纳庆水库坝址区工程地质条件分析论证

2018-11-14熊伟，韩敏,杨兰

水利规划与设计 2018年10期

熊伟，韩敏,杨兰

(1.贵州海禹胜天工程咨询有限公司，贵州贵阳 550002；2.贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳 550002；3.西安理工大学，陕西西安 710048)

纳庆水库位于贵州省罗甸县共新村附近，距罗甸县城约58km。坝址集水面积22.8km2，正常蓄水位560.0m，最大坝高39.0m，相应库容137×104m3。工程主要任务是解决城镇和农村安全饮水及农业灌溉。通过纳庆水库地质勘察工作，对建基面选择、边坡稳定性、坝基防渗等进行了全面分析和反复论证，提出了较优的坝址和坝型，确保设计方案与工程实际具有良好匹配性能[1- 2]。

1 区域地质概况

纳庆水库位于云贵高原南缘向桂西北山区与丘陵过渡的斜坡地带，总体地势北高南低、东西高中部低，呈阶梯式下降。高程一般在400～1200m之间，最高点位于西北部山头，山顶高程1249.0m，最低点为南部红水河河床，海拔高程为270.0m，相对高差979.0m。地表切割深度多为100～300m，地质构造对地貌发育具有较强的控制作用，自然坡度一般为30°～45°。局部河谷、沟谷两岸较陡，植被发育，沿断裂带地表切割较强烈，属以侵蚀、溶蚀峰丛山地为主的中低山地貌。测区出露地层主要为泥盆系中上统(D2-3)、石炭系中上统(C2-3)、二叠系(P)、三叠系中下统(T1-2)等。地层岩性主要为灰岩、泥质灰岩、泥岩、泥灰岩、煤层、钙质泥岩、钙质砂岩等。水库位于贵定南北向构造变形区，其主要构造行迹形成于燕山期，属桑郎弧形构造带及床井穹窿构造带。主要构造为一系列北西向平行排列的褶皱和逆冲断层及部分EW向构造。河流切割较深，总体呈SN向展布，水系呈树枝状分布。

2 水库坝址区工程地质条件分析论证

2.1 坝址选择

建坝河段位于然绕河中游，总长约1.0km。两岸山顶海拔均高于700.0m，边坡自然坡度20°～45°，两岸冲沟发育，为深切型河谷地貌。河床高程522.0～535.0m，平均纵比降13.26‰，整体平顺，无明显陡坎或深潭发育。河流整体为S34°E，左岸发育4条冲沟，右岸发育3条冲沟，为基本对称“V”字型河谷地貌。经现场勘察，初选两个坝址进行同精度勘察比较[3]，上坝址位于建坝河段起始端，下坝址位于建坝河段末端，如图1所示。

图1 水库上下坝址位置示意

纳庆水库上、下坝址相距约330m。地质成果综合对比分析表明：

(1)地形地貌。上坝址利于布置枢纽建筑物，优于下坝址。

(2)地层岩性。上、下坝址相当。

(3)地质构造。下坝址较上坝址复杂，上坝址优。

(4)岩溶与防渗。下坝址右岸ZK6钻孔揭露岩溶发育，地下水位低平，防渗帷幕总面积14387m2，其中f2断层上盘(左岸)帷幕总面积6395m2，单排孔布置，孔间距2m，f2下盘(右岸)帷幕总面积7992m2，双排孔布置，孔间距2m。由于岩溶发育的不确定性，导致防渗帷幕处理难度大、工程量大、帷幕效果差[4]。

(5)覆盖层及风化深度。上、下坝址相当，右岸刚性坝坝肩开挖将形成约50m高的土质边坡，自稳能力差，支护难度极大。

总之，下坝址工程地质条件复杂，防渗帷幕处理技术难度及工程量较大，建坝适宜性差。另外，刚性坝坝肩开挖后，会形成较高的土质边坡。因此，设计选定上坝址沥青心墙堆石坝方案。

2.2 选定坝址地质条件分析

2.2.1 地形地貌

上坝址位于建坝河段起始端，上游距三岔河1.0km，下游距纳共新村约1.3km，建坝河段长300m。河流总体流向S28°E，往上游大转弯，流向转向近EW，下游转至S6°E。左岸地形坡度30°～35°，右岸地形坡度25°～30°，河床高程528.4～531.6m，河床宽5.0～8.0m，河槽宽25.0～48.0m，两岸台地宽0.0～36.0m，台地高于河床1.0～3.0m。

2.2.2 地层岩性条件

地表地质测绘结合钻探揭露，坝址河床覆盖层厚3.0～5.0m，为砂卵砾石层。右岸坡脚河床边基岩零星裸露，上部岸坡覆盖层普遍分布，厚0.0～16.0m，表层为灰黑色粉质粘土，厚0.5～1.0m，下部为红黄色粉质粘土夹碎石；左岸坡均为第四系残坡积层覆盖，厚5.0～21.0m，表层为灰黑色粉质粘土，厚0.5～1.0m，下部为红黄色粉质粘土夹碎石。下伏地层岩性为三叠系中统版纳组第一段(T2b1)薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层泥质灰岩。左岸下部为三叠系下统大冶组第二段(T1dy2)灰、深灰色薄至中厚层泥质灰岩夹薄层粉砂质泥岩。出露地层岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等碎屑岩夹泥质灰岩，地表未发现明显溶洞、落水洞等，岩溶发育弱。

