百岛湖水库坝轴线与坝型比选研究

邓靖川　关鹏　魏赛拉加

摘 要：坝轴线和坝型的选择是建设水库工程的重要一环，往往决定着水库工程的投资、建设、维护和运营成本。本文以百岛湖水库坝轴线和坝型为研究对象，从地形条件、覆盖层、基岩、地质构造、岩体风化、岩体卸荷和渗透性7方面对坝轴线进行了比选，从大坝持力层、防渗体持力层、抗滑稳定、坝基渗漏及防渗、边坡稳定、天然建材料源6方面对坝型进行了比选。最终选取了坝轴线1和沥青砼心墙石渣坝作为本水库的坝轴线和坝型。本研究可为类似工程的坝轴线和坝型选取提供借鉴。

关键词：百岛湖水库;水利工程;坝轴线;坝型

中图分类号：TV64     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0112-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.025

Engineering Geological Analysis and Evaluation of the Water Transmission Tunnel of Baiquan Lake Reservoir

DENG Jingchuan GUAN Peng WEI Sailajia

（1.Chongqing Surveying and Design Institute of Water Resources，Electric Power and Architecture Co.，Ltd.，  Chongqing 401120，China; 2. Shandong Jincheng Inspection and Testing Co.， Ltd.， Qingdao 266000，China;

3. China Geological Environmental Monitoring Central Station of Qinghai， Xining 800001，China）

Abstract：The choice of dam axis and dam type is important in the construction of water conservancy projects， which often determines the investment， construction， maintenance and operation of water conservancy projects. This paper studies the dam axis and dam type of Baicheng Island Lake Reservoir， the dam axis was compared from the aspects of topographic conditions， overlay， bedrock， geological structure， rock weathering， rock discharge and permeability， the dam type was compared from the aspects of dam holding layer， anti-seepage holding layer， skid resistance and stability， dam foundation leakage and seepage prevention， slope stability， and natural construction material source. Finally， dam axis 1 and asphalt concrete wall are selected as the dam axis and type of the reservoir. The study in this paper can provide reference for the dam axis and dam type selection of similar engineering.

Keywords：Baidao Lake Reservoir;water conservancy project;dam axis; dam type

0 引言

從古至今，人类文明的发展离不开水利工程的建设。我国是一个贫水的国家，但也是一个水资源相当丰富的国家。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》指出：“水资源优化配置与综合开发利用是水和矿产资源重点领域中的优先主题”[1]。随着我国国民经济的发展，我国迎来水利工程建设的高峰期。在西南地区，由于地形复杂，河道遍布，在崇山峻岭中建设水库成为了水利事业重要的一环[2]。

建设水库最重要的就是水坝坝轴线和坝型的确定。一旦坝轴线和坝型确定，就决定了后期的工程投资、施工方案、工期建设等，甚至建成后的维护和运营都会受到影响和限制[3-6]。

本研究以百岛湖水库坝轴线与坝型比选为研究对象，从地形条件、覆盖层、基岩、地质构造、岩体风化、岩体卸荷和渗透性七方面对坝轴线进行了比选，从大坝持力层、防渗体持力层、抗滑稳定、坝基渗漏及防渗、边坡稳定、天然建材料源六方面对坝型进行了比选。给出了最佳坝轴线和坝型的建议，可为类似工程提供指导。

1 工程概况及基本地质条件

1.1 工程概况

百岛湖水库位于重庆市奉节县梅溪河一级支流车家坝河中下游河段，可行性研究阶段在香树坪至白马沱长约为2.6 km河段内选择三个坝址进行了综合比较，推荐坝址位于车家坝河龙子沟口至龙咀河段。百岛湖水库工程位置如图1所示。

1.2 地形地貌

龙子沟口至龙咀段河道长约为0.9 km，河道蜿蜒曲折;其中廖家咀上游段长约为500 m，河道较顺直，流向S5°—10°W，河床高程为568～560 m;廖家咀下游段河流向左岸呈近90°急弯，流向渐变至N80°—90°E，河床高程为560～550 m，本段河床发育一高差5～6 m的砂岩跌坎;过龙咀后流向渐变为S30°—40°W流出坝区。坝枢段河道在平面上呈“L”型展布，断面为狭窄“V”型河谷，总体属构造—侵蚀台状低山—峡谷地貌。

左岸临河山顶高程为830 m，高程700～730 m及高程780～830 m段为泥岩缓坡台地，坡度10°～20°;缓坡台地处零星有居民及耕地分布。其余高程段地形陡峻，坡度45°～65°，局部厚层砂岩处形成陡崖及倒崖。坡脚570～575 m、坡顶780～800 m高程建有公路。左岸下游侧发育曾家湾沟切割较深，谷底堆积块碎石层。

右岸临河山顶高程为872 m，右岸700 m以上为缓坡台地;620 m以下地形陡峻;620～700 m高程段地面坡度35°～45°，局部厚层砂岩处形成陡崖及倒崖。右岸B4剖面上游50 m处发育一切割较深冲沟;B1剖面上游侧、B2剖面上下游侧各发育一条浅切冲沟。

