兰西水库坝址区工程地质条件分析与坝型比选.pdf

2023年第4 期水科学与工程技术71兰西水库坝址区工程地质条件分析与坝型比选代佳雨1,李东2（1.贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵阳5 5 0 0 0 1;2.四川大学水利水电学院，四川成都6 1 0 0 6 5)摘要：兰西水库工程区水文地质情况复杂，厚覆盖层堆积和强风化溶蚀带共存于库区。为确保设计方案整体优良，结合工程地质和水文地质勘察结果，对坝址区的主要地质问题和坝型匹配性进行详细论证分析。设计优选的上坝址重力坝坝型方案，工程地形地质适应性强、枢纽布置紧凑、边坡稳定性好，技术可行且经济。兰西水库坝址区详细的工程地质评价，可为枢纽布置、坝基及两岸防渗处理等提供准确的地质资料和处理建议，也可为岩溶地区修建水库提供借鉴参考。关键词：地质条件；坝址选择；重力坝；兰西水库中图分类号：P642D0I:10.19733/ki.1672-9900.2023.04.20Engineering geological conditions of dam foundation and dam type(1.Guizhou Water Resources and Hydropower Engineering Consulting Co.Ltd,Guiyang 550001,China,2.College of WaterAbstract:The complex conditions of topography and geological with thick overburden accumulation and strong weatheringcorrosion zone is coexisting in the reservoir area of Delong reservoir.In order to ensureoverall optimization the designscheme,the main geological problems in the dam site area and the dam type matching have been compared anddemonstrated in detail combination with the engineering geology and hydro-geological survey results.The optimizationgravity dam type scheme at upper dam has strong topographic and geological adaptability,compact hydro-project layout,good slope stability,and is technically feasible and economical.The detailed analysis of engineering geological conditionsin the dam site which can provide important geologic data and proposed conclusions for hydro-project layout,damfoundation and both banks anti-seepage treatment of Lanxi Reservoir,and it can also provide some reference for thereservoirs construction in karst areas.Key words:engineering geological condition;dam site selection;concrete gravity dam;Lanxi reservoir兰西水库位于贵州省黔南布依苗族自治州罗甸县逢亭镇上隆村，工程任务为城镇和灌溉供水。坝址距逢亭镇约8.0 km，距罗甸县城约4 6.3 km，有县级公路通过坝址区，交通条件较好。水库校核洪水位663.34m，总库容1 3 4 万m；正常蓄水位6 6 1.0 0 m，相应库容1 1 8 万m；死水位6 3 0.0 0 m，相应库容5.23万m,兴利库容1 1 2.8 万m。