水利工程坝址选择工程地质勘察要点分析

公 瑾

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830091)

水利工程属于复杂性工程项目，施工周期相对较长，且需投入大量建设资金，并且水利工程建成投入使用后可能会对工程周边地质及水文环境产生影响。为此，水利工程建设之前需要严谨筛选坝址，应重点加强地质条件、水文情况的详细勘察，结合实际勘察结果选择最为适合的水利工程大坝建设位置，并依据工程建设地的实际情况科学合理开展水利工程施工，从而打造出高品质的水利工程，降低对工程周边环境产生的不利影响，从而为我国经济发展产生有效驱动。

1 水利工程项目概况

1.1 基本情况

某水库工程建设于城市中心区之外15km处，附近0.2km处有城镇，工程建设区域建有直通公路，交通相对便利。此水库为江河一级支流，整个水库长约41.1km，全流域集水面积及坝址以上集水面积分别为265km与158km。本水库属于综合性水库，兼具灌溉、供水多项功能，建设任务中包含多个建筑物，除了拦河坝、坝顶溢洪道之外，还要修筑放空底孔、灌溉输水管及供水管道。此水库在本次建设前已修筑了10m高坝，本次施工需在原基础上续建大坝，水库设计坝高为26.3m，需在溢洪道处设置门道六扇弧形闸门，闸门孔口长7m、宽3.2m，还需完成大坝防渗帷幕灌浆工程、渠套工程等工程建设。

1.2 断层分析

本水库内河段与坝址上游之间存在一个井龙坡断层，此段断层与坝址上游之间的距离约为2.3～2.35km，断层走向为南60°东～75°，倾向为东南方向，倾角介于2.7°～36°之间，断层延伸长度高于12km，属于压性断层，具有0.3～1.5m的破碎带宽，影响带宽约为5m。泥质及钙质胶结性能极佳，上盘及下盘岩层的产状分别为145°∠42°、140°∠28°，属于压性断层类别，由于此断层横跨库腰区域，并不会对工程产生较大影响。另有其他断层但与库坝区距离较远，均不影响成库与建坝施工。此区域为褶皱构造，库坝区具有发育性节理与裂隙，岩层呈向下倾斜分布，岩层产状为1250～160°∠28～42°，并向左岸偏斜，存在局部扭曲现象。

1.3 坝址选择

本工程坝址选在某江河支流的中游区域，与中心城区及城镇之间的距离分别为15～0.2km之间。本水利工程是在原有坝基上通过高度与厚度增加构建重力坝，在大坝高度增加后，要在大坝灌溉功能保持的基础上提高城镇供水规模，进而为中心城区供水提供保证。结合供水对象特征，综合分析建设地的水资源条件，需要在大坝左坝段设置孔口长、宽均为1.2m的方形放空底孔，进口底板建设高度应为868.66m，应分别设置一扇事故平面与工作平面钢闸门。

2 水利工程坝址选择工程的地质勘察要点

2.1 地形地貌勘察

地形地貌特征是坝址选择的关键因素，同时也会对水利工程大坝施工方案的设计产生制约。坝址选择时对地形要求较高，通常选择地形狭小且分明的基岩V型谷，也可在U型基岩河谷内建设混凝土重力坝或砌石坝，河谷土风化越明显、沉积层越坚硬，对坝址设计越为有利。坝址选择时，需要综合分析各河谷地段的地质及土层结构，通过施工过程中各方面影响因素的全面总结与分析，合理设计具体的影响因素规避方案[1]。本水利工程坝段位于对称型U型横向谷中，河底宽度介于48m与64.8m之间，坝下游的水深最低处为0.3m，最高处为1.2m。而上游库内水深则为10～15.57m之间。地形坡度方面，右岸比左岸更为陡峭，坡度最小区域为30°，坡度最大≤55°，且两岸都属于斜向坡，正常蓄水位达到893m左右时，河床宽度为129.45m，河谷宽高比为4.01。因而，本工程设想的重力坝建设方案具有可行性。

2.2 地层岩性勘察

岩土性质是影响水利工程稳定性的主要因素，因此坝址选择方面要重点勘察地层的岩性。若在水流冲击力较高的区域修建混凝土高坝，需选择完整且坚硬、具有强抗水性及低透水性的岩石区域作为修筑点，从而增强水利工程运营的稳定性与长效性。地层岩性勘察时，需要重点勘察岩石周边各时接触边缘，并将风化夹层、风化壳的分布特征纳入考量范围，通过不利因素规避提高坝址设计的科学性。同时，坝基选址时，要加强喷土岩类型的分析，选择高抗水性及高强度区域作为坝址[2]。本工程岩性坝址区域地层的岩性情况详见表1。

表1 坝址区域地层岩性分析表

本工程大坝建基面河床段完成了部分挖掘，现已挖至T1Y3-1段，测区露出多种类型的地层，有第四系、二迭系、三迭系地层，还有寒武系、奥陶系、志留系地层，但是没有泥盆系与石炭系地层。第四系以坡积、残积层崩塌堆积层为主，还存在部分冲洪积层，主要成分是砂质或泥质黏土与砾石，主要在山间盆地、岩溶洼地、河流两岸集中分布。通过地层岩性分析发现，本工程T1Y3-1段存在钙质泥岩、镜状泥灰岩以及灰岩透镜体，此部分区域的岩石强度较高，且具备较弱的透水性，并且抗水性能良好，因而此处较为适宜作为坝址。

