左家滩水库工程坝基主要地质问题评价

赵 宇

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

左家滩水库位于山西省晋中市祁县峪口乡境内左家滩村东侧的阎家沟。左家滩大坝为堆石混凝土重力坝，坝顶长180 m，坝顶高程951 m。设计正常蓄水位948.1 m，设计洪水位949.49 m，校核洪水位950.20 m，总库容125.8万m3。堆石混凝土重力坝方案由大坝、导流输水洞和东山供水工程入库管组成。

2 工程地质

2.1 工程地质条件

坝址位于左家滩村东约1.3 km的南沟河河谷上。该段河谷流向约N60°W，河谷底宽约55 m。左岸整体坡度约40°～50°，右岸较缓，整体坡度25°～35°，两岸山顶高程在1 000 m以上，相对高差50～100 m，属低中山区。两岸主要为基岩岸坡，河谷断面呈“U”型谷。

坝址区发育地层主要为三叠系中统二马营组二段第一岩组（T2e2-1）至第十五岩组（T2e2-15）碎屑岩和第四系松散堆积物。由老到新分述如下：

第一岩组（T2e2-1）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩夹紫红色泥岩、砂质泥岩，长石砂岩岩性较硬，砂质泥岩岩性较软。本组厚度大于30 m。

第二岩组（T2e2-2）。岩性为紫红色泥岩，岩性较软。本组厚度4.3～7.4 m。

第三岩组（T2e2-3）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，岩性较硬。本组厚度4.9～9.3 m。主要分布于坝基。

第四岩组（T2e2-4）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩夹灰绿色长石砂岩，砂质泥岩岩性较软，长石砂岩岩性较硬。本组厚度2.6～3.7 m。分布于右坝肩及坝址下游沟底。

第五岩组（T2e2-5）。岩性为灰绿色长石砂岩，岩性较硬。本组厚度20.0～35.1 m。分布于坝基及河道右侧沟底。

第六岩组（T2e2-6）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩，岩性较软。本组厚度1.1～2.6 m。分布于坝基及左侧岸坡下部。

第七岩组（T2e2-7）。岩性为灰绿色长石砂岩，岩性较硬。本组厚度7.8～9.3 m。分布于左侧岸坡下部及右侧沟底。

第八岩组（T2e2-8）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩，岩性较软，本组厚度2.8～3.7 m。分布于左侧岸坡中部及右侧岸坡下部。

第九岩组（T2e2-9）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，岩性较硬。本组厚度4.2～5.5 m。分布于左侧岸坡中部及右侧岸坡下部。

第十岩组（T2e2-10）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩，岩性较软。本组厚度2.3～3.3 m。分布于左侧岸坡中部及右侧岸坡下部。

第十一岩组（T2e2-11）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，岩性较硬。本组厚度7.4～9.2 m。

第十二岩组（T2e2-12）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩互层，岩性较软。本组厚度7.0～15.0 m。分布于左侧岸坡上部及右侧岸坡中部。

第十三岩组（T2e2-13）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，岩性较硬。本组厚度7.4～9.2 m。分布于右侧岸坡中上部。

第十四岩组（T2e2-14）。岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩，岩性较软。本组厚度1.2～2.0 m。分布于右侧岸坡中上部。

第十五岩组（T2e2-15）。岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩夹紫红色泥岩、砂质泥岩，长石砂岩岩性较硬，砂质泥岩岩性较软。本组厚度大于50 m。分布于右侧岸坡上部。

第四系中更新统洪积（Q2pl）。岩性为浅红、棕红色低液限粘土，土质较硬，稍湿，中下部富含钙质结核，粒径2～5 cm，局部呈胶结状，含白色菌丝，下部为卵石混合土，中密～密实，卵砾石呈次圆状，分选性较差，成分以砂岩为主。该层厚5～15 m，在坝址两岸岸坡中上部。

上更新统坡洪积（Q3dpl）。岩性为淡黄、棕黄色低液限粉土、低液限粘土夹碎块石，结构较松散。厚度0～5m。分布于左坝肩中上部。

全新统洪冲积（Q4pal）。岩性为淡黄色、灰紫色低液限粉土、低液限粘土、级配不良砂、卵石混合土。分布于河床、河漫滩及Ⅰ级阶地，厚度0～5 m。

人工堆积（Qs）。岩性主要为碎块及碎石混合土等，主要为公路路基和公路开挖堆渣等。厚0～3 m。

2.2 工程地质评价

2.2.1 建基面选择

坝址主河槽处为全新统洪冲积（Q4pal）卵石混合土，夹级配不良砂和低液限粘土透镜体。厚1.0～5.0 m。其结构松散，局部有架空现象，分选较差。砾卵石成分主要为砂岩，多呈板状、片状，细粒主要为细砂及低液限粉土。坝基地层岩性为三叠系中统二马营组二段第三岩组（T2e2-3）、第四岩组（T2e2-4）、第五岩组（T2e2-5）。其中第三岩组（T2e2-3）岩性为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，岩性较硬，厚度4.9～9.3 m。第四岩组（T2e2-4）岩性为紫红色泥岩、砂质泥岩夹灰绿色长石砂岩，砂质泥岩岩性较软，长石砂岩岩性较硬，厚度2.6～3.7 m。第五岩组（T2e2-5）岩性为灰绿色长石砂岩，岩性较硬，厚度20.0～35.1 m。其下为第二岩组（T2e2-2）泥岩、砂质泥岩。

