新建水库坝址工程勘察及分析评价

隋玉明

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司， 广东 中山 528400）

0 引 言

广西省许多小型水库在建设中存在的许多工程地质问题,不可避免影响水库的后续使用,在建设前对这些水库采取相应的工程地质勘察分析评价显得尤为重要[1]。小型水库在常见的病险有：坝体渗漏、坝体沉降变形、溢洪道淤积、导流或取水洞边坡滑塌、围堰渗漏、水土流失等。通常渗流、变形最为频繁和常见[2]。所以对土石坝水库建设前进行详勘勘察是预防后期水库病害，维持水库长期安全稳定运行的必须措施[3-4]。

文章以广西来宾高定新建水库为研究背景，结合水库的不良地质现象等勘察结果，重点对坝址区工程地质条件进行了分析评价并提出了合理的坝型选择方案，同时对建筑物工程地质和输水线路工程地质条件进行了深入的讨论，为水库工程勘察和水库选址、大坝选型指导提供了参考经验。

1 水库规模及勘察目的

1.1 水库建设规模

该水库位于广西来宾市，其作用主要是以供水为主，兼顾灌溉效益的综合利用工程。工程由拦河坝、泄水建筑物、输水系统等建筑物组成，如图1。水库正常蓄水位276.0m，水库总库容1090万m3。根据规定，按水库总库容划分该工程等别为Ⅲ等，水库工程规模为中型水库。

1.2 勘察任务及目的

采用地表地质调查测绘、工程钻探、物探（高密度电法、顺便电磁法）、钻孔注水、压水试验、水文地质观测、工程测量及室内岩、土测试等多种手段，以期全面真实反映场地工程地质、水文地质条件。并做了顺变电磁法试验。经相应的地质勘察研究工作论证，已查明水库成库条件、坝址枢纽建筑物、输水线路等工程地质条件及主要工程地质问题。

主要对水库成库条件进行分析论证，并对可疑渗漏带提出防渗处理方案和建议；根据水库区河流地形地质条件选择坝址，结合坝址地形地质条件，进行建坝适宜性分析，提出推荐坝型方案；查明坝址区岩体的风化特征及深度、地质构造及岩体完整性、渗透性等，评价边坡及隧洞围岩的稳定性根据查明坝址区开挖边坡及隧洞的地质结构特征，提出支护方案的意见和建议；查明大坝及相关建筑物、拟建输水管道的工程地质条件，并进行分析评价，提出处理方案的意见和建议。

2 库区工程地质问题评价

2.1 水库渗漏

根据1:1万水库区综合地质图分析，在拟选河流段建坝修库，结合现场调查分析。发现存在库首左岸、右岸绕渗的问题的问题。

库首左岸覆盖层较厚，自上而下为洪坡积碎石土、残坡积土、风化基岩，洪坡积碎石土、残坡积土为中等至强透水性，风化基岩上部节理裂隙及风化裂隙发育，左坝肩溶洞裂隙发育，勘探表明为中等至强透水性，存在绕渗的问题。

库首右岸覆盖层较厚，自上而下为残坡积土、风化基岩，残坡积和强风化岩为中等至弱透水性，风化基岩上部节理裂隙及风化裂隙发育，为弱至中等透水性，存在绕渗的问题。

2.2 库岸稳定

水库淤积物主要为汛期上游及库区洪水夹带的砂、泥岩风化剥蚀的黏土、粉质黏土及岩块碎屑和少量的崩塌块碎石。据调查，库区内具有规模不等的冲沟10余条，冲沟口均堆积有一定量的砂砾石、块石，厚度约 1～3m。但不存在较大的不稳定岩体，同时集雨区内植被覆盖较好，无大规模的固体径流物质源。

由于两岸坡地开垦较多，加之地形相对较陡，水库固体径流来源有一定的量，存在一定的淤积问题。为增长水库寿命，建议加强水土保持工作。

2.3 水库淤积和诱发地震评价

库岸为较稳定的斜坡带，往两岸地形渐变抬高，无较低的封闭或半封闭洼地，故不存浸没问题。

工程区地震基本烈度为Ⅵ度，无区域断裂通过水库，坝址出分布有灰岩，但据地质测绘及勘探成果，岩溶不发育，不具备诱发岩溶塌陷型地震的条件。因此，水库诱发构造型地震和岩溶塌陷型地震的可能性小。

