淺析水利工程壩址選擇的工程地質(zhì)勘察

淺析水利工程壩址選擇的工程地質(zhì)勘察

　　1.引言

　　水工建筑物不同于其他建筑物，有其自身的特點。因水工建筑物的建成，而使廣大范圍內(nèi)的水文和水文地質(zhì)條件發(fā)生變化。這種變化就可能引起水庫岸坡再造、水庫滲漏、水庫淤積和壩下游河床沖刷等作用。因此，必須重視勘察、設(shè)計、施工全過程，否則，后果極其嚴重。在壩址選擇時除了考慮主體建筑物攔水壩的地質(zhì)條件外，還應研究包括溢洪、引水、電廠、航閘等建筑物的地質(zhì)條件，為規(guī)劃、設(shè)計和施工提供可靠依據(jù)。

　　2.壩址選取的工程地質(zhì)勘察

　　在自然界中，地質(zhì)條件完美的壩址很少，尤其是大型的水利樞紐，對地質(zhì)條件的要求很高，更不能完全滿足建筑物的要求。所謂“最優(yōu)方案”是比較而言的，最優(yōu)壩址在地質(zhì)上也會存在缺陷。所以在壩址選擇時，應當考慮不同方案，并采取改善不良地質(zhì)條件的處理措施。因此，地質(zhì)條件較差，預計處理困難，投資高昂的方案，應首先被否定。壩址選擇時，工程地質(zhì)論證的主要內(nèi)容包括區(qū)域穩(wěn)定性、地形地貌、巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和物理地質(zhì)作用以及建筑材料等，還要預計到可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題和處理這些問題的難易程度，工作量大小等，下面分別論述。

　　2.1 區(qū)域穩(wěn)定性

　　區(qū)域穩(wěn)定性問題的研究在水利水電建設(shè)中具有特別重要的意義。圍繞壩址或要開發(fā)的河段，對區(qū)域地殼穩(wěn)定性和區(qū)域場地穩(wěn)定性進行深入研究是一項戰(zhàn)略任務。特別是地震的影響直接關(guān)系著壩址和壩型的選擇，一般情況下，地震烈度由地震部門提供，但對于重大的水利樞紐工程要進行地震危險性分析和地震安全性評價。因此，對于大型水電工程，在可行性研究階段，應組織專門力量解決區(qū)域穩(wěn)定性評價。

　　2.2 地形地貌

　　地形地貌條件是確定壩型的主要依據(jù)之一，同時，它對工程布置和施工條件有制約作用。狹窄、完整的基巖“V”型谷適合修建拱壩，寬高比大于2的“U”型基巖河谷區(qū)宜修建混凝土重力壩或砌石壩。寬敞河谷地區(qū)巖石風化較深或有較厚的松散沉積層，一般適于修建土壩。不同地貌單元，其巖性、結(jié)構(gòu)有其自身的特點，如河谷開闊地段，其階地發(fā)育，二元結(jié)構(gòu)和多元結(jié)構(gòu)往往存在滲漏和滲透變形問題。古河道往往控制著滲漏途徑和滲漏量等。因此，在壩址比選時要充分考慮地形、地貌條件。

　　2.3 巖土性質(zhì)

　　巖土性質(zhì)對建筑物的穩(wěn)定來說十分重要，對壩址的比選具有決定性意義。因此，在壩址比選時，首先要考慮巖土性質(zhì)。修建高壩，特別是混凝土壩，應選擇堅硬、完整、新鮮均勻、透水性差而抗水性強的巖石作為壩址。我國已建和正在施工的70余座高壩中，有半數(shù)建于強度較高的巖漿巖地基上，其余的絕大多數(shù)建于片麻巖、石英巖和砂巖上，而建于可溶性碳酸鹽巖、強度低易變形的頁巖、千枚巖上的極少。通過結(jié)合工程實踐，根據(jù)不同成因類型巖土的建壩適宜性及其主要問題作簡要概述。

　　(1)侵入的塊狀結(jié)晶巖體，一般致密堅硬、均一、完整、強度大、抗水性強、滲透性弱，是修建高混凝土壩最理想的地基，其中尤以花崗巖類為最佳。這類巖石需注意它們與圍巖以及不同侵入期的邊緣接觸面，平緩的原生節(jié)理，風化殼和風化夾層的分布，選壩時避開這些不利因素。

　　(2)噴出巖類強度較高、抗水性強，也是較理想的壩基。我國東南沿海、華北和東北有不少大壩坐落在這類巖石上。噴出巖的噴發(fā)間斷面往往是弱面，存在風化夾層、夾泥層及松散的砂礫石層，還有凝灰?guī)r的泥化和軟化等，對壩基抗滑穩(wěn)定性的影響不可忽視。此外，玄武巖中的柱狀節(jié)理，透水性很強，在選壩時也須注意研究。例如：桑干河干流上的山西省冊田水庫大壩壩基為新生代的玄武巖，柱狀節(jié)理極發(fā)育，壩基及繞壩滲漏嚴重，影響著水庫效益。

　　(3)深變質(zhì)的片麻巖、變粒巖、混合巖、石英巖等，強度高、抗水性強、滲透性差，也是較理想的壩基。但是在這類巖體中選壩址，必須注意片理面的各向異性及軟弱夾層的存在，選壩時，應避開軟弱礦物富集的片巖(如云母片巖、石墨片巖、綠泥石片巖、滑石片巖)。在淺變質(zhì)巖的板巖、千枚巖區(qū)，應特別注意巖石的軟化和泥化問題。

