獐子沟水库坝型地质条件适应性研究

樊 敏，丁亚龙，杨 伟

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550003）

0 引言

近年来，水利水电工程发展迅速，在发展过程中首要解决的一个重要问题就是坝型的选择，其涉及到坝址地质条件、料场、工程造价、抗震等。拟建獐子沟水库坝址地质条件较复杂，从地质角度来说，坝型的选择显得尤为重要。

1 工程概况

拟建獐子沟水库位于石阡县城以东的花桥镇平坡村平半坡村寨附近的花桥河上，花桥河属于长江流域乌江水系石阡河的二级支流；拟建水库距花桥镇8 km，距石阡县城27 km。推荐坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高55.5 m，正常蓄水位高程720 m，集水面积11.32 km2，总库容417 万m3。为一座以灌溉、乡镇供水为主，兼有周边农村饮水等功能的综合利用的IV 等小（1）型水利工程，主要由混凝土面板堆石坝、溢洪道、放空底孔、导流洞、取水建筑物及输水工程等组成。

2 坝址区工程地质条件

坝址位于花桥河团岭河段上，河床呈“蛇”型弯曲，总体近SN 向，阶地不发育。河床高程664.7 m～673.4 m，比降2.2%，河床宽约3 m～12 m，左岸地形坡度20°～60°，右岸地形坡度13°～58°，正常蓄水位720 m 处地形宽高比为2.3，为较对称的“V”型谷。

出露地层为寒武系中统平井组（∈2p），岩性为灰至深灰色薄层夹中厚层状白云岩、鲕状白云岩。坝址总体为单斜构造，岩层产状为N40°W，NE∠15°，倾下游偏右岸。右岸发育断层F1、F2，其中F1 为张性正断层，产状N26°E，NW∠85°，破碎带宽1 m～3 m，影响带宽8 m～10 m；F2 为压性逆断层，产状N20°E，NW∠80°，破碎带宽3 m～5 m，影响带宽7 m～10 m。左岸强溶蚀风化0 m～16 m，河床弱溶蚀风化10.3 m，右岸强溶蚀风化0 m～49 m。工程区地震动峰值加速度值小于0.05 g，反应谱特征周期为0.35 s，对应地震基本烈度小于Ⅵ度，区域构造稳定性好。

区内岩溶发育较弱，主要表现为溶蚀裂隙，小溶洞等，规模较小，如左岸699.4 m高程处发育溶洞K1，右岸沿断层F1、F2形成的溶蚀空腔等。根据资料分析，河床为地下水排泄基准面，河谷岩溶水动力类型为补给型，两岸地下水补给给河水，左岸地下水位平均比降28%，右岸地下水位比降16%～41%，平均比降29%。

3 坝型适应性分析研究

根据岩石室内试验，岩石饱和单轴抗压强度为41.3 MPa，属中硬岩。根据地面调查、钻探及平硐等资料，强风化层中夹泥现象普遍，弱风化层中上部次之，中下部局部夹泥，连续性差。结合规范要求可将坝基岩体划分为两类：弱溶蚀风化中部及以上为BⅣ1类岩体，弱溶蚀风化下部至新鲜基岩为BⅢ2类岩体。

坝型选择主要取决于坝址的工程地质条件，把坝址的基本地质条件和坝型结合起来得出最优解是工程师们一直追求的目标。拱坝对坝址的地质条件要求较高，坝址区河谷较为宽缓，基岩主要为薄层白云岩，弱风化中部以上夹泥较严重，且右坝肩发育F1、F2 断层，对拱坝稳定性影响较大，无可比性，因此，仅选取混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝作适应性分析研究。

3.1 碾压混凝土重力坝适应性分析研究

碾压混凝土重力坝设计最大坝高56.6 m，采用坝顶溢洪。碾压混凝土重力坝坝线河床高程671.9 m，河床宽约5.2 m，阶地不发育。左岸地形坡度31°～52°，右岸地形坡度22°～41°，水库正常蓄水位720 m 处地形宽高比为2.3，为较对称的“V”字型河谷。

图1 重力坝坝轴线工程地质剖面图

（1）持力层的选择

坝基岩体主要为薄层夹中厚层白云岩，BⅣ1类岩体结构面发育、夹泥，岩块间嵌合力差；BⅢ2类岩体结构面较发育，多闭合，夹泥较少，不连续，贯穿性结构面不多见。重力坝持力层的选择应根据大坝稳定、坝基应力、岩体类别、基础变形等因素，经技术经济比较确定，BⅢ2类岩体经处理后可作为重力坝基础。右岸F1 断层需深挖回填处理，并进行固结处理。

（2）坝基抗滑稳定

根据坝区节理裂隙统计，坝基具备浅、深层滑动的边界条件：第①组：产状260°～280°∠65°～85°的裂隙和右坝肩断层F1 的破碎带为坝址侧裂控制面。第②组：产状170°～183°∠68°～88°裂隙为坝址拉裂控制面。第③组：岩层层面、泥化夹层，为底滑控制面，产状N32°～46°W，NE∠10°～19°。因此，重力坝存在抗滑稳定问题，需计算复核。

