武宣高达水库坝址地质条件与坝型选择分析

解 缙

（中源勘测设计研究有限公司，陕西 西安 710000）

高达水库位于广西来宾市武宣县东乡镇东北约12.0 km 的高达村。为了科学确定水库大坝坝型，对水库坝址处地质条件进行分析。

1 概况

武宣县地势东、西高，中部较低，境内中部及西部为岩溶地貌，地质复杂。规划建设的高达水库是以供水为主兼顾灌溉效益的综合利用工程，由拦河坝、泄水建筑物、输水系统等建筑物组成。水库正常蓄水位276.0 m，总库容1 090 万m3[1]，工程等别为Ⅲ等，水库工程规模为中型水库。

2 坝址区工程地质条件分析

2.1 地形地貌

坝址位于高达村下游约250 m 的河段上，坝轴线总体呈东西向，整个坝址长约623 m（按坝顶高程278.50 m 计）。坝址两岸不对称，左岸244.0 m 高程以下地形较陡，自然坡度约75°，以上至坡顶自然坡度约26°，往东地势较为开阔平缓，渐变过渡成一略为凹陷的天然洼地；右岸地形自然坡度18°～20°，往西岸坡地势逐渐抬升。河谷呈宽阔的不对称“U”形[2]。左岸255.0 m 高程以下岸坡可见岩石出露，以上为洪坡积层和残坡积土层覆盖，右岸从河道往西分别为洪坡积层和坡残积层所覆盖。坝区两岸植被覆盖一般，以杂草为主，有少量灌木，为典型的侵蚀型山区河谷地貌。

2.2 地层岩性及岩土体风化特征

2.2.1 地层岩性

坝区内出露的地层有泥盆系下统的莲花山组、那高岭组和中统的郁江组以及第四系，地表多为第四系地层覆盖，各地层的岩性详见表1。

表1 坝址区地层简表

各种岩石的主要矿物成份，据岩石薄片鉴定如下：粉晶白云岩矿物组份为白云石95%～97%、方解石1%～2%、炭质2%～3%、石英小于1%，局部散布有少许的黄铁矿。

2.2.2 岩土体风化特征

坝址区出露基岩主要为D1n 粉砂质砂质泥岩、泥质粉砂岩等碎屑岩，为软岩—较软岩，位于覆盖层之下地层为郁江组D2y1和D2y2灰岩、白云岩，左岸岸坡地形较缓，分布冲洪积及残坡积覆盖层，右岸为残坡积覆盖层，物理地质现象主要表现为覆盖层及岩体风化。

为了解坝址区岩体风化卸荷特征，主要采用钻探、物探等勘察方法，沿坝轴线等共布置了14个钻孔，结合可研4个钻孔，勘探结果表明：低阻区含水量丰富，渗透性较大，一般达到中等至强透水性。坝肩基岩岩性为砂岩，凹陷梯度较大，推测可能有F1-5 断层裂隙存在。

2.3 岩土体物理力学性质

为了解洪坡积土及残坡积土层的力学强度及均匀性，在部分钻孔进行了重型圆锥动力触探试验。为查明坝址区岩土的物理力学性质，在坝址区取了岩土样并进行有关试验，成果统计详见表2。

表2 坝址区岩石物理力学试验成果统计

2.4 水文地质条件

坝区内地下水类型主要有基岩裂隙水、孔隙水和少量岩溶裂隙水[3]。按含水层类型分4层，即第四系松散地层的孔隙含水层、岩溶水含水层、构造破碎含水带和基岩裂隙含水层。钻孔注水试验结果显示，洪积层的漂石、卵石注水6 段，渗透系数平均值为4.89E-02 cm/s，为强透水性，详见表3。

表3 洪积层现场注水试验成果汇总

根据钻孔注水试验结果，结合勘探结果，综合分析认为，坝基的渗漏以第四系松散地层、岩溶裂隙、构造破碎含水带和基岩裂隙的渗漏为主。总体来看，坝址的水文地质条件较差。

3 坝型选择

3.1 塑性混凝土心墙土石坝方案

地形、地质条件显示，坝址有较厚覆盖层，不能作为面板土石坝面板趾墙的持力层，故不采用面板土石坝；通过黏土心墙、沥青混凝土心墙、塑性混凝土心墙进行比选，坝体防渗采用塑性混凝土。

大坝轴线与河道走向基本垂直，走向为东偏南3°。枢纽沿坝轴线从左到右布置依次为：左岸回车场长20.0 m，塑性混凝土心墙土石坝段长565 m；溢流道布置于土石坝右侧，长21 m；溢洪道右岸布置回车场，长14.0 m。供水放水塔结合导流隧洞布置，通过人行栈桥连接至库岸。坝顶总长620 m。

