某水利枢纽坝基工程地质条件分析与探讨

曾令涛

广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司 ,广西 南宁 530023

[摘要]浅谈某水利枢纽各坝段坝基工程地质条件，分析各坝段存在的主要工程地质问题，提出建基面选择、开挖边坡处理及防渗建议。

[关键词]水利枢纽；坝基； 工程地质条件；边坡稳定；建基面；防渗

1．前言

某水利枢纽是以防洪为主，兼顾发电、航运等综合效益的大型水利工程，大坝最大坝高75m。主坝坝顶长485.8m，坝顶高程190.5m，最大坝高75m（溢流坝段），坝轴线方位角N13°31′58″E。大坝主要分为左岸非溢流坝段、厂房进水口坝段、溢流坝段、船闸坝段和右岸非溢流坝段。

2．各坝段工程地质条件

2.1 左岸非溢流坝段

左岸非溢流坝段位于低山丘陵区，地形起伏大，左侧为山脊、右侧为冲沟，地面高程158～210m。该段覆盖层为残坡积（Q₄^edl）（含碎石）粘土，层厚0.5～2.9m，左侧边坡最厚4m。基岩主要为震旦系中统南沱组第一层（Z₂n¹），左端为第二层（Z₂n²），一般缺失全风化带，左侧边坡最厚10.3m；强风化带厚6.8～33.1m，其中上带层厚一般1～15.5m，向左岸山坡逐渐变厚，下带层厚一般6.8～17.6m；弱风化带厚5.5～13.2m。

坝基左侧下游侧发育f₂、f₃两条小断层，产状为N30～40°E，NW∠48～75°，断层带宽0.1～20cm，泥质、岩屑、岩块充填，规模较小，对坝基影响不大。主要发育三组节理：①N10～40°E，NW∠63～86°，起伏粗糙，宽0～5mm；②N50～80°W，NE∠25～35°，起伏粗糙，宽0～5mm；③N35～65°W，NE∠50～80°，起伏（部分平直）粗糙，宽0～1mm。

地下水位埋深一般12.8～30.8m，坝段开挖高程121.5～190.5m，开挖边坡较高，最高达39.2m。高边坡主要倾向右岸，岩质开挖边坡与结构面组合关系详见图2.1-1。

图2.1-1 左侧边坡

由图2.1-1可看出，各种结构面组合对边坡稳定影响不大，边坡稳定，但由于全强风化带厚度较大，强风化岩体及弱风化岩体上部节理裂隙发育，岩体破碎，边坡稳定性较差。对于局部发育顺坡向、规模较大结构面的部位，其开挖边坡坡角应小于结构面倾角，否则应加强支护。

建基面位于强风化岩体下带～微风化岩体上部，其中强风化下带岩体较破碎，坝基岩体工程地质分类为Ⅴ类，建基面置于强风化下带基岩上的坝高小于30m，而坝高大于30m部分的建基面已全部进入弱、微风化基岩，岩体较完整，坝基岩体工程地质分类分别为C_Ⅵ和B_Ⅲ类。该坝段基本沿冲沟布置，深层抗滑稳定条件较好。建基面以下为中等～弱透水，建议防渗处理深度至相对隔水层（≤3Lu）以下5～10m，由于沿左坝肩方向大体平行山坡走向，因此建议防渗帷幕线往北东方向偏移，使其走向与山脊走向基本一致，以减少帷幕工作量。

2.2 厂房进水口坝段

厂房进水口坝段位于河床左侧和岸坡，地面高程132～160.9m，河床覆盖层为近代河流冲洪积层（Q₄^apl-2）漂卵砾石，层厚0～2.5m，河床局部基岩出露；岸坡一侧为第四系冲洪积（Q₄^apl-1）砂土、粘土砂质，层厚一般0～1.5m，下游侧最厚可达10m，局部为公路弃土，厚度可达7m。基岩为震旦系中统南沱组第一层（Z₂n¹），弱风化带厚4.2～11.8m。

坝段开挖高程115.5～121.5m，建基面位于微风化岩体上部，岩体较完整，坝基岩体工程地质分类为B_Ⅲ类，右端局部沿节理裂隙带存在小的弱风化深槽，该坝段岩体中倾向下游的缓倾角结构面一般发育，倾角一般10～30°，延伸短，起伏粗糙，连通性较差。岩体结构面一般为岩屑夹泥型，部分为无充填型。

建基面以下多为弱~微等透水岩体，建议防渗处理深度进入相对隔水层（≤3Lu）以下5～10m。

2.2 溢流坝段

溢流坝段位于河床上，地形起伏不大，地面高程132～138m。

覆盖层为近代河流冲洪积层（Q₄^apl-2）漂卵砾石，层厚一般小于1m，局部较厚，可达3.2m，局部基岩出露。基岩为震旦系中统南沱组第一层（Z₂n¹）含砾泥质粉砂岩、含砾泥质砂岩，一般缺失强风层，弱风化带岩体厚度1.3～10m，左侧深右侧浅。坝段内未见大的断层发育，主要发育五组劈理、节理，多以陡倾角为主，①劈理，N14～53°E，NW∠61～90°，一般较平直，粗糙，延伸长度一般5～20m，最长可达36m以上；②N33～66°W，NE∠35～78°，平直，粗糙，延伸长度4～17m；③N18～39°E，SE∠35～80°，一般较平直，粗糙，延伸长度一般4～15m；④N49～90°W，SW∠33～84°，一般较平直，粗糙，延伸长度一般5～18m，最长可达22m。主要发育的缓倾角结构面为⑤N17～70°W，NE∠12～30°，一般平直（部分起伏），粗糙，延伸长度4～9m；其它缓倾角结构面不甚发育，倾角为19～26°，均只发育1～2条，多为平直，粗糙，延伸长度1.6～6.5m，最长一条为15m。坝段开挖高程115.5m，建基面位于微风化岩体上部，软弱夹层不发育，岩体较完整～完整，坝基岩体工程地质分类为B