针对兰西水库坝址区河道不顺直、顺河谷走发育卸荷裂隙等不利条件，结合地质勘察资料，对坝线合理性和坝型适应性等进行详细论证分析，提出较优坝址和坝型，确保工程高效优质施工建设 1 收稿日期 2 0 2 2-1 2-1 6基金项目 四川省水利科技计划项目（scslkj-2021-19)作者简介 代佳雨（1 9 9 0 一），男（土家族），贵州遵义人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。E-mail:文献标识码：Boptimal selection in Lanxi ReservoirDAI Jiayu,LI Dong?Resource and Hydropower,Sichuan University,Chengdu 610065,China)文章编号：1 6 7 2-9 9 0 0(2 0 2 3)0 4-0 0 7 1-0 41水库区域构造形迹测区地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带。自喜山运动以来，区内地壳大面积抬升，之后受红水河及其支流强烈侵蚀作用，形成群峰立、坡陡谷深的地貌形态。测区总体地势从北向南倾斜,最高点在东南部大亭乡老山大坪，海拔1 4 0 1 m,最低点在大亭乡红水河与曹渡河汇合口处,海拔2 4 2 m，平均海拔7 4 6 m，地势上划分为低山。局部岩溶发育强烈,表现为溶蚀地貌，由于碎屑岩分布广泛,测区总体为侵蚀山地地貌。72测区位于贵定南北向构造变形区南端近东西向的弧形构造变形区，发育有由上古生界组成的沫阳背斜和三叠系组成的砂厂背斜，两背斜之间为三叠系组成的蛋当向斜，这些褶皱构造均同步弯曲向北凸起呈弧形,其中蛋当向斜西段向南呈圆弧形弯曲，这个褶皱组合习称沫阳弧形构造，为旋扭构造作用的产物。在该弧形构造的南西侧,发育有床井穹隆构造，被沫阳构造半弧状包围，是东西向与南北向构造复合作用的结果。水库位于董当向斜西部弧形段的东翼、床井穹隆构造的西侧，主要构造形迹，如图1。184贵定IAI龙里贵定1415Kh5惠永长顺UK.h12#17紫云1122.5826兰西水库1.毛栗坡背斜；2.水塘向斜；3.广顺背斜；4.长摆所向斜；5.长顺背斜；6.贵阳向斜；7.打狼背斜；8.董当向斜；9.八茂背斜；10.八总向斜：1 1.秒厂背斜；1 2.雅水背斜；1 3.摆金向斜；1 4.翁雅背斜；1 5.高坡汤向斜；1 6.平伐背斜；1 7.克渡向斜：1 8.昌明向斜；19.平火坝背斜；2 0.黄丝背斜；2 1.凤山向斜；2 2.沫阳向斜；2 3.都匀向斜；2 4.马坡背斜；2 5.王丝背斜；2 6.床井宫隆。2坝址工程地质条件对比分析根据地形条件结合水工建筑物布置，选择上、下两个坝址开展工程地质勘察工作，上坝址位于1#溪沟上游1 0 3 m处，下坝址位于1#溪沟下游6 0 m处，两坝址相距约1 6 3 m。2.1地形地貌上坝址河谷呈不对称的“V型，两岸地形坡度4055，山体较为雄厚。河水位6 1 8.5 m，对应谷宽约1 3 m，正常蓄水位高程6 6 1 m对应谷宽9 2 m,宽高比为2.1 4:1；下坝址谷呈不对称的“V型，左岸地形坡度3 0 4 0，山体雄厚；右岸地形坡度4 0 5 5，山体较为单薄，在正常蓄水位6 6 1 m，右岸宽9 0 m。河水位6 1 3.0 m，平均水深约0.3 m,对应谷宽约1 5 m，正常蓄水位高程6 6 1 m对应谷宽9 5 m，宽高比为2.91:1。根据地形地貌条件比较，上坝址总体较平顺，代佳雨，等：兰西水库坝址区工程地质条件分析与坝型比选地形完整，上坝址较优。2.2地层岩性上、下坝址处两岸基岩大部分裸露，岩性为Csmp薄至中厚层燧石灰岩，偶夹泥灰岩、炭质泥灰岩；在右岸坡脚处分布残坡积及崩塌积物，成分为黏土夹碎石及崩塌积碎石块，厚度3 6 m(上坝址)/2 6 m（下坝址);河床分布冲、洪积砂、卵、砾石,厚度3 5 m（上坝址）)/4 6 m（下坝址）。下坝址地层岩性与上坝址地层岩性基本相同，但下坝址覆盖层比上坝址后，上坝址略优。凯里惠水组21一级构造单元界线断都匀层X16201319平城独山23山断Kh层K.hKh0图1 水库区域构造形迹分布2023年第4 期2.3地质构造二级构造单元界线坝址区无断层通过，岩层总体为单斜产出，倾下25三级构造单元界线四级构造单元界线区背背斜轴线向斜轴线团巡斯层正断层回隆2040km不整合地质界线游。