3.1.1 大坝

土石坝段长565 m，为塑性混凝土心墙土石坝，坝顶高程278.5 m，防浪墙顶高程279.5 m，坝顶宽6.1 m，最大坝高65.5 m。上游坡为1 级边坡，坡比1∶2.25，采用C20 混凝土预制六角块护坡；下游坡为3级边坡，坡比1∶2.0、1∶2.0、1∶2.25，马道宽度2.0 m，采用草坡护坡。坝壳填料为料场开挖石渣混合料、坝基开挖土石料，塑性混凝土心墙厚度0.8 m。

3.1.2 溢洪道

溢洪道位于大坝右坝端，桩号为坝0+565—0+586，为岸边正槽式溢洪道，开挖山体而成。平面上溢洪道中心线先与坝轴线垂直再转向下游河床，转角约32.740，转弯半径240 m。溢洪道由进水渠、控制段、泄槽和海漫组成，中心线水平长度401.5 m（不含海漫）。进水渠长40.5 m，为矩形断面，底宽17.0～20.35 m，渠底高程269.7 m；控制段包括溢流堰及两侧边墙，长度16.0 m，溢流前沿净宽17.0 m；溢流堰为驼峰堰，堰顶高程271.0 m，堰高1.3 m，设3 孔闸，每孔净宽5.0 m，中墩厚1.0 m，左、右侧边墩厚2.0 m，每孔设1 扇露顶式弧形钢闸门（B×H＝5.0 m×5.5 m）作为工作闸门，闸门顶高程276.5 m，启闭机（固定卷扬机）安装在启闭机排架上；闸后泄槽长292.80 m，底高程269.7～214.00 m，底宽17.0 m。泄槽末端设置消力池，消力池长50 m，深3.0 m，宽17～35 m，底板前半段厚3.4 m、后半段厚1.7 m，其后设置海漫，长86.8 m。

3.1.3 基础处理

大坝左岸及右岸溢洪道右侧的防渗采用塑性混凝土防渗墙与帷幕灌浆相结合的方式[4]，上部土质覆盖层采用C5 塑性混凝土防渗墙，厚0.8 m，墙体深度12～46.5 m不等；下部基岩采用防渗帷幕灌浆，孔距2.0 m，深度9.0～65 m 不等。右岸河槽至溢洪道段防渗采用帷幕灌浆。

3.2 混合坝方案

枢纽总体沿坝轴线（呈直线布置）从左到右布置，依次为：左岸回车场长20.0 m，塑性混凝土心墙土石坝段340 m；右岸非溢流重力坝段228 m，溢流重力坝段28 m；坝顶总长596 m。

左岸土石坝段为塑性混凝土心墙土石坝，坝顶高程280.5 m，坝顶宽6.0 m，最大坝高41.5 m，上游坡坡比1∶2.5，为C20 混凝土预制六角块护坡；下游坡坡比1∶2.0、1∶2.25，为干砌石护坡。坝壳填料为料场开挖石料及大坝开挖弃碴，塑性混凝土心墙厚0.8 m，墙体深度20～66.5 m 不等，下部基岩采用防渗帷幕灌浆，孔距2 m，深度9.0～65 m不等。

右岸非溢流重力坝段长228 m，最大坝高72.5 m。非溢流重力坝断面为梯形，坝顶宽6.0 m，上游面237.0 m高程以上为竖直面，以下为坡比1∶0.2斜面；下游面271.00 m 高程以上为竖直面，以下为坡比1∶0.8斜面。基底设C20混凝土垫层2.0 m。溢流重力坝段总长28 m，最大堰高59 m。重力坝段以垫层为压浆板并沿其顶面钻孔进行帷幕灌浆，1 排孔，孔距2 m，按封闭式帷幕设计，帷幕深入相对不透水层5 m（透水率＜5 Lu），底面高程207 m，同时对基础进行固结灌浆。

溢流堰为WES实用堰，堰顶高程271.0 m，布置3孔闸门，每孔净宽5.0 m，中墩厚2.0 m，边墩厚2.0 m，每孔设1 扇露顶式弧形钢闸门（B×H＝5.0 m×5.5 m）作为工作闸门，闸门顶高程276.5 m，采用门机启闭。堰上交通桥桥面高程280.5 m，宽4.5 m。堰面曲线为WES 型曲线，下游面斜坡坡比为1∶0.8。采用底流消能方式，消力池宽17～35 m、长60 m，末端设60 m海漫。

