新疆吐鲁番某水库坝址区工程地质条件评价

郭军辉

（吐鲁番市水利水电勘测设计研究院,新疆 吐鲁番 838000）

1 工程概述

新疆吐鲁番某水库工程位于托克逊县伊拉湖乡西南侧。是乌斯通沟河上的控制性水利枢纽工程，工程具有防洪、工业供水和灌溉等综合功能。水库正常蓄水位905.00 m，坝顶高程909.5 m，最大坝高73.0 m。水库枢纽工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型水库。水工建筑物级别：大坝级别为2 级建筑物。溢洪洞、灌溉放水洞、导流兼放空冲砂洞等主要建筑物为3 级建筑物；次要建筑物为4 级建筑物；临时建筑物为5 级建筑物。

本工程大坝、导流泄洪冲沙放空隧洞、溢洪洞和灌溉引水隧洞等建筑物设计洪水标准为50 年一遇，校核洪水标准为1000 年一遇，消能防冲设计洪水标准为20 年一遇。建筑物设计使用年限为50 年。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

水库位于乌斯通沟河中低山峡谷区，库区河段为基本对称的“V”型河谷，河床宽度一般60 m～100 m，河流坡降陡，总体流向北东，河床砂卵石厚20 m～50 m，两岸山坡一般基岩裸露，零星分布有Ⅰ～Ⅴ级基座阶地。

2.2 地层岩性

第四系地层主要有：Ⅰ级阶地堆积的全新统冲洪积（Q4-2al+pl）砂卵砾石，厚度25 m～30 m；河床堆积的全新统冲洪积（Q4-1al+pl）含漂石砂卵砾石层厚30 m～50 m；两岸边坡下部堆积有较厚的崩坡积（Q4col+dl）碎块石夹碎石土，其厚度达10 m～30 m；左岸坝线下游侧冲沟口堆积有洪积（Q4pl）2 m～6 m厚的碎块石夹土，右岸坝线上游300 m泥石流沟内有2 m～4 m厚的泥石流（Q4df）碎石土。

坝区基岩岩性单一，为华力西晚期第二次侵入的红色花岗岩（γ42c）。

2.3 坝基岩（土）基本物理特征

①第四系：

坝基河床含漂石砂卵砾石层，颗粒粗大，最大直径大1 m左右，本工程河床坝基含漂石砂卵砾石层级配不良，结构相对较疏松，经物探声波测井，声波纵波波速Vp＜1500 m/s，经物探地震波测试，剪切波波速Vs＜500 m/s；1.5m以下天然干密度2.03 g/cm3，相对密度0.83，属密实状态，声波纵波波速值VP一般在2000 m/s～2400 m/s之间起伏，平均波速值VP平为2200 m/s，地震剪切波波速Vs＞500 m/s，多在1000 m/s～1100 m/s之间。其级配曲线见图1。

图1 坝基河床含漂石砂卵砾石层级配曲线

②基岩

坝基基岩均为华力西晚期第二次侵入的红色花岗岩（γ42c），具细粒结构，抗风化能力较强，力学强度较高，经室内物理力学试验，微风化岩石单轴饱和抗压强度达77.5 MPa，属坚硬岩类。

2.4 地质构造

坝区低序次小断层发育，坝址区共发现39 条断层，主要为NW向与NE向两组，其规模均较小，破碎带宽多在2 m以内，一般为0.1 m～0.5 m，其延伸长度一般少于200 m，倾角均较陡、大于50°，一般为压扭性或扭性，由断层角砾岩、糜棱岩、碎裂岩及断层泥充填，多胶结不良。其中规模相对较大、影响坝基渗漏与渗透稳定主要有F17、F18、F30、F37、及 F38五条断层：

坝址区节理裂隙发育，主要有顺坡向卸荷裂隙与横河向节理二组：①顺坡向卸荷裂隙，走向随地形坡向变化而变化、与两岸山坡近于平行，左、右岸均倾向坡外，倾角65 °～75 °（略陡于坡角），面平直，延伸长度一般大于20 m，切割深度一般大于10 m，频率2～3条/m；②横河向节理裂隙，产状 N 60 °～65 °E,NW 或 SE∠60 °～70 °，面平直，延伸长度一般大于10 m，频率3 条/m～5 条/m，两岸均较发育。山坡强风化带内岩体主要受上述两组节理裂隙相互切割呈镶嵌状结构。