其中：上坝址产状为2 9 5 乙1 9 2 1，河谷为横向谷；下坝址产状为2 9 5 2 0 2 3，河谷为斜向谷。上、下坝址地质构造基本相似，上坝址略优。2.4岩溶水文岸坡及河床分布Csmp中等可溶岩组，地表岩溶形态为溶沟、溶槽及溶蚀裂隙等，规模小；根据钻孔资料随深度增加溶裂发育程度及透水率逐渐减小。地下水赋存形式主要有岩溶裂隙水、基岩裂隙水及覆盖层孔隙水,其中覆盖层富水性较强，裂隙水含量较少，富水性较弱。上、下坝址岩溶水文相同。2.5物理地质现象河床分布砂、卵、砾石,厚3 6 m，岸坡零星分布残坡积黏土夹碎石,厚2 4 m;岸坡基岩裸露在上坝址右坝肩有规模较小的卸荷危岩体，对枢纽建筑物存在一定影响。上、下坝址物理地质现象相同。2.6压缩变形及抗滑稳定建基岩体为Csmp薄至中厚层燧石灰岩，偶夹泥灰岩、炭质泥灰岩。对于面板堆石坝，弱风化岩体是趾板基础良好持力层，不存在压缩变形和抗滑稳定问题；对于重力坝，岩层产状2 9 5 2 1 层间发育有泥灰岩、炭质泥灰岩夹层，对重力坝抗滑稳定不利，存在深层抗滑稳定问题。上、下坝址的压缩变形及抗滑稳定相同。2023年第4 期2.7开挖边坡上坝址两岸均为横向坡，无不利边坡稳定的结构面及结构面组合，整体稳定性较好，仅存在浅层溶蚀风化岩体局部失稳问题。坝基边坡上游侧为顺向坡，边坡稳定性差；下坝址左岸为斜顺向岩质边坡，岩层面是边坡失稳的主要结构面，边坡整体稳定性较差。右岸为逆向岩质边坡无不利边坡稳定的结构面及结构面组合，整体稳定性较好。边坡开挖稳定性，上坝址略优。2.8坝址比选结果兰西水库上、下坝址工程地质条件对比论证可知：上、下坝址直线距离1 0 0 m左右，主要工程地质问题相差不大。下坝址主要存在右岸山体较单薄,左岸为斜顺向坡，边坡问题突出；上坝址两岸山体雄厚，地形完整性好,边坡问题不突出，上坝址工程地质条件优于下坝址。结合建筑物布置及施工因素 2-3 ,优选上坝址作为推荐坝址。3水库坝型优化比选3.1坝型适宜性分析3.1.1地形条件在地形上,河谷呈不对称的“V型，两岸地形坡度4 0 5 5,山体较为雄厚，河谷狭窄，两岸岩体均为Csmp中硬岩，岩体质量相当；坝址区总体为单斜构造，河谷为横向谷。综合地形、岩性及构造条件等方面分析，上坝址具修建刚性坝的工程地质条件；坝址区下游侧河谷较为开阔，便于工程布置，在坝址区附近石灰岩料源丰富，运输距离短，建当地材料坝具备一定优势。初选拱坝、重力坝和面板堆石坝3 种坝型从地质条件等方面进行综合论证分析。3.1.2地质条件3.1.2.1拱坝坝址区两岸山体基本对称，河道整体弯曲，短距离内较为顺直,具备建拱坝的基本条件；右岸下游侧发育有冲沟,存在临空面,右岸发育顺河谷走向的卸荷裂隙，岩层中夹有泥质岩软弱夹层，这些因素均不利于拱坝的坝肩稳定，建拱坝的适宜性差。代佳雨，等：兰西水库坝址区工程地质条件分析与坝型比选3.1.2.3面板堆石坝坝址区下游河谷较为开阔，便于工程布置，坝址区灰岩料料源丰富，运输距离短，建当地材料坝（面板堆石坝)具有一定优势 6 。地质条件分析可知，重力坝和面板堆石坝较拱坝工程匹配性更优，拟定重力坝和面板堆石坝两种坝型进行对比分析。3.2坝型主要工程地质问题评价3.2.11重力坝(1)建基面确定。坝址河床及阶地分布砂、卵、砾石层,厚3 4 m,右岸坡脚分布崩塌积碎石块,厚4 6 m，结构松散，不能作为重力坝基础，需开挖清除；下伏基岩为Csmp薄至中厚层燧石灰岩，偶夹泥灰岩、炭质泥灰岩，强风化4 6 m，岩体节理裂隙较发育，完整性差，不宜作为重力坝坝基持力层，建议开挖清除；弱风化岩体裂隙闭合性好，岩体较完整，是坝基良好的持力层。综合考虑坝高、坝址区岩体质量等因素，建议坝基基础置于弱风化岩体中、下部。(2)坝基抗滑稳定。由于岩层缓倾下游，建重力坝存在坝基深层抗滑稳定问题。其失稳破坏模式：以层面为底滑面（泥灰岩、炭质泥灰岩夹层为最不利底滑面）,以L2组裂隙为侧裂面,以L1组裂隙为剪出面向下游河床滑出。需根据提供的地质参数进行抗滑稳定性验算。(3)开挖边坡。河谷为横向谷，岩体倾下游偏左岸，倾角2 1 左右，两岸边坡均为岩质边坡，岩性为Csmp薄至中厚层燧石灰岩，偶夹泥灰岩、炭质泥灰岩。开挖将形成侧向坡,边坡问题不突出，不存在整体滑动的可能性，边坡整体稳定。由于浅层强风化岩体结构松散,裂隙较发育，开挖时存在强风化或表层覆盖层小规模塌、滑塌等，需采取放坡及喷锚等支护处理。