（3）开挖边坡稳定性评价

两岸边坡总体稳定，岩层总体倾下游，偏右岸，左岸位视顺向坡，右岸为视逆向坡。左、右坝肩开挖至弱溶蚀风化岩体中上部，坝肩基坑开挖将形成最大水平深16 m～25 m 左右深槽。左岸边坡在卸荷、溶蚀风化裂隙切割下，边坡上的不利组合体可能顺层面或软弱夹层产生较大面积滑坡，建议对左岸边坡先支护，后开挖[1-3]。右岸为视逆向坡，坝基岩体为中硬岩，抗风化、软化能力强，开挖边坡总体稳定，但F1 断层处开挖较深，断层破碎带及影响带较大，受断层、裂隙等因素影响，局部边坡易形成不稳定体，可能存在滑塌现象。

（4）坝基(肩)渗透稳定性分析

重力坝基础置于弱溶蚀风化白云岩上，岩体内裂隙发育较少，多闭合，弱风化层中上部夹泥现象较多，中下部局部夹泥，连续性差。根据钻孔压水统计分析，强风化至弱风化中部岩体透水率较大，特别是右岸，弱风化局部达到64.94 lu，因此，在高水头压力作用下，坝基（肩）夹泥面可能产生渗流破坏，危及大坝稳定，建议对坝基进行固结、帷幕灌浆处理。

3.2 混凝土面板坝适应性分析研究

混凝土面板堆石坝轴线位于重力坝轴线下游约60 m，设计最大坝高55.5 m，采用左岸溢洪。坝线河床高程671 m、河床宽8.8 m，阶地不发育，左岸地形坡度24°～50°，右岸地形坡度20°～46°。水库正常蓄水位720 m 处地形宽高比为2.3，为较对称的“V”字型河谷。

图2 面板坝坝坝轴线工程地质剖面图

（1）持力层的选择

混凝土面板堆石坝坝型对地基基础要求较低，开挖量较小，适应性较强，无需大量削坡处理[4]。BⅢ2类岩体较完整，局部完整性差，抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制，经处理后可作为面板坝趾板基础持力层；右岸F1 断层需深挖回填处理，并进行固结处理。堆石区对地基承载力要求低，清除覆盖层及松动岩体，放置于基岩上即可。

（2）开挖边坡稳定性评价

两岸边坡总体稳定，岩层总体倾下游，偏右岸，左岸为视顺向坡，右岸为视逆向坡。左、右岸趾板开挖至弱溶蚀风化岩体中上部，坝肩基坑开挖将形成最大水平深12 m～20 m 左右深槽。左岸边坡在卸荷、溶蚀风化裂隙切割下，边坡上的不利组合体可能顺层面或软弱夹层产生滑塌，建议对左岸边坡先支护，后开挖[1-3]。右岸为视逆向坡，坝基岩体为中硬岩，抗风化、软化能力强，开挖边坡总体稳定，但F1 断层处开挖较深，断层破碎带及影响带较大，受断层、裂隙等因素影响，局部边坡易形成不稳定体，可能存在滑塌现象。堆石区清除表层覆盖层及松动岩体即可，对边坡影响小。

（3）坝基(肩)渗透稳定性分析

面板堆石坝基础置于强、弱溶蚀风化白云岩上，裂隙发育，强至弱溶蚀风化层中夹泥存在现象，且强溶蚀风化层中较普遍，且弱溶蚀风化上部及以上岩体透水率较大，在高水头压力作用下，渗流作用对坝基(肩)可能产生渗流破坏。同时，渗流携带堆石区泥沙流失，造成堆石区脱空、变形、坍塌，使趾板失去支撑，变形、开裂破坏，失去防渗作用，水库产生渗漏，严重时可能发生溃坝。因此，建议对坝基进行固结、帷幕灌浆处理。

4 结论与建议

不同坝型对坝址工程地质条件有不同的要求。一般来说，拱坝要求最高，重力坝次之，面板坝适应性最强[5-6]。獐子沟水库坝址区地质条件较复杂，为合理选定坝型，从地质角度出发，对坝址区工程地质条件进行了分析研究，优选混凝土面板堆石坝方案，该研究为设计提供了重要的地质资料、结论及建议。

（1）坝址区弱风化中部以上夹泥较严重，且右坝肩发育F1、F2 断层，对拱坝稳定性影响较大，无可比性。

（2）重力坝对坝基岩体质量的要求较高，泥化夹层对坝基压缩变形、渗透变形不利，存在坝基浅层、深层滑动的可能，且重力坝坝基（肩）开挖面积及深度较大，对边坡的稳定性影响相对较大。

（3）从持力层的选择、坝基抗滑稳定、开挖边坡的稳定性、坝基(肩)渗透稳定性等方面进行论证，从地质角度来说，混凝土面板堆石坝优于混凝土重力坝，推荐混凝土面板堆石坝。

（4）建议对坝基进行固结、帷幕灌浆处理；对F1 断层深挖回填后进行固结、帷幕灌浆处理，对F2 断层进行帷幕灌浆处理。