小盘河水库坝基工程地质条件分析

周延国，刘振红，程 辉

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州 450003）

1 工程概况

小盘河水库位于甘肃庆阳市境内泾河的一级支流蒲河下游，下距蒲河与泾河汇合口约10km。

小盘河水库坝址区多年平均年径流量2.79亿m3，水库正常蓄水位982.00m，正常蓄水位以下库容2944万m3；校核洪水位986.85m，总库容4732万m3；死水位970.00m，死库容541万m3；兴利库容2016万m3，工程规模为中型，水库功能以供水为主。

小盘河水库大坝为混凝闸坝与均质土坝的组合坝型，枢纽布置由左岸重力坝段、5孔底孔泄洪排沙闸、3孔表孔泄洪闸、引水管坝段、右岸均质土坝组成，坝顶长度273.0m，坝顶高程987.50m，最大坝高35.5m。

2 坝址区地质概况

2.1 坝址地貌单元

属黄土高原沟壑区，区内沟谷密布，岸坡陡立，地形连绵起伏，黄土塬、梁、峁等黄土地貌形态交错分布。除河道岸坡局部有基岩裸露外，大部分为第四系黄土所覆盖，上覆土层厚度100～300m。

坝址区蒲河紧靠左岸自北向南流入，在下游以SE向流出。坝址区河谷呈不对称“U”形，河床高程956.6～958.1m，黄土塬面高程1192～1200m，高差约200m。坝址区左岸高程990m以下基岩出露，岸坡较陡，坡度50°～70°，上部为黄土岸坡，岸坡坡度35°～45°；右岸为黄土岸坡，地形呈阶梯状，总体坡度10°～20°。

2.2 工程区

属于陇东区庆阳小区，区域内主要出露白垩系下统（K1）泥灰岩、砂质泥岩、砂岩和第四系地层。

主要出露于左岸990m高程以下，出露最大厚度约35m。岩性主要为灰色、深灰色、灰黑色泥晶灰岩、泥灰岩、泥质粉砂岩夹灰黄色细～中砂状砂岩。岩层产状为5°～40°/SE∠5°～20°，坝轴线附近岩层倾角介于10°～20°，坝址下游河床出露基岩岩层倾角小于10°，较平缓，倾向有一定起伏，整体倾向偏上游。

坝址区河谷段发育3层灰黄色砂岩（图1），其物理力学特性较差，为相对较软弱的夹层，其分布高程分 别 为947.40～950.46m、932.79～937.59m、919.77～921.59m，3层砂岩分别位于拟建建基面以下2～4m、15～17m、31～33m。其中第1层和第2层砂岩基本连续，第3层砂岩有间断。

图1 坝址区灰黄色细～中砂状砂岩（孔口高程963.47m）

2.2.2 第四系（Q）

上更新统马兰黄土（Q3m）：主要分布在黄土塬顶部。岩性主要为灰色、浅灰黄色粉质壤土，质地较均一、结构疏松，常具大孔隙及垂直节理，伴有植物根系、虫孔、盐斑等。该层与工程关系小。

坝轴线工程地质剖面如图2。

图2 坝轴线工程地质剖面图

（3）坝址区地质构造不发育，构造条件简单，未发现断层通过，节理裂隙主要发育两组，产状分别为277°/NE∠70°、9°/NW∠79°，走向分别近垂直于河床和近平行于河床。

（4）坝址区黄土地貌发育，物理地质现象主要为黄土泥石流、崩塌及落水洞等，基岩主要为风化卸荷。

（5）坝址区地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙孔隙水。

3 坝基主要工程地质问题及评价

3.1 混凝土闸坝段主要工程地质问题及评价

混凝土闸坝段主要包括左岸重力坝段（25m）、5孔底孔泄洪排沙闸（77.5m）、3孔表孔泄洪闸（55m）和引水管坝段（21m），总长度178.5m。

3.1.1 河谷坝基及左岸坝肩岩体工程地质条件评价

3.1.2 坝基抗滑稳定问题

坝址区第1层和第2层灰黄色砂岩基本连续，第3层砂岩有间断，对坝基抗滑稳定影响较大的为第1层和第2层。在河谷第1层砂岩中取岩芯样（图3）进行室内三轴中型剪切试验，岩石弱风化，摩擦角φ=27.3°～30.1°、凝聚力C=0.021～0.046MPa。

图3 灰黄色砂岩

另外，对坝址区河床出露基岩进行了节理裂隙统计，岩层层面产状为57°/NW∠7°，缓倾上游；主要发育两组节理，产状分别为277°/NE∠70°、9°/NW∠79°，走向分别近垂直于河床和近平行于河床，会形成对岩层面的横纵向切割面，闸坝还存在沿灰黄色砂岩与泥灰岩、泥质灰岩接触面（图4）滑动的可能。需进行坝基沿较弱砂岩及砂岩与泥灰岩接触面的抗滑稳定计算。