1.3 地层岩性

坝区基岩主要分布侏罗系上统蓬莱镇组遂宁组地层，岸坡中下部及谷底分布第四系覆盖层;由新至老依次为：第四系地层（Q）、侏罗系地层（J）。

第四系地层（Q）主要是以灰-黄灰色漂卵砾石层为主的冲洪积层（Q4alp）;以砂岩、泥岩崩落堆积形成的块碎石土层为主的崩坡积层（Q4col+dl）和以含砂质粉土为主的残坡积层（Q4eld）。

侏罗系地层（J）主要是以灰白色厚层长石石英砂岩与中-厚层砂质泥岩不等厚互层为主的蓬莱镇组一段（J3p1）;以砖红-紫红色砂质泥岩与灰白色长石石英砂岩、浅红色泥质粉砂巖不等厚互层为主的遂宁组上段（J）。

1.4 地质构造

本坝址位于渠马河向斜南翼，为单斜向地层。岩层面产状N40°—60°E/NW∠6°～12°，缓倾向上游略偏右岸。坝址区断裂及次级褶皱均不发育。坝区岩层面部分卸荷张开发育形成缓倾角裂隙;陡倾角裂隙以近南北向的横张裂隙为主（主要为两组共轭裂隙L1和L2）;近东西向的纵张裂隙次之（主要为两组共轭裂隙L3和L4）。

岩层面（裂隙）：基岩中部分层面，特别是砂泥岩层面受构造影响发生层间剪切错动现象较为普遍，基岩浅部受卸荷及风化影响张开，为岩屑夹泥或泥夹岩屑型充填，且一般连通率较高，延伸长;至基岩深部逐渐闭合;为本坝址主要缓倾结构面。该组结构面按风化、延伸情况、填充物特征等可细分为层间软弱（破碎）带、层间软化夹层。

L1走向N20°—30°W，倾向SW，倾角55°～75°，裂面起伏粗糙，延伸5～20 m，发育间距1～5 m;浅部张开5～20 mm，泥夹岩屑型充填。ZL1组占比约30.3 %。

L2走向N10°—20°E，倾向SE，倾角65°～85°，裂面起伏粗糙，延伸5～20 m，发育间距1～5 m;浅部张开5～20 mm，泥夹岩屑型充填。ZL2组占比约24.2 %。

L3走向N60°—70°W，倾向SW，倾角70°～90°，裂面起伏粗糙，岩屑夹泥充填，延伸大于5 m，发育间距大于5 m;浅部张开5～10 mm，泥夹岩屑型充填。ZL3组占比约21.2 %。

L4走向N65°—75°E，倾向SE，倾角50°～70°，裂面起伏粗糙，延伸1～2 m，发育间距大于5 m;浅部张开，泥夹岩屑型充填。L4组占比约24.3 %。

1.5 水文地质

本坝址位于构造—侵蚀低山—峡谷区，主要为碎屑岩地层，无可溶岩层分布，坝区地下水主要包括第四系孔隙水及基岩裂隙水两类，其中：

①孔隙水主要分布于沟谷冲洪积漂卵砾石层及两岸坡脚堆积覆盖层中;本区覆盖层多较薄，含水量较少。

②裂隙水主要分布于基岩浅部，受地表水和大气降水的补给，顺裂隙往下游排泄;本坝址区无泉水出露。坝址区环境水对混凝土及混凝土中钢筋无腐蚀性，对钢结构存在弱腐蚀性。坝址区不存在特殊岩土及化工污染情况，降雨丰富、地下水位浅，土体腐蚀性同环境水腐蚀性。

2 坝轴线比选

对车家坝河中下游河段的现场踏勘和地形地貌、地质、水文的综合分析，坝址初步定在龙子沟至龙咀段河道长约900 m河段，见图2。为了确定最终的坝轴线，布置了四条坝轴线勘探剖面进行比较。主要从地形条件、覆盖层、基岩、地质构造、岩体风化、岩体卸荷和渗透性7方面进行比选。

2.1 地形条件

2.1.1 坝轴线1。坝区河流呈“L”型折弯，坝轴线位于弯道下游顺直段。左岸地面坡度55°～65°，临河山顶高程为730 m;右岸地面坡度40°～60°，临河山顶高程为780 m。坝轴线正常蓄水位628 m处谷宽165 m，河床基岩面高程为553 m，谷深为75 m，宽高比为2.2;为狭窄“V”型河谷。坝轴线下游约30 m，河床形成砂岩跌坎，落差3～7 m。跌坎下游钻探揭露河床基岩面高程为546.83 m。

2.1.2 坝轴线2。坝区河流呈“L”型折弯，坝轴线位于弯道中部。左岸地面坡度55°～65°，临河山顶高程为730 m;右岸地面坡度40°～60°，临河山顶高程为830 m。坝轴线正常蓄水位628 m处谷宽172 m，河床基岩面高程为553 m，谷深为75 m，宽高比为2.3;为狭窄“V”型河谷。坝轴线右岸下游侧发育小冲沟，坡脚钻孔揭露有堆积体掩埋倒崖。

