白家坡沟尾矿坝拦河坝工程地质及岩土分析

张美华

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

1 工程概况

山西省代县白家坡沟尾矿库位于代县滩上镇西会村北西。坝体高31 m，坝体长46 m，坝顶宽度为5 m，其堆积坝高68 m，总坝高99 m。库容223.4 ×104m3，有效库容189.9 ×104m3，尾矿库等别三等，使用年限14.3年。

拦洪坝建筑物为浆砌石结构，坝高6.0 m，坝顶宽1.0 m，坝底宽3.65 m。库左侧开挖隧洞，洞断面为城门洞形，排洪隧洞断面尺寸为:底宽2.0 m，直墙高 2.0 m，矢高0.6 m。

2 尾矿坝工程地质

尾矿坝由初期坝和堆积坝组成，初期坝为碎石碾压坝，坝高31 m，坝顶标高1 426 m，坝顶宽5 m。堆积坝坝高68 m，总坝高99 m，最终坝顶高程为1 494.0 m。

坝址区沟谷狭窄，沟谷断面呈“V”字形，两岸较陡，左岸坡度约 48°，右岸坡度约 65°。

坝基、坝肩地层岩性为五台超群高凡群羊蹄沟组(Ar33y)千枚岩夹绿泥千枚岩及石英岩，强风化带厚度3.0 m～4.1 m。坝址处于库区背斜构造的北东翼，岩层产状135°∠53°～87°，倾向左岸偏下游。构造节理主要发育两组，其产状分别为:L135°∠65°，L220°∠71°，节理间距一般为0.15 m ～0.5 m，部分地段节理间距1.0 m ～1.7 m。主要节理与坝轴线近似于直交，层面与坝轴线小锐角斜交(见图1)。层面裂隙对坝基渗漏有一定影响。坝址区勘察深度范围内未见地下水。

图1 尾矿坝区地质结构面赤平投影图

坝址两岸边坡陡峻，岩层陡立，岸坡整体稳定，但这类条件的地质结构易发生倾倒、崩塌、板裂、溃曲等边坡破坏，需采取针对性的措施加以防护。

初期坝左坝肩为风化基岩和部分残坡积，其工程性质不良，可引起不均匀变形，应挖除。坝基、坝肩建基面应将残坡积和强风化岩体挖除，建基面达中等(弱)风化岩体，这样既能保证坝肩的稳定性，又能防止坝基和绕坝渗漏。

3 拦洪坝工程地质条件及评价

拦洪坝位于库尾狭窄处，将上游洪水导入尾矿库左岸的隧洞中流向下游的集水池。拦洪坝为浆砌石结构，属于重力坝性质，坝高6.0 m，坝顶宽1.0 m，坝底宽3.65 m。

坝基、坝肩地层岩性为五台超群高凡群羊蹄沟组(Ar33y)千枚岩夹绿泥千枚岩及石英岩，强风化带厚度3.0 m～4.1 m。坝址处于库区背斜构造的南西翼，岩层产状40°∠36°，倾向左岸偏下游。

坝址两岸边坡陡峻，岩层陡立，岸坡整体稳定，但这类岩坡的地质结构易发生倾倒、崩塌、板裂、溃曲等边坡破坏，需采取针对性的措施加以防护。

拦洪坝右坝肩为风化基岩和部分残坡积碎石土，其工程性质不良，可以引起不均匀变形，应全部挖除。坝基、坝肩建基面应将残坡积和强风化岩体挖除，浆砌石坝建基面达中等(弱)风化岩体一定深度时，可以增强坝体的抗滑稳定性，又能防止坝基和绕坝渗漏。

4 筑坝材料

初期坝坝型为碎石碾压坝，所需建筑材料主要为块石或碎石料。经现场查勘，根据尾矿库地形地质条件，石料场选在尾矿库左岸中部(堆积坝—排洪坝之间)，长度250 m。石料场地层岩性为五台超群高凡群羊蹄沟组(Ar33y)千枚岩夹绿泥千枚岩及石英岩。岩石的容重2.73 g/cm3，吸水率0.25%，抗压强度29.1 MPa～75.6 MPa，软化系数 0.70，属于较软岩 ～ 较硬岩，经过一定的筛选，去除软弱岩石后，基本适合用于筑坝碎石料。

选定料场地段主沟右岸为阴坡，覆盖层较厚，左岸为阳坡，基岩出露或覆盖较薄，石料场处在尾矿库内的左岸，开采弃料较少，在库区内开采石料，一方面是料场设于库内不涉及占地问题，运距较近，另一方面还可适当增大库容。另外隧洞开挖的石碴也可作为筑坝碎石料，可以起到一举两得之效。库区石料储量大，开采运输较方便。

库周千枚岩为较软岩～较硬岩，经过一定筛选后用做碎石碾压坝填筑坝材料质量尚可。其他质量要求较高的建筑石料建议另行选择或外购。

5 岩土工程分析评价

5.1 岩土分层及特性

通过地质测绘和勘探测试，按工程地质性质对尾矿库区内的地层进行了划分，各岩土层的分布特征见表1。

表1 地层统计表 m

5.2 岩土物理力学性质

本次勘察布置钻孔采取岩样，进行了岩石物理力学试验。对碎石土层进行了原位测试——动力触探试验，重型动力触探试验统计表见表2，岩石物理力学试验见表3。

表2 碎石土重型动力触探试验统计表

从试验结果看，岩石试验的物理力学数据比较分散，其坚硬程度从较软岩～坚硬岩都有分布，主要应归属于较软岩～较硬岩。碎石土的密实度属于稍密。

表3 岩石物理力学试验统计表

5.3 岩土层承载力特征值

根据室内试验结果，同时结合地区建筑经验综合确定。各岩土层承载力特征值结果列于表4。

表4 岩土层承载力特征值建议表

5.4 地基均匀性评价

场地为典型山区地基，地形高低起伏，但大部分属于基岩，局部分布残坡积碎石土(最大厚度4 m)，无软弱土层分布，在这些地段，岩土层水平方向岩性变化大，最大底面坡度大于10%，构成不均匀地基，大部分地段基岩出露地表，综合考虑，本工程天然地基大部分为均匀地基，局部地段为不均匀地基。

5.5 环境水和土的腐蚀性

本区地下水位深埋，根据临近区资料，地基土和地下水对混凝土结构不具腐蚀性，地基土和地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

6 结论与建议

6.1 结论

1)库区设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.20g，相应抗震设防烈度为8度。

2)初期坝和拦洪坝坝基稳定性良好，但坝址两岸边坡陡峻，岩层陡立，易发生倾倒、崩塌等边坡破坏，需采取针对性的措施加以防护。

3)岩土层的承载力特征值见表4。

4)库周千枚岩为较软岩～较硬岩，经过一定筛选后用作碎石碾压填筑坝材料质量尚可，也可将隧洞开挖石碴用于碎石料。其他质量要求较高的建筑石料建议另行选择或外购。

6.2 建议

1)建议清除初期坝和拦洪坝基岩体强风化层，将坝基置于弱风化岩层。

2)必须经常巡视库周围的山体，发现滑坡以及异常现象时要及时处理。