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(diǎn)。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(jì)、施工全過程，否則，后果極其嚴(yán)重。在壩址選擇時(shí)除了考慮主體建筑物攔水壩的地質(zhì)條件外，還應(yīng)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(jì)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(shí)，應(yīng)當(dāng)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(yù)計(jì)處理困難，投資高昂的方案，應(yīng)首先被否定。壩址選擇時(shí)，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(yù)計(jì)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(jìn)行深入研究是一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)。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(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析和地震安全性評價(jià)。因此，對于大型水電工程，在可行性研究階段，應(yīng)組織專門力量解決區(qū)域穩(wěn)定性評價(jià)。

　　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(shí)，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(fēng)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(diǎn)，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(shí)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(shí)，首先要考慮巖土性質(zhì)。修建高壩，特別是混凝土壩，應(yīng)選擇堅(jiān)硬、完整、新鮮均勻、透水性差而抗水性強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度低易變形的頁巖、千枚巖上的極少。通過結(jié)合工程實(shí)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(jiān)硬、均一、完整、強(qiáng)度大、抗水性強(qiáng)、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(fēng)化殼和風(fēng)化夾層的分布，選壩時(shí)避開這些不利因素。

　　(2)噴出巖類強(qiáng)度較高、抗水性強(qiáng)，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(fēng)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(qiáng)，在選壩時(shí)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(yán)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(qiáng)度高、抗水性強(qiáng)、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(shí)，應(yīng)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(yīng)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(fù)雜。這是因?yàn)樵诤駥佑矌r層中常夾有軟弱巖層，這些夾層力學(xué)強(qiáng)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(qiáng)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(cuò)動，經(jīng)過次生作用易于發(fā)生泥化。在壩址比選時(shí)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(yán)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(fù)雜化。所以當(dāng)其他條件大致相同時(shí)，應(yīng)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(shí)，須研究滲漏、滲透變形和振動液化等問題，而且應(yīng)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(qiáng)烈活動或活動性斷裂發(fā)育的地區(qū)，選壩時(shí)應(yīng)盡量避開或遠(yuǎn)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(shí)，應(yīng)進(jìn)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(cuò)動速率，并預(yù)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(cuò)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(cuò)動帶時(shí)，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(shí)應(yīng)特別注意。因?yàn)榫弮A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(qiáng)烈，巖石完整性受到強(qiáng)烈破壞，在選壩時(shí)更要特別注意查清壩基內(nèi)緩傾角的壓性斷裂?？傊?，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(qiáng)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(shí)，水文地質(zhì)條件應(yīng)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(yīng)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(shí)還要考慮水庫有否嚴(yán)重的滲漏問題，庫區(qū)最好是強(qiáng)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(dāng)巖溶區(qū)無隔水層可以利用的情況下，壩址應(yīng)盡可能選在弱巖溶化地段。這就要求仔細(xì)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(fēng)化、巖溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但從一些水庫失事實(shí)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(shí)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(jì)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(gè)重要因素。壩體施工常常需要當(dāng)?shù)夭牧希瑝沃犯浇欠裼匈|(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(yīng)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(yùn)輸條件對工程的質(zhì)量、投資影響很大，在選擇壩址時(shí)應(yīng)進(jìn)行勘察。

　　3.結(jié)語

　　從實(shí)踐表明，選擇壩址是水利水電建設(shè)中一項(xiàng)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(jì)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(gè)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(gè)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。