新疆某水库坝址比选工程地质条件分析

张跃军，王 潘，尚 柯

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州450003）

1 工程概况

新疆某水库位于伊宁市北部的匹里青河出山口水文站上游约1.0km处，水库是国投伊犁热电厂工程的主要配套工程，目的是满足伊犁热电厂供水，兼顾灌溉、防洪、发电。

该水库设计坝顶高程约964m，坝高约82m，正常蓄水位961m，相应正常蓄水位以下库容约2885万m3，水库总库容4593万m3，装机容量4MW，主要建筑物由大坝、溢洪道、导流洞、引水发电洞和发电厂房组成，为中型水利枢纽工程。

比选的下坝址位于匹里青河出山口水文站上游约1km处，上坝址距下坝址约500m，位于出山口水文站上游约1.5km处。

2 区域地质概况及地震动参数

工程区位于天山地震带西段， 为新疆地震活动较强的区域之一，具有地震活动。

频度与强度均较高的特点， 工程区附近中强地震主要与近东西向活动性断裂相关， 且震中多位于断裂交汇部位的应力集中区。 工程区处于博罗霍洛山南坡断裂、 伊宁隐伏断裂、 麻扎断裂三条断裂之间， 其中活动性断裂博罗霍洛山南坡断裂从库尾经过，距坝址约8.5km，属近场区断裂，活动性断裂伊宁隐伏断裂距工程区约30km，属远场区断裂。

根据历史地震记载， 近场区历史和近代曾发生过5次M≥4.7级地震，场地周围地区无M≥3.0级地震记录，说明场地周围微、小地震活动相对较弱。 根据1∶400万GB18306—2015《中国地震动参数区划图》，科克塔斯水库工程场区50年超越概率为10%时的地震动峰值加速度为0.15g， 地震动反应谱特征周期为0.4s，相应的地震基本烈度为VII度。

3 上坝址基本地质条件及主要工程地质问题

3.1 上坝址区基本地质条件

3.1.1 地形地貌

上坝址位于匹里青河出山口水文站上游约1.5km， 坝址区河流流向自北北东向转向近南北向，坝址上游河谷较宽，至坝轴线上游100m处河谷变窄，呈喇叭状。上坝址河谷断面呈“V”型，两岸岸坡陡峻，山顶平缓，两岸地形坡度一般为35°～40°，靠近河流两岸山顶的最大高程约1078m，河谷谷底最低高程为895m，谷岭相对高差大于100m。 河谷底宽一般约20～40m。

3.1.2 地层岩性

坝址区出露地层为中石炭奥依曼布拉克组（C2o2）中段火山岩和第四系松散堆积层（Q）。

（1）中石炭奥依曼布拉克组（C2o2）中段火山岩：出露的岩性主要为火山角砾岩、 火山凝灰岩和安山质凝灰岩。火山角砾岩呈厚层、水平状，致密坚硬，在地形上常形成近直立的陡坎。火山凝灰岩呈中厚层、水平状，凝灰质结构，易风化呈薄层状。 安山质凝灰岩呈整体块状，具有气孔构造，局部有杏仁状构造，较坚硬，岩体表层水平状节理发育，该层为坝址区主要出露岩性。

（2）第四系松散堆积层（Q）：坝址区出露的第四系松散堆积层主要为风积黄土层、 冲积层及崩坡积物，厚度不均。

3.1.3 地质构造

上坝址出露断层共6条，其中与工程相关的断层为f1，f2，f3，如表1。

上坝址节理主要发育四组节理第①组：300°～330°/SW （部分NE）∠65°～89°； 第②组：20°～55°/ SE（少数NW）∠44°～89°；第③组：70°～80°/SE（部分NW）∠52°～87°；第④组：350°～360°/ NE（部分SW）∠54°～89°。 其中以第①组最为发育，第②组次之，第③组、第④组不太发育。 在坝轴线下游侧两岸安山质凝灰中，水平节理较发育，节理密度为6～8条/m，出露高程一般在950m以下。

表1 上坝址出露主要断层特征

3.1.4 水文地质条件

上坝址地下水类型为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类。 松散岩类孔隙水主要赋存于河床砂卵石层中和河谷两岸崩坡积层中， 主要接受大气降水补给，水位随季节性变化，与地表水呈互补关系。 基岩裂隙水主要分布于岩体裂隙中， 主要受大气降水的补给，以地下径流的形式向河谷排泄，由于岩体中节理裂隙的不均一性， 基岩裂隙水常呈脉状或层状分布，很难形成统一的地下水位。 根据水质分析成果，环境水对混凝土无腐蚀性。

3.1.5 地质物理现象

上坝址两岸各发育一处较大崩坡积物。 崩积物主要来自山体上部的火山角砾岩， 崩塌岩块粒径一般0.3～1m，最大20m左右，崩塌体由较大的块石、碎石及土组成，局部有架空现象，现处于稳定状态。 崩塌体沿河谷呈条带状分布， 分布高程一般897～920m，左岸崩坡积塌物长约260m，崩坡积层厚度约5～15m，体积约5.98万m3； 右岸崩塌体长约300m， 厚度约5～15m，体积约6.9万m3，两处总方量约12.88万m3。

3.2 上坝址区存在主要工程地质问题

3.2.1 坝肩稳定

上坝址第③组节理走向和坝基开挖边坡走向（98°）小角度斜交，易形成边坡后缘切割面，形成不稳定体，可能产生边坡变形滑塌破坏，对两坝肩开挖边坡的稳定性产生不良影响。 左坝肩受断层f2，f3影响，构成了左坝肩岩体一面临空，两面受构造面切割的锲形体如图1，可能存在坝肩稳定性问题。 左坝肩下游侧安山质凝灰岩水平节理发育， 可能构成滑动失稳的滑移面，而断层f2，f3，f4在其上、下游和左侧三面形成切割面， 坝下游侧发育的1#冲沟形成了左坝肩下游侧岩体临空面， 左坝肩下游侧岩体可能存在抗滑稳定性问题。