3 坝址工程地质条件及选型

3.1 坝址工程地质评价及选定

3.1.1 坝址地质条件及选定

坝址位于高达村下游，坝址区地形相对开阔，左岸坝线上游下游有冲沟发育，右岸有深切冲沟。总体上拟建坝线处地形基本对称，上下游均被冲沟切割后地形破碎，不对称，故上下游都不宜坝线布置。坝址两岸不对称。

3.1.2 地层岩性及风化特征

1）地层岩性：各地层的岩性见坝址区地层，见表1。

表1 坝址区地层简表

2）岩土体风化特征：为了解坝址区岩体风化卸荷特征，本阶段主要采用钻探、物探等勘察方法。坝址区出露基岩主要为碎屑岩，右岸为物理地质现象主要表现为覆盖层及岩体风化，而左岸分布冲洪积及残坡积覆盖层。

3.1.3 灰岩发育和断裂探测

为查清坝址区坝址区下伏基岩的风化情况、岩体破碎及岩溶发育情况，在坝址区布置高密度电法勘探测线，主要对坝址区灰岩、白云岩发育区布置。

根据电法勘探成果结合地质钻探资料：电阻率层析成像结果显示深蓝色为低阻区，勘探成果发现说明在低阻区的土层有比较大的中强渗透性，其地下含水量也非常丰富。结合地质资料可看出低阻区的溶洞、溶隙发育。

坝肩基岩为砂岩，风化层风化程度的不同，含水率不同，电阻率会表现出差异，一般来说，完整的基岩电阻率最高，弱风化层电阻率次之，强风化层电阻率最低，使用瞬变电磁法对围岩进行分级，，方法本身对低阻响应较其他物探方法好；因为是不接地的测量方式，对地表不均匀体产生的静态效应也不明显；砂岩区本底电阻率较低，瞬变电磁方法也有优势。

在线50～70出现一个高阻隆起，70～90段接着出现的低阻倾斜向下延伸，在90～110左右出现一个低阻凹陷区域，在130后呈现和地形形态一直的高阻区。推测点号100左右有F1-4断层裂隙。而50～70的小高阻抬升可能附近地下水位下降所致。在线170～190段出现一个陡峭的低阻凹陷区，凹陷梯度较大，推测可能有F1-5断层裂隙存在。

3.2 坝型选择

3.2.1 地质条件对大坝布置的影响

坝址左岸超过255m高程部分的区域地势开阔平缓，而在255m高程以下到河床面分布为陡坡，所以适合选用的坝型有重力坝、土石坝等。

根据地形地质条件混合坝方案重力坝段坝体在左岸陡崖处上下游需设置挡土坝来衔接土石坝，且重力坝段与土石坝段有一段搭接长度。从大坝布置方案来看全土石坝方案较优。因此从地形地质条件对工程布置的影响看，全土石坝方案优。

3.2.2 塑性混凝土心墙土石坝方案

根据勘察报告分析地质条件并通过对黏土心墙、塑性混凝土心墙进行比选后，发现塑性混凝土防渗效果最佳。坝体防渗枢纽工程主要建筑物由大坝、溢洪道、输水系统等组成。

1）大坝：土石坝段长565m，为塑性混凝土心墙土石坝，坝壳填料为料场开挖石渣混合料、坝基开挖土石料。

2）溢洪道：溢洪道位于大坝右坝端处，为岸边正槽式溢洪道布置在右坝端，溢洪道由开挖山体而成，由进水渠、控制段、泄槽、海漫组成。

3）基础处理：大坝左岸及右岸建议在上部采用混凝土防渗墙，下部可以用防渗帷幕，溢洪道右侧的可以结合两种处理措施综合防渗。

4）取水建筑物：供水取水塔布置在右岸，结合导流隧洞布置，采用钢筋混凝土岸塔式结构，进口设放空闸门。

3.3 坝址工程地质问题预测及处理

1）填筑区基础：由于区内残积土体厚薄不均，呈可塑至硬塑状，大坝基础时可能会产生不均匀沉降问题，且易产生渗透变形，应对地基土承载力及变形进行复核，必要时应对地基进行处理。

