中型水库坝址工程地质条件分析及坝型比选

刘 勇，杨秀华，杨 兰

(1.贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550000；2.西安理工大学，陕西 西安 710048)

那卡河水库位于贵州开阳县永温乡，距开阳县城区15km，是乌江中游右岸一级支流那卡河上的一座中型水库。工程主要任务为工业供水及农业灌溉，是《贵阳市水资源综合利用与开发规划》的重点水源点之一。为合理选择与工程特性相匹配坝型，结合那卡河流域区域地形地貌、地质岩性等钻探结果，经地基承载力及压缩变形、抗滑稳定和渗透稳定等论证分析[1]，确保首部枢纽布置及大坝结构优化具有较高安全可靠性和节能经济性。

1 坝址区工程地质条件

大坝地基主要岩体为第四系冲洪积(QaL+pL)砂卵砾石层、粉土分布于河床。坝址区岩层呈单斜产出，岩层产状为105°～120°∠24°～28°，岩层倾向右岸，河谷为纵向谷。坝址区未见大的地质构造形迹，坝址左右岸局部有小断裂现象(f1、f2)。据平硐及地表调查资料[2]：坝址区层面发育，节理裂隙面中等至弱发育，主要发育7组裂隙，5组陡倾，2组缓倾。坝址区工程地质条件及结构面统计见表1。

根据地表和平硐调查结果，坝址区陡倾裂隙普遍发育于强至弱风化中，缓倾裂隙多在强风化层发育，有夹泥现象，至弱风化层后转为闭合至尖灭。节理裂隙连通率：强风化层较为连通，为50%～60%；弱风化层有所下降，为40%～50%，微风化层裂隙多闭合，连通率20%～30%。

表1 坝址区结构面统计表

图1 坝址区典型地质剖面

左坝肩坝基岩体为∈2-3Ls第二段中厚层状白云岩，隐节理发育，岩体易破碎，根据钻孔取芯多为砂状及碎块状。地表线裂隙率可达10条/m以上，但延伸长度、切层深度不大。水平深度10～25m范围内垂直河向裂隙发育，岩体破碎，属强风化层；右坝肩在1000～1020m展布石炭系下统大塘组(C1d)铝土质页岩、灰色厚层块状铝土岩，根据钻孔取芯，节理发育多为砂状及碎块状，下部为∈2-3Ls中厚层状白云岩，隐节理发育，岩体易破碎，岩芯上部多为碎块状，短柱状，下部岩芯渐较完整，多为长柱状。弱风化岩体一般较新鲜，锤击声脆，岩体间嵌合力较好，结合较紧密，岩体较完整，但因岩体内隐节理较发育，钻孔取芯多为碎块状、砂状、少量柱状[2]。为了解坝肩岩体完整性及卸荷带宽度，在左右坝肩各布置一个平硐[3]。据平硐资料：左坝肩水平强风化卸荷带深5m，弱风化深20m；右坝肩水平强风化卸荷带深6.0m，弱风化深25m。坝区水文地质条件简单，无大的坝基渗漏层位，渗漏形式表现为裂隙性渗漏及局部裂隙性风化深槽渗漏。坝址区典型地质剖面如图1所示。

2 坝址地质条件论证

2.1 地基承载力及压缩变形

坝基最大压应力为3.55MPa。坝基、坝肩岩体为薄至中厚层白云岩，除层面较软弱可能有压缩变形问题外，综合允许承载力为4～4.5MPa。坝基岩体为薄至中厚层白云岩，无泥化夹层发育，主要存在f1、f2小断裂现象。岩屑及方解石充填，抗压强度及变形模量相对较低，可能存在局部压缩变形问题，需进行补强处理[4]。左岸f1从左坝身穿过，需采取扩槽回填混凝土处理。右岸f2与坝端基本平行并尖灭，可采用扩槽回填混凝土处理，局部可开挖清除掉。由于大坝拱弧端合力方向指向该层，需采取高压混凝土灌浆进行处理[5]。

2.2 抗滑稳定分析

两岸均处在凸出的山脊处，两坝肩均为(∈2-3Ls)白云岩为主的地层，下游地层相同，两坝肩抗力岩体宽厚。左右岸裂隙倾向与坝肩岩体受力方向一致，为不利结构面，两坝肩多组裂隙组合后常会在强至弱风化上部带形成不利于坝肩抗滑稳定的结构面组合。坝肩开挖到弱风化下部至微风化带岩体后不存在坝肩抗滑稳定问题[6]，岩层临空面需进行支护处理。

左岸为岩质边坡，基岩裸露，地形为55°左右陡坡，自然边坡稳定。左岸开挖边坡为顺向坡，裂隙与层面交线主要倾向坡外，存在裂隙与层面组合，底滑面倾向坡外的块体，具有不稳定的边界条件。坝肩卸荷裂隙带夹泥现象严重，岩体完整性较差，边坡开挖后存在卸荷带岩体崩落、倾倒破坏的可能性[7]。需挖除卸荷带，并采取有效的边坡处理措施。

2.3 渗透稳定评价

坝基(肩)岩体在一定深度范围内，存在渗漏问题，其渗漏的主要层次确定为:强渗漏带即坝基(肩)溶蚀风化带、岸坡风化卸荷带；弱透水带即坝基(肩)弱风化岩体中呈不均匀分布的溶蚀裂隙、裂隙等[8]。为了确保大坝安全，将渗漏控制在设计范围内，必需进行帷幕灌浆处理[9]。据钻探资料ZK5及ZK13号钻孔资料反映，坝基部分因河床较平缓，地下水位高。泉点出露高程为955m，且库中多处见泉水出露，不存在深部地下水循环条件，无深层渗漏问题。防渗深度以钻孔压水实验数据小于3Lu以下5m为底线，下限深度约30m。两岸防渗帷幕考虑接地下水位与正常蓄水位交点并接至大塘组及梁山组隔水层，下限深度以地下水位及压水试验透水率小于3Lu控制。

3 坝型选择

根据坝址区地形地貌、地质岩性等地质条件，结合水工建筑物特性及布置要点[10]，拟对拱坝和重力坝两种坝型进行比较，见表2。

表2 坝型比选

经技术经济综合比较，混凝土拱坝在地形地质条件适应性、施工布置、施工导流及工程投资经济效益等方面均略占优势，故设计采用常态混凝土拱坝方案。

4 结语

那卡河水库坝址区地形地质条件较复杂，存在一定深度的裂隙、溶隙(局部可能存在溶洞)渗漏问题。为合理选定与工程实际相匹配的技术性、经济性坝型，根据现场踏勘和地质钻探成果，结合枢纽整体布置、施工布置、施工导流和工程投资等条件，对拟定拱坝和重力坝方案进行了详细论证分析。结果表明：拱坝坝型较重力坝坝型，其地质条件适应性强、枢纽布置简单、施工导流可靠、工程投资效益好，设计优选混凝土拱坝方案。