2.2.3 地质构造条件

坝址区位于新龙堡向斜北东翼，轴部距坝址河床440m。节理裂隙发育，主要发育4组，①N35～60°E/NW∠65°～70°，一般延伸长大于3.0m，切深1.0～5.0m，裂隙宽0.5～3.0mm，间距0.3～0.5m。裂面平直光滑，强风化带内裂隙充填泥质及植物根系，进入弱风化岩体后逐渐闭合；②N20°～30°W/NE∠80°～85°，延伸长度1.0～5.0m，切深1.0～3.0m，裂隙宽1.0～5.0mm，局部达1cm，间距0.5～1.0m，强风化岩体内裂隙充填泥质、岩屑，进入弱风化岩体后逐渐闭合；③N70°～80°W/NE∠60°～70°，延伸长度1.0～3.0m，切深0.5～2.0m，裂隙宽1.0～3.0mm，局部更宽，间距0.5～1.5m，强风化岩体内裂隙充填泥质、植物根系，进入弱风化岩体后逐渐闭合；④EW/N∠60°～65°，延伸长度1.0～3.0m，切深0.5～2.0m，裂隙宽1.0～3.0mm，间距1.0～2.0m，强风化岩体内裂隙充填泥质、植物根系，进入弱风化岩体后逐渐闭合。上述4组裂隙中，以第①组最为发育，第②、③较发育，第④组次之。

坝址区岩层呈单斜构造，岩层产状为N19°E/NW∠28°，倾向右岸略偏上游。

2.2.4 岩体风化带

在上坝址右岸及河床各布置1个钻孔，左岸布置两个钻孔。根据地表地质测绘结合压水试验成果分析表明[5]：表层强风化岩体节理裂隙发育，多呈张性，岩体完整性差，一般大于10Lu，属于中等透水性。弱风化带岩体节理裂隙较发育，透水率5～10Lu，属于弱透水性上带；微新岩体节理裂隙少量发育，一般小于3～5Lu，属于弱透水性中带。坝址两岸正常蓄水位以下覆盖层普遍分布，右岸坡脚基岩零星裸露。坝址区岩体风化分带见表1。

表1 坝址区岩体风化分带表

2.2.5 岩溶水文地质条件

坝址以上地表集雨面积约22.8km2，碳酸盐岩分布较广。库区主要为(T2b1)碎屑岩地层，左岸坡有三叠系下统大冶组第二段(T1d2)灰、深灰色薄至中厚层泥质灰岩、泥灰岩夹薄层粉砂质泥岩分布，有隐伏岩溶发育。溶蚀裂隙在岸坡亦有分布，总体发育较弱。库区中部出露岩性为粉砂岩、泥岩等碎屑岩夹少量薄层泥质灰岩、泥灰岩。地下水类型以基岩裂隙水为主，少量岩溶水，主要以分散方式补给库区河水。

2.3 建坝地质条件论证

(1)建基面选择

本工程最大坝高39.0m，属中坝。坝基为T2b1泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等。根据土石坝坝型特点，设计将心墙基础置于弱风化基岩上部，并作固结灌浆处理，两坝肩需逐渐提升至强风化中带[6]。上、下游堆体部分需将覆盖层全部清除，两岸则清除表层覆盖层和松散岩石块体即可。

(2)坝基抗压缩变形

坝基强风化岩体厚度5.0～7.0m，弱风化厚度9.0～11.0m。强风化岩体承载力加权平均值为fak=0.35～0.40MPa，弱风化岩体为fak=1.2～1.5MPa，能满足堆石坝坝基承载力要求。

(3)边坡稳定性评价

坝址区自然边坡25°～35°，左岸覆盖层普遍分布，厚5.0～21.0m；右岸覆盖层厚0.0～16.0m。河床边有零星基岩裸露，地层岩性为T2b1泥质粉砂岩、粉砂质泥岩倾向右岸偏上游，自然边坡稳定[7]。

坝基开挖后，坝顶高程以上将会形成最大约50.0m高的人工永久土质边坡，遇水易局部垮塌变形引发大规模垮塌，需按照合理坡比进行分级开挖，且进行挂网喷锚支护及排水处理。覆盖层设计开挖边坡比为1∶1.0～1∶1.25，强风化基岩为1∶0.75～1∶1.0。

(4)坝基防渗处理

坝址区出露地层岩性为三叠系中统版纳组第二段(T2b1)青灰，灰绿色薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，为相对隔水层。左岸地表以下40～60m为三叠系下统大冶组第二段(T1dy2)泥质灰岩夹泥岩，为中等透水岩体，拟采用悬挂帷幕方式防渗，河床及右岸接相对隔水层[8，9]，即：左岸防渗帷幕端点接水库正常蓄水位与地下水位交点深入10.0m，帷幕下限以进入地下水位10.0～15.0m为宜；河床段及右岸防渗下限以进入岩体透水率小于3Lu以下10m，导流洞位置下限深入至隧洞底板以下10m。为方便施工，右岸防渗帷幕下限全部下移[10]。帷幕线总长352.9m，帷幕总面积12956m2，单排孔，孔间距2m，地表造孔灌浆。

(5)抗冲刷评价

沥青心墙堆石坝通过岸坡式溢洪道泄洪，溢洪道出口设有消能设施。由于下游基岩以碎屑岩为主，抗冲刷能力弱。强风化岩体抗冲刷系数取K=1.6～1.8，为防止水库泄洪对岸坡冲刷引发滑坡、垮塌等地质灾害，需对岸坡进行防防冲刷处理。