_Ⅲ类，该坝段岩体中倾向下游的缓倾角结构面一般发育，倾角一般10～30°，延伸短，起伏粗糙，连通性较差。岩体结构面一般为岩屑夹泥型，部分为无充填型。建基面以下多为弱透水岩体，左侧局部属中等透水，建议防渗处理深度进入相对隔水层（≤3Lu）以下5～10m。

2.3船闸坝段

船闸坝段位于河床右侧，地面高程134.7～135m，河床覆盖层为近代河流冲洪积层（Q₄^apl-2）漂卵砾石，层厚0～1.8m，河床局部基岩出露；岸坡一侧为第四系冲洪积（Q₄^apl-1）砂质粘土，层厚0～4.3m，局部为公路弃土。基岩为震旦系中统南沱组第一层（Z₂n¹），下游端为第二层（Z₂n²），缺失全风化及强风化带，弱风化带厚度为2.6～3.7m。

坝段开挖高程115.5m，建基面位于微风化岩体上，岩体较完整～完整，坝基岩体工程地质分类为B_Ⅲ类，该坝段岩体中倾向下游的缓倾角结构面一般发育，倾角一般10～30°，延伸短，起伏粗糙，连通性较差。岩体结构面一般为岩屑夹泥型，部分为无充填型。

建基面以下多为弱透水岩体，建议防渗处理深度进入相对隔水层（≤3Lu）以下5～10m。

2.4右岸非溢流坝段

右岸非溢流坝段位于低山丘陵区，地形起伏大，基本沿小冲沟上游布置，地面高程139～200m。

乡村公路往河床岸坡一侧为第四系冲洪积（Q₄^apl-1）砂质粘土，层厚0～5m；乡村公路往河床岸坡一侧为第四系冲洪积（Q₄^apl-1）砂质粘土，层厚0～2.5m，局部为公路弃土；乡村公路往山坡一侧覆盖层为残坡积层（Q₄^edl）含碎石粘土，层厚0～3m。基岩为震旦系中统南沱组第一层（Z₂n¹），全风化带厚0～3.5m，强风化带厚1.4～16m，其中上带层厚一般2～12.5m，下带层厚一般1.5～12m；弱风化带厚1.8～10.1m。

该坝段及附近发育倾向上游偏左岸的4条小断层（f₄～f₇），产状为N20～60°E，NW∠47～80°，宽0.2～30cm，起伏粗糙（部分光滑），泥质、岩块、岩屑充填；此外还发育一条倾向下游的泥化夹层NJ1，产状为N5°E，SE∠34°，面起伏弯曲、粗糙，黄褐色泥质、岩块、岩屑充填，宽2～20cm，平硐内延伸长度约17m，其与f₅、f₆形成不利组合，对坝基抗滑稳定不利，需进行安全复核，建议值可参照表3.4.3-22选取，必要时应采取措施进行处理。

主要发育四组劈理、节理：①劈理，N25～52°E，NW∠60～80°，起伏（部分平直）粗糙，宽一般0～5mm；②N5～30°E，SE∠25～50°，起伏粗糙，宽0～5cm；③N40～80°W，SW∠48～89°，平直（部分起伏）粗糙，宽0～5mm；④N16～30°W，NE∠20～64°，起伏粗糙，宽0～1cm。

地下水位埋深3.7～29.8m，坝段开挖高程115.5～190.5m，开挖边坡较高，最高达50.7m。高边坡主要为倾向左岸部分，岩质开挖边坡与节理组合关系详见图2.3-1。

图2.3-1 右侧边坡（倾向左岸）

由图3.4.5-3可以看出劈理①和②、④、节理在倾向左岸的边坡构成不利组合，且全强风化带厚度较大，强风化岩体及弱风化岩体上部节理裂隙发育，岩体破碎，边坡稳定性较差，因此，这部分边坡稳定性差，需加强支护。

建基面位于微风化岩体上部～强风化岩体下带，其中强风化岩体下带较破碎，坝基岩体工程地质分类为Ⅴ类，建基面置于强风化基岩下带上的坝高小于20m，而坝高大于20m部分的建基面已全部进入弱、微风化基岩，岩体较完整，坝基岩体工程地质分类分别为C_Ⅵ和B_Ⅲ类。

该坝段坝后为冲沟，坝趾山体较单薄，深层抗滑稳定条件相对较差，NJ1和与f₅、f₆形成不利组合，对坝基抗滑稳定不利，需进行安全复核，必要时应采取措施进行处理。

建基面以下为中等～弱透水，建议防渗处理深度至相对隔水层（≤3Lu）以下5～10m。

3. 结语

坝基岩性为含砾泥质粉砂岩、含砾泥质砂岩及少量含砾粉砂质泥岩，岩体较完整，为中硬岩，河床部位利用微新岩体、两岸选择弱风化岩体作为坝基可基本满足要求，坝基岩体类别以B_Ⅲ、C_Ⅳ类为主。建基面以下岩体多为弱～微透水，若以岩体透水性小于3Lu为相对隔水层，防渗帷幕深度一般为3～15m。

厂房坝段与右岸非溢流坝段存在结构面组合对坝基抗滑稳定不利，需进行安全复核，必要时应采取措施进行处理。

大坝右岸边坡及右岸上游侧边坡稳定性较差，均应加强支护，必要时应采用锚索等措施进行支护。

下坝址重力坝两个方案中，船闸下游侧均存在高边坡问题，应加强支护。

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