拟建坝基在二马营组二段第一岩组（T2e2-1）、第三岩组（T2e2-3）和第五岩组（T2e2-5）的砂岩层上。根据钻孔资料，坝基下未曾发现有软弱夹层，坝基稳定性好。建议清除强风化基岩及弱风化带上部岩体，将坝基置于弱风化基岩的中部或中下部。因坝基岩体中发育节理裂隙，应对坝基进行固结灌浆处理。

综合分析，拟建坝基持力层为二马营组二段第一岩组（T2e2-1）、第三岩组（T2e2-3）和第五岩组（T2e2-5）灰绿色厚层块状中粒长石砂岩，性较坚硬，岩体基本质量级别为Ⅳ级，工程地质特性较好，能够满足坝基要求，地基承载力地质建议值为2～3 MPa，岩石饱和凝聚力（C）为5.67 MPa、内摩擦角（φ）为41.1°；持力层为二马营组二段第三岩组（T2e2-2）紫红色泥岩、砂质泥岩，岩性较软，岩体基本质量级别为Ⅴ级，工程地质特性较差，基本能满足坝基要求，岩体承载力标准值为1～1.5 MPa，岩石饱和凝聚力（C）为1.68 MPa、内摩擦角（φ）为40.8°。参照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录E，建议大坝混凝土与长石砂岩接触面抗剪断参数：摩擦系数f′=0.7～0.8，凝聚力c′=0.3～0.5 MPa，抗剪系数f=0.4～0.5，岩体变形模量E=2～3 GPa；大坝混凝土与砂质泥岩接触面抗剪断参数：摩擦系数f′=0.4～0.5，凝聚力c′=0.10～0.15 MPa，抗剪系数f=0.3～0.35，岩体变形模量E=0.2～0.5 GPa。

主要根据现场试验结果，结合工程经验，将泥岩层抗剪断强度参数：摩擦系数f＇=0.38、凝聚力c＇=0.02 MPa，抗剪参数f=0.35。

建议有条件尽量将基础置于弱风化基岩中，建议基底座于长石砂岩层上，若发现薄层砂质泥岩或软弱夹层时，宜清除。

2.2.2 坝基渗漏及渗透稳定

坝址主河槽处为全新统洪冲积（Q4pal）卵石混合土，夹级配不良砂和低液限粘土透镜体，厚1.0～5.0 m。其结构松散，局部有架空现象，分选较差。砾卵石成分主要为砂岩，多呈板状、片状，细粒主要为细砂及低液限粉土。该层分选较差，为强透水层，水库蓄水后将通过该层产生渗漏，构成坝基渗漏通道。在坝上下游水位产生的渗压作用下该层存在渗透稳定问题。根据坝基卵石混合土的颗粒组成，其累计颗分曲线为瀑布型，为缺少中间粒径的不连续土。综合分析，判定该卵石混合土可产生管涌型渗透变形。根据《水利水电工程地质勘察规范》附录G，其不均匀系数Cu=18.8～155.5，允许水力比降取经验值J允许=0.12。卵石混合土存在渗透稳定问题。建议对坝基覆盖层进行防渗，采取粘土截水槽或防渗墙。

下伏基岩受谷底卸荷影响，岩体中发育陡倾角裂隙有不同程度的张开，具一定渗透性。河床段岩体透水率在2.98～25.03 Lu，平均值7.38 Lu，大值平均值10.78 Lu。岩体渗透性属弱～中等透水性。其下部第二岩组及第四岩组砂质泥岩、泥岩，可视为相对隔水层。

需清除覆盖层及强风化基岩层，将坝基置于弱风化基岩层中，由于表层覆盖层全部均已清除，故未考虑覆盖层的渗漏量，重力坝坝基渗漏层主要为基岩岩层层面和节理裂隙。渗透系数取钻孔压水试验渗透系数平均值k=0.10 m/d，坝基宽度（2b）取75 m，渗透层平均厚度（T）取平均值30 m。将各参数代入公式估算坝基渗漏量。

Q=B·k·T·H/（2b+T）

式中：Q——坝基渗漏量，m3/d；

k——渗透系数，m/d；

H——坝前正常蓄水深，m，取值35 m；

2b——坝基宽，m，取值75 m；

T——渗透层平均厚度，m，坝基基岩取值25 m；

B——渗透层平均宽度，m，坝基基岩取值175m。

经估算，在正常蓄水位948.1 m条件时，估算坝基渗漏量为175 m3/d，建议对坝基进行防渗，并对坝基岩体进行帷幕灌浆，帷幕灌浆深度进入下部砂质泥岩、泥岩层2～3 m。

3 结语

综上所述，拟建坝基持力层为灰绿色厚层块状中粒长石砂岩、紫红色泥岩、砂质泥岩，其中长石砂岩岩性较坚硬，工程地质特性较好，能够满足坝基要求，紫红色泥岩、砂质泥岩岩性较软，工程地质特性较差，基本能满足坝基要求。建议有条件尽量将基础置于弱风化基岩中，将基底座于长石砂岩层上，若发现薄层砂质泥岩或软弱夹层时，宜清除。建议对坝基进行防渗，并对坝基岩体进行帷幕灌浆。