图1 上坝址坝轴线位置左坝肩不稳定锲形体示意图

3.2.2 坝基及绕坝渗漏

上坝址坝基岩体为安山质凝灰岩，新鲜的安山质凝灰岩是微透水或不透水的，由于风化、卸荷作用及断层、节理裂隙的存在，给坝基、坝肩岩体渗漏提供了条件。 特别是断层f2，在河床与坝轴线斜交，断层带及影响带岩体破碎，透水性较大，成为坝基渗漏的良好通道。断层f3为顺河向断层，在左坝肩与坝轴线大角度相交， 沿f3断层可能发生绕坝渗漏问题。

4 下坝址基本地质条件及主要工程地质问题

4.1 下坝址区基本地质条件

4.1.1 地形地貌

下坝址位于匹里青河出山口水文站上游约1.0km，坝址处河谷狭窄呈“V”型谷，河岸陡峻，山顶平缓，岸坡一般为35°～40°，局部岸坡陡立近直立，近河岸左岸山体最大高程约1078m，右岸山体最大高程约1007m， 河床高程891～894m， 谷岭相对高差大于100m左右，河谷底宽一般约45～120m。

4.1.2 地层岩性

下坝址出露地层为中石炭奥依曼布拉克组（C2o2）中段火山岩和第四系松散堆积层（Q）。

（1）中石炭奥依曼布拉克组（C2o2）中段火山岩：出露的岩性主要为火山角砾岩、 火山凝灰岩和玄武岩和安山质凝灰岩，其中火山角砾岩、火山凝灰岩及安山质凝灰岩的岩体结构和岩层产状与上坝址一基本致， 玄武岩表面分布褐色赤铁矿斑点， 呈整体块状，具有气孔构造，局部有杏仁状构造，致密坚硬，性脆，表层风化卸荷发育，主要分布在河岸中下部和河床，出露高程一般在970m以下。

（2）第四系松散堆积层（Q）：坝址区出露的第四系松散堆积层主要为风积黄土层、 冲洪积层及崩坡积物，厚度不均。

4.1.3 地质构造

下坝址出露的断层有5条，其中f7，f8，f9断层（表2）位于坝轴线附近，对工程具有一定影响。

表2 下坝址区出露主要断层特征

下坝址主要发育四组节理， 第①组：300°～330°/SW（部分NE）∠65°～89°；第②组：20°～55°/ SE（少数NW）∠44°～89°；第③组：70°～80°/SE（部分NW）∠52°～87°；第④组：350°～360°/ NE（部分SW）∠54°～89°。其中以第①组最为发育，第②组次之，第③组、第④组不太发育。 节理倾角以50°～90°的中等倾角～高等倾角最为发育。

4.1.4 物理地质现象

下坝址物理地质现象主要为泥石流。 下坝址2#、4#冲沟沟口发育较大规模泥石流堆积物， 在沟口呈扇形堆积， 堆积物为碎石土，2#冲沟泥石流堆积物面积约6240m2，方量约3.1万m3；4#冲沟泥石流堆积物面积约2550m2，方量约1.4万m3，为中型规模泥石流。

4.2 下坝址主要工程地质问题

4.2.1 坝肩稳定问题

下坝址河谷狭窄（V型谷），岸坡较陡，基岩为玄武岩，呈整体块状，稳定性较好，但下坝址发育的第①、第④组节理走向和坝基开挖边坡走向（278°）小角度斜交，易形成边坡后缘切割面，形成不稳定体，局部可能产生边坡变形滑塌破坏，对坝基开挖边坡的稳定性产生不良影响，而且下坝址构造交汇部位（如右坝肩节理L3，L4交汇部位地形上形成垭口），岩体更加破碎，开挖时易产生边坡失稳坍塌。

4.2.2 坝基及绕坝渗漏问题

影响下坝址坝基渗漏的主要因素为地形条件和地质构造。

下坝址左岸坝肩山体宽厚，未发现大的渗漏通道；在正常蓄水位961m，右坝肩较窄处宽约80～100m，山体相对单薄，且发育有L3，L4节理，存在绕坝渗漏可能。

下坝址发育的断层对坝基渗漏影响甚微。下坝址构造节理裂隙较发育，其中对坝基渗漏起控制作用的为第④组节理，其走向与河流向（8°）小角度斜交，延伸数米～数十米，连通性好，有可能相互沟通形成渗漏通道。

5 坝址比选

根据上、下坝址区的基本工程地质条件和存在的工程地质问题，对两坝址进行比选如表3。

从表3可见，上坝址存在坝基岩体抗风化、变形能力相对较差、第四系松散堆积物处理方量大、构造发育、地形上不利于建筑物布置等问题；下坝址除正常蓄水条件比上坝址坝线稍长外，其坝基岩体、物理地质现象和构造发育程度、 建筑物布置明显好于上坝址。 综上所述，从工程地质条件比较，下坝址明显优于上坝址。

6 结语

本文从地质角度对上、下坝址进行了比选，得出了下坝址在地质条件上优于上坝址的比选结论，为设计方案的坝址比选提供了地质依据。 而在比选过程中采取方法和思路对同类工程的坝址比选具有一定借鉴作用。

表3 坝址比选