冻结时间一般为每年11月、12月到次年4月。

4.2 库区主要工程地质问题及评价

4.2.1 库岸稳定

库区岸坡地层岩性主要为三叠系上统厚层、巨厚层状砂岩、泥岩。由于差异风化的影响，库区内有少量基岩崩塌、落石现象，未发现滑坡等其它不良物理地质现象，自然库岸边坡稳定。拦沙坝蓄水后，由于泥岩遇水软化，可能造成泥岩上部砂岩发生局部崩塌，但不会影响拦沙坝运行。

库区上部黄土岸坡，分布高程较高，黄土岸坡稳定性受库区影响不大；但拦沙坝高水位运行时，黄土岸坡还是有可能发生崩塌的，但规模较小，其考虑拦沙坝的运行特征，不会对拦沙坝的正常运行造成影响。

4.2.2 库区渗漏

库区两岸山体雄厚，不会发生相邻谷的渗漏。由于拦沙坝位于沟口，为当地最低侵蚀基准面，库水补给砂岩含水层，在坝下游沿砂岩、泥岩接触带发生渗漏，但由于库区裂隙不发育，无集中渗漏通道，不会产生严重的渗漏问题。

4.2.3 库区淤积物来源

库区控制流域面积2.15 km2，流域内地层岩性为三叠系上统砂岩、泥岩及泥质砂岩，覆盖层为上、中更新统黄土。三叠系上统砂岩、泥岩易风化且遇水软化，且易产生局部崩塌。砂岩、泥岩风化物及黄土是库区的淤积物主要来源。

4.2.4 库区淹没、浸没

库区淤积高程淹没范围内没有迁移人口及淹没耕地、树木等。因此，不存在淹没问题。仅局部宽缓的黄土岸坡会受到浸没的影响，但危害不大。

5 坝址区地质条件与主要地质问题

5.1 坝址区地质条件

5.1.1 地形地貌

坝址区高程1200～1240 m，属低中山区。坝轴线附近河谷为“U”形谷，谷底宽约10 m左右，河床高程1080～1100 m。坝址区河谷流向西南。坝址左岸岸坡较缓，坡度50°～70°；右岸岸坡较陡，坡度约30°～40°。

5.1.2 地层岩性

坝坝区出露的地层从新到老依次为第四系全新统人工於积、上更新统、中更新统及三叠系上统岩。

5.1.3 地质构造

库区为单斜岩层，倾向北西，倾角小于3°，库区及周边未发现断层。岩层中节理不甚发育，且节理不切穿泥岩。

5.2 坝址区岩土体物理力学性质

根据外业地质调查并参考有关工程经验，提出破瓦沟坝坝基岩体及上覆土层的物理力学指标建议值，见表2、表3。

5.3 坝基承载力

河床覆盖层厚约2～5 m，质地疏松，应予以挖除到新鲜基岩。坝基砂岩岩体的允许承载力为800～1000 kPa，泥岩岩体的允许承载力为400～600 kPa。

5.4 坝址区主要工程地质问题及评价

5.4.1 岸坡稳定问题

坝肩岩体主要为砂岩、泥岩及上覆中、上更新统黄土，未发现滑坡等其它不良物理地质现象，两岸自然边坡稳定，建议挖除表层松散层。坝址区属于水平岩层，岩层倾角小于3°，远小于层面间的摩擦角，对于岸坡的稳定较为有利。

表2 坝址土层主要物理力学指标建议值表

表3 坝址土层主要物理力学指标建议值表

5.4.2 渗漏问题

坝基、坝肩为三叠系T3的砂页岩地层，属相对隔水层，产生疏漏的可能性不大。

5.5 水工建筑物工程地质条件及评价

破瓦沟中坝主要包含两个泄水建筑物：溢洪道和放水工程。坝址两岸均为基岩,根据工程地质、地形条件，综合各种因素，建议将溢洪道布置于左岸，放水工程布设在坝体右岸。

6 天然建筑材料

破瓦沟中型拦沙坝采用均质土坝方案，工程须用大量筑坝土料，初估土料需求量约为9.79万m3，溢洪道衬砌须用少量块石、反滤料和混凝土骨料。

6.1 土料

根据就近就地取材的原则，在坝址右岸山顶推荐一个土料场，料场距坝址约200 m，料场高程1100～1200 m；料场岩性为上更新统风积黄土，料场上部为0.5 m厚的耕植层，下部为有用层，厚度大于20 m，土层均匀，干燥，硬塑，未见地下水。

根据野外地质调查，参考有关工程经验，给出土料物理力学建议值见表4。

表4 土料物理力学指标建议值表

根据实地调查，料场储量和质量基本满足有关规程要求，施工时可根据具体需求，调整开采面积与开挖厚度。

6.2 块石料

坝址区附近出露地层为三叠系上统(T3)黄绿色砂岩与紫灰色砂质泥岩互层，坝址右岸有厚层砂岩出露、考虑到拦沙坝块石料需求量较小，可就近开采。

6.3 混凝土骨料

经调查坝址附近高台沟中有砂砾料，由于拦沙坝须用混凝土骨料较少，施工时可根据需求就近开采。

7 结 论

破瓦沟中型坝修建后，可新增拦截泥沙20.15万m3，使坝控范围内的洪水泥沙基本拦蓄，效益显著。本次地质勘察分析主要通过收集分析相关区域地质资料，采用地质测绘、坑探和土工试验等勘察手段和方法，并充分利用天然地质剖面，以便取得较为详实的地质资料。通过以上分析可得出以下结论：

(1)破瓦沟中型拦沙坝属侵蚀剥蚀型低山区地貌，河谷基岩出露，基岩地层为三叠系上统泥岩与砂岩、粉砂岩互层，左、右坝肩为中、上更新统黄土，谷底有少量冲洪积含泥砂砾石。

(2)库坝区地层为水平岩层，倾角小于3°；构造不发育。库区地震动峰值加速度为<0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。

(3)两岸边坡稳定，砂岩、泥岩风化物及黄土是库区的淤积物主要来源。

(5)坝基覆盖层厚度2～3 m，岩性为砂壤土含泥砂砾石和黄土夹碎石，砂壤土结构疏松，存在不均匀沉陷问题，应予以挖除。基岩强风化带厚度约为1～5 m。

(6)坝基、坝肩稳定条件好。坝基覆盖层下部存在砂砾石层，属中等透水，存在坝基渗漏问题，应对坝基泥夹砂砾石进行清除。

(7)溢洪道布置于右岸、卧管布置于左岸，地形条件好。

(8)坝址区土料为砂壤土，储量丰富，但含水率偏低，在使用时应进行洒水，以使其含水率接近最优含水率。块石料、砂砾料用量少，可就近采购。

破瓦沟中型坝选址区属侵蚀剥蚀型低山区地貌，两岸边坡稳定。在坝基处理中，应对坝基的风化带和泥夹砂砾石进行挖除，以确保坝基安全稳定，无渗漏。坝址区砂壤土丰富，适宜用作建坝材料。经过地质勘测调查和综合分析，该地区适宜布坝，可以进行大坝建设。

[1] 贾绍凤. 根据植被估算黄土高原的自然侵蚀和加速侵蚀──以安塞县为例[J]. 水土保持通报,1995(4):25-32.

[2] 周光亮. 安塞县淤地坝建设管理的现状分析[J]. 陕西水利，2012(4):55-56.

赵世宝(1979-)，男，工程师，主要从事水土保持工作。

S157

A

2096-0506(2016)10-0073-04