建议强风化岩体永久开挖坡比为1:0.7 5 1，733.1.2.2重力坝坝址区河谷狭窄，坝址区出露基岩为Csmp中硬岩，两岸岩体质量相当，坝基岩体承载力较强，总体为单斜构造，缓倾下游偏左岸，河谷为斜向谷,无断层通过，岩层连续性好，岩体强风化带厚度小，建重力坝的适宜性较好。在Csmp岩层中夹有软质岩层,岩层缓倾,节理裂隙发育,存在深层抗滑稳定问题 4-5 。74临时坡比1:0.5 0.7 5；弱风化岩体永久开挖坡比为1:0.50.75,临时1:0.3 0.5。(4)筑坝料源。经地质调查，选择料场为库区右岸山体作为大坝填筑料，为马平组石灰岩，储量丰富，岩体质量能满足要求，距坝址仅1 km左右，运输方便。3.2.2面板堆石坝(1)建基面确定。河床覆盖层厚3 5 m,强风化溶蚀层厚4 6 m，浅层岩体节理裂隙较发育，须开挖清除；弱风化岩体完全能满足趾板基础持力层要求，趾板基础置于弱风化岩体中上部即可。建面板堆石坝坝基地质条件限制性因素较少。(2)堆石体基础。面板堆石坝为柔性坝,对坝基项目河谷呈不对称“V型，左岸坡面顺直，坡度3 0 4 0；右岸坡度4 0 5 5；河床宽缓，宽约1 0 2 0 m，河床高程基本地质条件613m；正常蓄水位高程6 6 1 m，对应谷宽9 5 m，宽高比2:1.2岸坡及河床岩性为均为Csmp薄至中厚层燧石灰岩，偶夹泥灰岩、炭质泥灰岩。坝基岩体能满足地基允许承地基承载力及变形载力及变形条件坝基抗滑稳定趾板基础置于弱风化岩体上，不存在抗滑稳定问题两岸为横向坡，无结构面组合形成的块体失稳问题，边坡整体稳定性较好。开完边坡主要存在强风化岩体局坝肩边坡稳定部跨塌、掉块等问题溢洪道边坡采用溢洪道泄洪，溢洪道布置于左岸，边坡稳定性差下游河床冲刷溢洪道下游河床覆盖层厚，基岩埋深厚，需作抗冲处理表1 对比论证分析可知：在建坝条件上，坝址具备修建重力坝和面板堆石坝的条件。坝址区两岸对称性好，地形完整，两岸顺直，建重力坝条件要略优于面板坝。综合水工布置、工程造价、运行管理等因素，设计优选重力坝坝型。4结语兰西水库坝址区工程地质条件复杂，库区碳酸盐岩出露面积大,溶沟、溶槽、落水洞、岩溶洼地及盲谷等共存于库区。为论证岩溶洼地成库可行性并优选与工程地质条件相匹配的坝型，根据现场踏勘和钻探揭露成果，从地形地貌、地质岩层、岩溶水文等方面，对上坝址和下坝址成库合理性进行详细论证，并对坝型工程匹配性进行对比分析。优选的上坝线重力坝坝型，具有较好地形地质适应性和工程匹配性。后期应重点查明坝址区岩体风化情况和覆盖层分布厚度及成分，以便对水库渗漏、库岸稳定、浸没、代佳雨，等：兰西水库坝址区工程地质条件分析与坝型比选表1 坝型工程地质条件比选结果面板堆石坝固体径流等关键问题做出准确评价。参考文献：1詹超.库山河水库坝址及坝型方案比选 J.陕西水利,2 0 2 0(4):150-152.2曾雄.大卜冲水库坝址坝型方案比选 J.广西水利水电，2022(3):41-44.3刘长隆.百把寨水库大坝坝址、坝型比选及设计要点分析 J.陕西水利,2 0 2 2(1):1 9 7-2 0 0.4赵梦岩,付培祥.某水电站重力坝深层抗滑稳定分析 J.水科学与工程技术,2 0 2 2(1):6 5-6 7.5刘钊.蒲县刁口水库大坝稳定性分析 J.大坝与安全,2 0 2 1(2):37-41.6程丽,肖春丽.小井沟水库软岩筑混凝土面板堆石坝设计 J吉林水利,2 0 2 2(9):3 4-3 7.7杨祥.绞洞水库大坝坝址坝型比选及结构应力计算 J.吉林水利,2 0 1 9(8):9-1 3.8刘星星.某水库工程坝型和泄流消能方案比选分析 J.水利技术监督,2 0 2 2(1 0):2 5 7-2 5 9,2 8 3.（责任编辑：王艳肖）2023年第4 期承载力要求相对较低，河床为冲、洪积砂、卵、砾石，结构松散，需开挖清除，堆石区基础置于强风化岩体中下部即可 7(3)溢洪道边坡。溢洪道布置于左岸，轴线沿左岸山体顺河道方向布置，开挖边坡主要为上游侧横向坡与下游侧顺向坡，岩层倾角2 0 左右，开挖边坡上游侧整体稳定性好；下游侧稳定性差，易发生顺层滑动的可能性。3.3坝型比选根据上述论证分析，对重力坝和面板堆石坝存在的主要工程地质问题列表进行对比，比选结果如表1。重力坝评价结果重力坝略优相当坝基发育有泥灰岩等夹层，坝基可能存面板坝优在坝基抗滑稳定问题相当采用坝身泄洪，无溢洪道开挖边坡支护重力坝优问题(8 1重力坝下游河床分布覆盖层厚，基岩埋深厚，需作抗冲处理相当