2.3 地质构造勘察

地质构造是坝址选择的另一重要因素，特别是高敏感性刚性坝建设时，需通过地质构造勘察防范大坝建成后出现变形问题。一般而言，坝址不建在剧烈活动的地震区，也不可在活动性断裂发育区域修建水利工程大坝。应绕开活断层，在稳定性区域选址建坝。坝址选择时需重点勘察地质构造，了解断裂活动分布状况、断裂带所属类型以及断裂的规模大小，还应分析断裂活动的发生规律，且要对断层错动速度进行测定，从而对水库工程出现地震的可能性或地震等级进行精准预测。本工程坝址选在无断层发育地区，坝区属于单斜构造，虽具有缓倾岩层，但岩层呈向下倾斜分布，微倾向于右岩。不存在层间错动带，因而不会受到次生作用影响而逐渐向泥化夹层转变，并且其他构造结构面也不存在切割现象，因而不会对坝基的抗滑性能，不会由此导致坝址出现失稳现象。同时，本坝址区域内也不存在陡倾或倒转岩层，因而不会出现较为强烈的构造变形问题，不会因剧烈活动而导致岩石完整性遭到破坏。通过地表地质勘察发现，左岸与右岸均有裂隙发育现象，右岸裂隙中有一组裂隙会对拱端受力形象有一定影响，另有一组缓倾角裂隙。

2.4 岩溶水文地质条件勘察

岩溶区水利工程大坝建设时，需选择有隔水层横谷、陡倾岩层倾向上游河段作为坝址，以免出现渗漏问题。若渗漏问题较为严重，应在透水层较强区域的底部存在隔水岩层且两岩有高地下分水岭的纵谷中修建库区。如果没有可利用的隔水层，可在弱岩溶化地段修建大坝。通过勘察分析，本工程枢纽区为砂泥(页)岩岩性，有裂隙发育，地下水属为基岩裂隙水，两岸地下水比河水位更高，会向河流排泄地下水。结合不同比例的区域及库区水文地质图分析发现，本工程所选坝址区域的溶岩水有三种类型，一是碳酸盐岩为主含有少量碎屑岩岩溶水，二是碎屑岩为主夹少量碳酸盐岩岩溶水，三是碳酸盐岩岩溶水，这些岩溶水均没有工业污染性，水质条件极佳，水样分析结果是对建筑物无腐蚀性。对坝体、坝肩、河床等处钻孔勘察发现，两岸地下水位埋深不大，仅有河心处属于强风化带，其他区域压水试验所得吕荣值分别为1-2Lu与3-3.6Lu，这表示本工程坝址处浅层强风化带的岩体透水性为上强下弱，属于碎屑岩类，是相对隔水层，适合修建大坝。

2.5 不良地质现象勘察

坝址选择时，滑坡、泥石流、岩石风化以及岩溶等物理地质现象均会对大坝建设质量产生影响。通常河谷地区大坝建设时会选在窄峡河谷区段，以降低工程量，减少建设成本，然而峡谷坡岩存在泥石流发生隐患，会导致大坝受到严重损伤。表面看似完整的岩体，若是其下方存在里晋斯页岩，可能会因页岩这一滑坡体物质的影响而导致河槽向另一侧河岸推移，因此，存在里晋斯页岩的区域不适宜作为坝址。并且部分花岗岩及其他地质条件下，下层为砂砾石层的岩石存在发生滑坡的可能，会对大坝产生不利影响。因而坝址选择中也要展开不良地质现象勘察。经过不良地质勘察发现，本坝区属于峡谷地形，存在冲沟发育现象，裸露地层为砂页岩类，属于三叠系下统夜郎组第三段，走向或是相交于河床或是与大角度斜向交汇。坝址区域内植被长势不旺，有水土流失现象。碎屑岩分布区域地表多被风化与侵蚀，有冲沟发育现象。第四系具有极厚的覆盖层，然而并没有滑坡隐患。受到地形地质影响，本坝区主要是风化形物理地质，但不存在里晋斯页岩或花岗岩等不良地质，滑坡、泥石流等自然灾害的发生风险较低，作为水利工程大坝修建区域较为安全。

2.6 天然建筑材料勘察

大坝坝体施工需要就地取料，因而要勘察坝址区域是否存在天然建筑材料。尽量不选择山区或是河谷区域作为坝址，因此这类区域施工环境相对复杂，路况较差，施工材料运输难度大，因而，地质勘察过程中，需要重点勘察坝址附近天然建筑材料的数量及质量，同时还要详细考察与记录该区域的开采条件是否良好。经勘察，本坝区具有丰富的石料，但其中并不含天然砂，需要采取人工方式制砂。通过地质勘察发现，水利工程坝区下游可建造一处石料场，此石料场建设位置应选在0.28km与0.43km的右岸山头附近，此处交通便利，距坝址处的运输距离≤0.3km，且料场分布地层属于三叠系下统茅草铺组(Tm)，多为灰岩，并且岩层中含有白云质灰岩，其中有少量白云岩掺杂。基岩呈裸露分布，部分地区存在厚度<1.0m的覆盖层，强风化层并不深，仅有0.5～1.5m厚，多在867.8～910.0mm高程区域分布，石料场多为荒山，仅有少部分区域为耕地，具备良好的开采条件，经计算石料储量约为30×10m，可为本工程修建提供质量合乎要求且数量充足的石料。

结语：作为影响经济发展的重要工程，水利工程坝址选择时需要将地质勘察工作作为重点，结合地质勘察结果选择最佳的水利工程修建位置，打造出更加稳固、安全、利用性强且成本节约的水工建筑物。坝址选择时，需要针对地形地貌、地层岩性、地质构造、岩溶水文地质条件、不良地质现象、天然建筑材料六个方面展开勘察，勘察中需利用专业设备、由技术专业的勘察人员负责，以增强地质勘察结果的精准性，进而筛选出最为适合的坝址，以免因不良地质问题而影响到水利工程的安全性。