　　(4)沉積巖中，以厚層的砂巖和碳酸鹽巖為較好的壩基。這類巖石壩基較巖漿巖、變質(zhì)巖的條件復雜。這是因為在厚層硬巖層中常夾有軟弱巖層，這些夾層力學強度低，抗水能力差，易構(gòu)成滑移控制面。碎屑巖類如礫巖、砂巖等，強度與膠結(jié)物類型有關(guān)，一些膠結(jié)物在水的作用下可能產(chǎn)生溶解、軟化、崩解、膨脹等。在構(gòu)造變動下往往發(fā)生層間錯動，經(jīng)過次生作用易于發(fā)生泥化。在壩址比選時必須十分注意這一問題。此外，碳酸鹽巖的巖溶洞穴和裂隙的發(fā)育，可能會產(chǎn)生嚴重的滲漏。

　　另外，在壩址比選中，河床松散覆蓋層具有重要意義。修建高混凝土壩，壩體必須座落在基巖之上，若河床覆蓋層過厚，就會增加壩基的開挖工程量，使施工條件復雜化。所以當其他條件大致相同時，應將壩址選擇在覆蓋層較薄的地段。有的河段因覆蓋層過厚，只得采用土石壩型。比選松散土體壩基的壩址時，須研究滲漏、滲透變形和振動液化等問題，而且應避開如淤泥類土等軟弱、易變形土層。

　　2.4 地質(zhì)構(gòu)造

　　地質(zhì)構(gòu)造在壩址選擇中同樣占有重要地位，對變形較為敏感的剛性壩來說更為重要。在地震強烈活動或活動性斷裂發(fā)育的地區(qū)，選壩時應盡量避開或遠離活斷層，而位于區(qū)域穩(wěn)定條件相對較好的地塊上。在選壩前的可行性研究時，應進行區(qū)域地質(zhì)研究，查明區(qū)域構(gòu)造格局，尤其要查明目前仍持續(xù)活動或可能活動斷裂的分布、類型、規(guī)模和錯動速率，并預測發(fā)生水庫誘發(fā)地震的可能及震級。國外有些水壩就因橫跨活斷層而壩體被錯開或致垮壩。地質(zhì)構(gòu)造也經(jīng)?？刂茐位渭鐜r體的穩(wěn)定。在層狀巖體分布地區(qū)，傾向上游或下游的緩傾巖層中存在層間錯動帶時，在后期次生作用下往往演化為泥化夾層，若有其他構(gòu)造結(jié)構(gòu)面切割的話，對壩基抗滑穩(wěn)定極為不利，在選壩時應特別注意。因為緩傾巖層的構(gòu)造變動一般較輕微，容易被忽視。陡傾甚至倒轉(zhuǎn)巖層，由于構(gòu)造形變強烈，巖石完整性受到強烈破壞，在選壩時更要特別注意查清壩基內(nèi)緩傾角的壓性斷裂。總之，要盡可能選擇巖體完整性較好的構(gòu)造部位作壩址，避開斷裂、裂隙強烈發(fā)育的地段。

　　2.5 水文地質(zhì)條件

　　在以滲漏問題為主的巖溶區(qū)和深厚河床覆蓋層上選壩時，水文地質(zhì)條件應作為主要考慮的因素。從防滲角度出發(fā)，巖溶區(qū)的壩址應盡量選在有隔水層的橫谷、且陡傾巖層傾向上游的河段上。同時還要考慮水庫有否嚴重的滲漏問題，庫區(qū)最好是強透水層底部有隔水巖層的縱谷，且兩岸的地下分水嶺較高。當巖溶區(qū)無隔水層可以利用的情況下，壩址應盡可能選在弱巖溶化地段。這就要求仔細分析研究巖層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造和地貌條件。

　　2.6 物理地質(zhì)作用

　　影響地址選擇的物理地質(zhì)作用較多，諸如巖石風化、巖溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但從一些水庫失事實例來看，滑坡對選擇壩址的影響較大。在河谷狹窄的河段上建壩可節(jié)省工程量和投資，所以選擇壩址時總希望找最窄的峽谷段。但是，峽谷地段往往存在岸坡穩(wěn)定問題，一定要慎重研究。如法國羅曼什河上游一壩址，地形上系狹窄河段，河谷左岸由花崗巖和三疊紀砂巖及石灰?guī)r構(gòu)成。右岸是里亞斯頁巖，表面上看來巖體較完整，后經(jīng)鉆探發(fā)現(xiàn)頁巖下面為古河床相的砂礫石層，表明了頁巖是古滑坡體物質(zhì)，滑坡作用將河槽向左岸推移了70m。因而只得放棄該壩址而另選新址。

　　2.7 天然建筑材料

　　天然建筑材料也是壩址選擇的一個重要因素。壩體施工常常需要當?shù)夭牧?，壩址附近是否有質(zhì)量合乎要求，儲量滿足建壩需要的建材，如砂石、黏土等，是壩址選擇應考慮的。天然建筑材料的種類、數(shù)量、質(zhì)量及開采條件及運輸條件對工程的質(zhì)量、投資影響很大，在選擇壩址時應進行勘察。

　　3.結(jié)語

　　從實踐表明，選擇壩址是水利水電建設(shè)中一項具有戰(zhàn)略意義的工作，它直接關(guān)系到水工建筑物的安全、經(jīng)濟和正常使用。工程地質(zhì)條件在選壩中占有極其重要的地位，選擇一個地質(zhì)條件優(yōu)良的壩址，并據(jù)此合理配置水利樞紐的各個建筑物，以便充分利用有利的地質(zhì)因素、避開或改造不利的地質(zhì)因素。