2.5 水文地质条件

坝址区水文地质条件较简单，地下水类型为基岩裂隙水和第四系孔隙水。前者赋存于基岩裂隙中，沿裂隙运移，接受大气降水、融雪和上游河水补给，水量贫乏，埋藏深，坡降较平缓；后者主要赋存于河床砂卵砾石及Ⅰ级阶地砂卵砾石层中，接受上游河水和大气降水补给，水量较为丰富，坡降平缓，与河水联系密切，水位接近河水位。

坝址区河床含漂石砂卵砾石层厚30 m～50 m左右，右岸Ⅰ级阶地堆积的砂卵砾石厚度20 m～23 m。根据孔内注水试验，河床及Ⅰ级阶地上部（23 m～36 m深以上）为强透水层，渗透系数为（1.0 ～6.4）×10-2cm/s，下部为中等透水层，渗透系数为（2.8 ～9.3）×10-3cm/s；两岸山坡下部堆积较厚的崩坡积碎块石土为中等至强透水层，渗透系数一般为 2.7 ×10-3cm/s ～7.6 ×10-2cm/s，浅表部达到 2.9×10-1cm/s。

3 工程地质评价

3.1 坝基渗漏及渗透变形问题

（1）渗漏

坝址区河床含漂石砂卵砾石层厚30 m～50 m左右，右岸Ⅰ级阶地堆积的砂卵砾石厚度25 m～30 m。根据孔内注水试验，河床及Ⅰ级阶地上部（10 m～26 m深以上）为强透水层，渗透系数为（1.0～6.4）×10-2cm/s，下部为中等透水层，渗透系数为（2.8～9.3）×10-3cm/s；另外，两岸山坡下部堆积较厚的崩坡积碎块石土为中等至强透水层，渗透系数一般为2.7×10-3～7.6×10-2cm/s，浅表部达到 2.9×10-1cm/s。因此，坝基存在沿较厚的第四系松散堆积层的渗漏问题。

两岸基岩上部一般属弱透水层上带（5 Lu≤q＜10 Lu），相对不透水层（q＜5 Lu）埋深一般25 m～30 m；断层切割部位透水性较强，属中等透水层（10 Lu≤q＜100 Lu），相对不透水层（q＜5 Lu）埋深40 m～48 m。

两岸存沿断层带及浅部风化裂隙的渗漏问题。同时，两岸地下水位低平，仅略高于河水位，埋藏深，两岸防渗帷幕延伸长度需考虑与相对不透水层（q＜5 Lu）封闭，左、右两岸防渗延伸长度分别约为40 m和44 m。

（2）渗透变形

河床及右岸Ⅰ级阶地砂卵砾石层厚度较大、级配不良、透水性较强。经现场试验，河床浅部（0～1.5 m厚）的含漂石砂卵砾石层相对密度0.41，属中密状态，经物探声波测井，声波纵波波速Vp＜1500 m/s，经物探地震波测试，剪切波波速Vs＜500 m/s；3.5 m相对密度0.81，属密实状态，其经物探地震波测井，声波纵波波速Vp在2000 m/s～2150 m/s之间，地震剪切波波速Vs＞500 m/s，多在1000 m/s～1100 m/s之间。建议心墙基础置于1.5 m深以下呈密实状态的含漂石层内。

砂卵砾石层作为坝基持力层，在库水长期作用下，该层内或与坝体、基岩接触面可能产生机械管涌，需采取灌浆加固与反滤处理。

切割左岸坝基通向下游河床的F30 断层及切割右岸坝基通向下游河床的F17、F18 断层在整体上，断层破碎带均胶结不良，透水性较强，属中等透水带，断层破碎带内的P～Q曲线类型均为A（层流）或B（紊流）型，均说明未产生渗透破坏，但由于断层带结构复杂，胶结不良，在库水位的长期作用下，沿断层破碎带内的泥质软弱带有可能产生渗透破坏，在断层带部位需对坝基帷幕灌浆进行加强，并进行反滤处理。

4 结论

坝址区处于基本对称的“U”形河谷内，河床右覆盖层较厚，为中等透水至强透水，坝基防渗工程量较大，大坝河床心墙基础建议置于1.5 m深以下呈密实状态的含漂石层内；两岸地下水位低平，防渗帷幕可与相对不透水岩体封闭。

坝基抗滑稳定受河床砂卵砾石层内的抗剪强度所控制，本工程河床坝基下覆盖层较厚，不存在震动液化问题，但地震时，坝基两侧基岩与河床深厚覆盖层的实际地震烈度是不一致的，且地震在其地表的振动周期也是不一致的。所以在抗震设计时，应考虑到本工程河床坝基下深厚覆盖层的地震破坏效应问题。