2）心墙基础：表层耕植土结构松散，渗透性大，不能满足心墙基础要求；下伏基岩为硬质岩，以弱风化为主，岩体力学性质较好，可满足中低坝建基要求。根据本工程大坝规模，建议心墙基础置于弱风化岩体中。同时心墙基础必须穿过较大溶洞及风化囊体，置于弱风化岩体中，解决防渗及基础稳定问题。

3）坝基岩溶塌陷分析评价：坝基灰岩、白云岩为可溶岩岩层；地下水水位变动位置在土层中；岩溶地面塌陷发生的可能性等级划分为可能性中等；综合三个因素综合评价为评为岩溶地面塌陷发生可能性为中等。

4）渗透破坏：对于河道中卵石、漂石层，存在渗漏问题，为强透水性，会产生管涌渗透破坏问题。坝址区覆盖层为洪坡积的碎石土层达到中等透水性，会产生管涌渗透破坏问题。对于灰岩及白云岩表层岩溶裂隙及溶洞发育地段，注水及压水试验表明，达到中等透水性，存在渗漏以及产生渗透破坏问题。对于基岩采取帷幕灌浆进行防渗，对于断裂及节理发育密集带，应根据其影响范围及深度采取专门的防渗措施。同时结合坝基帷幕灌浆进行防渗处理。

4 主要建筑物工程地质条件评价

4.1 溢洪道病险分析及评价

由于该地区降水丰富，地下水较丰富，其中残积土层为中等至弱透水性，强风化为中等透水性，应注意地下水对边坡稳定影响，必要时应溢洪道的边墙采取排水措施。

消能及护坦段：下游冲刷区河谷开阔，上部为漂石、卵石层，抗冲刷能力一般，建议作对漂石、卵石层做防冲刷处理。

4.2 导流兼取水洞病险分析及评价

取水塔及联接桥：联接桥取水口位于大坝右岸上游，分布有残坡积土。建议取水塔基础置于强风化岩体上，其允许承载力和变形条件满足设计要求。

4.3 围堰病险分析及评价

围堰设置于上游，采用土石围堰，并作为坝体的一部分。围堰基底为卵石层，结构孔隙大、强透水性，是围堰施工的不利因素。因此必须进行截渗。应采取适当的工程处理措施加固堰基，确保围堰及施工安全。围堰左、右岸及底部的基岩为中等渗透性，应采取帷幕灌浆处理。

4.4 输水线路工程地质条件分析

输水线路沿线走向东乡以北基本呈由北往南走线，总体呈由东往西走线，该段地势相对平缓开阔，该段东部同为低山丘陵区，大部分洪坡积；西部局部为岩溶洼地，沿线植被覆盖率一般，属侵蚀和溶蚀型地形地貌。

对基坑开挖较深地段，应注意坑壁的稳定性，必要时可采取相应的支挡措施。基础开挖弃土严禁在基坑坡顶及边坡堆放，及时清运出场，确保施工安全。填方区应注意清除表层松散层，并以其下满足设计要求的岩土层作为基础持力层。

5 结 论

文章在对库区和坝址区工程地质条件进行了详细勘察分析评价并提出了合理的坝型选择方案，同时对建筑物工程地质和输水线路工程地质条件进行了深入的讨论，最终得出以下结论：

本工程推荐坝型为全土石坝方案，其枢纽建筑物布置方案为：土石坝＋右岸溢洪道＋右岸导流涵洞兼取水涵洞，临时建筑物为上游土石围堰。库岸现状总体稳定，部分河段可能会因水库蓄水后由于在库水侵蚀、软化等作用下，导致库岸再造，但对水库正常运行影响较小。

大坝在详细勘察分析中，勘察手段往往比较综合，往往还需要进一步复核和优化防渗帷幕边界和底界，这是水库详细勘察未来重要的技术研究方向。