图4 灰黄色砂岩与泥灰岩接触面

3.1.3 左岸坝肩边坡稳定问题

左岸坝肩高程990m以下基岩出露，以上为Q1w、黄土。基岩岸坡坡度50°～60°，上部黄土岸坡坡度35°～40°。基岩岩层产状为30°/SE∠13°～20°，走向总体与河谷走向斜交，倾向坡内偏上游侧，为斜向谷。坝肩边坡为斜逆向坡，地层较缓，层面对边坡稳定不具控制性，坡体内不存在控制边坡整体稳定的贯穿性软弱结构面，边坡现状稳定；上部黄土小冲沟发育，现状黄土岸坡整体稳定。正常蓄水位982m时，基岩岸坡基本稳定，黄土岸坡位于正常蓄水位约10m以上，库水对黄土岸坡基本无影响。

3.1.4 河谷坝基渗漏与左坝肩绕坝渗漏问题

根据钻孔压水试验成果，强风化及弱风化上部岩体具有弱透水性、局部透水性较强，存在库水沿透水性较强岩体向下游低邻谷朱家沟渗漏和绕渗的问题。对该坝段渗透性大于5Lu岩体的渗漏量进行了渗漏计算，坝基沿透水率大于5Lu岩体向下游的渗漏量为4384.92m3/y，绕坝渗漏量为39862.89m3/y。坝基与绕坝渗漏量占总库容的百分比为0.096%，占坝址区多年平均径流量的0.035%。建议对透水率大于5Lu的岩体进行帷幕灌浆防渗处理，使防渗帷幕与左岸相对隔水层封闭衔接。

3.1.5 基坑开挖边坡稳定及涌水问题

基坑开挖后边坡高度在5~8m，边坡均为松散覆盖层，需注意基坑开挖覆盖层边坡的稳定问题，建议采取一定的工程防护措施。基坑开挖边坡低于10m，覆盖层边坡可以一坡到底，水下开挖时允许坡比建议为1∶1.5，水上为1∶1.25。

基坑开挖时预计坑内地下水较丰富，存在雨水和上游河水沿砂砾石层及透水性较强岩体的渗漏问题，经基坑涌水量估算，混凝土坝段基坑涌水量为75m3/d，基坑涌水量较小。为确保工程的干地施工，建议做好围堰防渗并加强基坑防、排水措施。

3.2 均质土坝段主要工程地质问题及评价

均质土坝段布置在右岸，长度94.5m，主要涉及的地层有第四系中更新统离石组，下更新统午城组和白垩系下统泾川组基岩，该坝段主要存在如下工程地质问题。

3.2.1 右坝肩岸坡稳定问题

右岸为黄土覆盖，地形呈阶梯状，总体坡度15°～20°，局部陡立。根据地质测绘，高程975m以下为第四系下更新统午城组地层，岩性以棕红色重粉质壤土为主，垂直节理发育，局部发育柱状节理；高程975m以上为第四系中更新统离石组黄土。岸坡现状整体稳定，水库蓄水后，右坝肩及近坝区存在塌岸问题，建议进行护坡处理。

3.2.2 渗漏问题

3.2.3 不均匀沉降问题

均质土坝段与混凝土坝段接触部位基岩地基与黄土地基的压缩性差异较大，坝体易在接触部位形成拉裂缝，建议采取一定的工程处理措施。

3.2.4 渗透稳定问题

4 结语

（1）坝址河谷两岸呈不对称的“U”型谷，左坝肩990m以下基岩出露，岸坡较陡，坡度为50°～70°；右坝肩全部为黄土覆盖，整体坡度10°～20°。河谷覆盖层为第四系全新统冲积层，厚度4.6～8.3m。

（2）混凝土闸坝段主要布置在左岸及主河槽部位，河床覆盖层厚4.6～8.3m，建议清除覆盖层，使闸坝基础坐落到基岩上。基岩上部岩体风化较强，属Ⅴ类岩体，不适宜作为闸坝基础，弱风化岩体为Ⅳ类岩体，采取必要的处理措施后，基础可置于该类岩体上。

闸坝段岩层产状平缓，存在3层性状较差的黄色砂岩且发育近垂直和平行于河床的两组高陡倾角裂隙，坝基存在沿砂岩或砂岩与泥灰岩、泥质灰岩接触面滑动的可能。

闸坝段左坝肩为岩质边坡，现状整体稳定，蓄水后，边坡稳定基本不受影响。但该段存在库水沿透水性较强岩体向下游渗漏的问题，建议采取工程防渗措施。

（3）均质土坝段布置在右岸，右岸为黄土岸坡，水库蓄水后，右坝肩及近坝区存在黄土塌岸、渗透破坏及不均匀沉降等问题，建议采取相应的工程处理措施。

该坝段存在库水沿Q4al+pl，Q1w底部砂砾石层及K1j透水性较强岩体的渗漏问题，其中Q1w底部砂砾石层的透水性偏弱，且上游250m范围的河床及右岸均为厚度大于2m的黄土覆盖，因此该坝段可只考虑Q4al+pl覆盖段的防渗，从安全角度考虑，建议在坝下游布置地下水观测孔以观测水库蓄水后坝后的水位变化。