重力坝坝体为埋石混凝土，坝体采用C15 埋石混凝土浇筑，上游面防渗层厚0.5～0.7 m，混凝土标号为C30，内部混凝土标号为C15，溢流面板采用硅粉C40 钢筋混凝土。初定重力坝坝基固结灌浆孔距、排距均为3 m，灌浆深度5 m。在C15 混凝土垫层浇筑后钻孔进行帷幕灌浆，1 排孔，孔距2.0 m，按封闭式帷幕设计，帷幕底面高程252.3～160 m，以超过基岩相对抗水线（透水率＜5.0 Lu）以下5 m控制。

3.3 地形地质条件对工程布置的影响

坝址左岸255.0 m高程以上地势开阔平缓，为厚4～40 m 冲洪积层覆盖，覆盖层深厚，合适的坝型为土石坝；255 m高程以下至河床面为陡坡及30～40 m高的悬崖陡壁，主河床为砂卵石覆盖层，右岸岸坡18°～20°，含砾土覆盖层厚度不均匀，最大厚度10 m，可选用的坝型有重力坝、土石坝等。

由于地形条件，土石坝方案的泄洪问题突出，需布置溢洪道，同时布置输水建筑物等。混合坝方案泄洪及引水建筑物布置相对简单，可直接结合大坝布置。混合坝方案略优。

右岸重力坝方案如下：桩号0+280—0+596 段，坝基应坐落在完整基岩上，由于河床砂卵石覆盖层深厚，两岸上部岩石风化破碎强烈，节理裂隙较为发育，基础开挖深度10～25 m，河床中心处开挖底高程213～207 m，河槽左岸陡崖风化破碎岩石、右岸覆盖层开挖方量约16万m3，开挖量大且深度大。同时，存在原生（泥岩）软弱夹层分布，层面为深层滑动控制性结构面，与裂隙组合，对大坝深层抗滑稳定不利。

右岸土石坝方案如下：心墙土石坝可直接坐落于土石层，但需要布置溢洪道、施工导流隧洞、引水建筑物。

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高度15～41.5 m 的挡土坝来衔接土石坝，上下游长度约100 m，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。

综上所述，从地形地质条件及工程布置、建筑材料、工期、工程量及工程投资等方面看，全土石坝方案略优或优于混合坝方案；在征地移民、运行条件等方面，两种坝型方案无明显差异。因此，本工程推荐坝型为全土石坝方案。

3.4 防渗处理

对于土石坝的坝体及坝基上部第四系覆盖层，建议采用混凝土防渗墙进行防渗；对于基岩采取帷幕灌浆进行防渗，基岩防渗底界和端点均嵌深至微风化—新鲜岩体，并以岩体透水率≤5 Lu作为控制标准[5]，考虑渗透破坏影响，按0.5 倍坝高考虑，同时考虑对深部存在裂隙承压水位置（ZK18）进行防渗。对于F1、F1-1 和F1-2 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。

左坝肩为较雄厚的山体，设计正常蓄水位276.00 m 线下部分布厚层碎石土层、残坡积土，深部为弱风化岩。其中，碎石土及残坡积土层为中等透水性，深部弱风化岩为弱至微透水性，存在绕坝渗漏问题，须进行截渗处理。

右坝肩为较雄厚山体[6]，桩号0+560—0+700 段设计正常蓄水位276.00 m 线下分布厚层残坡积土、深厚强风化岩，下部为弱风化基岩；其中，强风化岩及残坡积土层厚度大，为中等透水性，深部弱风化岩为弱至微透水性，地下水水位埋深与地形基本一致。桩号 0+700—0+980 段受 F1-3、F1-4 和 F1-5 断裂及节理发育密集带影响，随着地形升高，地下水位埋深越大，地下水位标高从BZK25 号钻孔的272.29 m 至BZK27 号钻孔的261.9 m，低于设计正常蓄水位276.00 m，存在绕坝渗漏，须进行截渗处理。

4 结语

通过地质调查及测绘，结合钻孔勘探及相关试验，对水库坝址区地质条件及水库坝型选择进行了探讨，经综合比较，推荐坝型为沥青混凝土心墙土石坝。由于坝基中的碎石土及残坡积土的厚度在纵向和横向变化较大，坝基存在孔隙性渗漏、岩溶裂隙渗漏、构造影响带渗漏及节理裂隙渗漏四种方式，建议采用混凝土防渗墙进行防渗，对于基岩采取帷幕灌浆防渗，对坝基中灰岩及白云岩发育溶洞区域进行充填灌浆处理，对存在较大的空洞区域回灌碎石灌浆处理，确保大坝建设方案科学。