2.1.3 坝轴线3。坝区河流呈“L”型折弯，坝轴线位于弯道上游侧。左岸地面坡度55°～65°，临河山顶高程为790 m;右岸地面坡度40°～55°，临河山顶高程为680 m。坝轴线正常蓄水位628 m处谷宽174 m;河床基岩面高程为554 m，谷深为74 m，宽高比为2.4;为狭窄“V”型河谷。坝轴线右岸上游侧发育浅切小冲沟，右坝肩偏上游侧后坡发育倒崖。

2.1.4 坝轴线4。坝区河流呈“L”型折弯，坝轴线位于弯道上游顺直段。左岸地面坡度55°～ 65°，临河山顶高程为730 m;右岸地面坡度50°～ 65°，临河山顶高程为730 m。坝轴线正常蓄水位628 m处谷宽147 m，河床基岩面高程为555 m，谷深为73 m，宽高比为2.0;为狭窄“V”型河谷。右岸坝轴线上游50 m发育切割较深冲沟，沿冲沟发育多级大型倒崖。

2.1.5 小结。坝轴线4较优，河道顺直，河谷较狭窄。坝轴线1次之，河道顺直，河谷较狭窄，但附近倒崖发育。坝轴线3再次之，位于弯道，且河谷较宽。坝轴线2最差，位于弯道，且存在掩埋倒崖影响。

2.2 覆盖层

四条坝轴线覆盖层均为：①冲洪积层，主要分布于河床，为漂卵砾石层;②崩坡积层，主要分布于两岸坡中下部及右坝肩后坡台地区域，为块碎石土。层厚各有不同，其中坝轴线1较优，谷底覆盖层最少;坝轴线4次之;坝轴线3再次之;坝轴线2较差。

2.3 基岩

四条坝轴线基岩均为：①坝肩附近为J层，以中厚层砂岩为主;②两岸中下部为J层，以紫红色砂质泥岩为主;③河床段为J层，以中厚层砂岩为主;④下覆J层以紫红色砂质泥岩为主，未揭穿。

层厚各有不同，其中坝轴线3较优，岸坡下部及谷底为砂岩。坝轴线2次之，岸坡中下部为砂岩，谷底砂岩较薄。坝轴线1再次之，岸坡中下部为砂岩，谷底主要为砂质泥岩。坝轴线4较差，岸坡中下部及谷底以砂质泥岩为主。

2.4 地质构造

四坝轴线基本相当，坝区位于渠马河向斜南翼，岩层产状N40°—60°E/NW∠6°～ 12°，倾上游略偏右岸。断裂及次级褶皱均不发育，层面为坝区主要缓倾结构面，另发育有4组陡倾角裂隙。

坝基软弱夹层对当地材料坝型坝基抗滑问题不突出，但在心墙、趾板、挡墙等重要部位受软弱结构面影响可能产生局部抗滑稳定问题，须加强对基础的加固处理。

2.5 岩体风化

对四条坝轴线风化层进行对比，坝轴线3较优，风化层较薄;坝轴线1次之;坝轴线2再次之;坝轴线4较差。

2.6 岩体卸荷

对四条坝轴线强卸荷带水平深度进行对比，坝轴线3较优，卸荷带较少;坝轴线1次之;坝轴线2再次之;坝轴线4较差。

2.7 渗透性

对四条坝轴线相对不透水层进行对比，坝轴线1较优，相对不透水层埋深最浅;坝轴线3次之;坝轴线4再次之;坝轴线2较差。

2.8 最优坝轴线

综上所述，四条坝轴线处于同一地质单元内，工程地质条件大体相当，采取工程处理措施后均具备建坝条件。其中：坝轴线1工程地质条件相对较均衡，地质条件较其余三条坝轴线略优。坝轴线3工程地质条件次之。坝轴线2、坝轴线4受附近冲沟、倒崖或河床跌坎影响较大，工程地质条件相对较差。

因此，百岛湖水库坝轴线选型为坝轴线1，坝轴线3作为备选方案。

3 坝型比选

根据坝区地质条件、料场条件和施工条件，坝型在沥青砼心墙石渣坝和砼面板堆石坝进行坝型比选。主要从大坝持力层、防渗体持力层、抗滑稳定、坝基渗漏及防渗、边坡稳定、天然建材料源六方面进行比选。

3.1 大坝持力层

3.1.1 沥青砼心墙石渣坝。坝址区岸坡坡脚分布块碎石土，厚为5.0 ～ 15.5 m。河床分布漂卵砾石层，厚为4.0 ～ 7.3 m。基岩为砂、泥岩不等厚互层，强风化层厚为1.0 ～ 3.3 m。石渣坝体对持力层要求较低，建议清除表层松散-稍密状覆盖层、植物根系层、夹泥块碎石土层及松动岩块层，以中密-密实漂卵砾石层或基岩作为持力层。

3.1.2 砼面板堆石坝。面板堆石坝型堆石区对持力层变形要求相对较高，建议清挖覆盖层厚以基岩作为持力层。

3.1.3 小结。沥青砼心墙石渣坝占优。

3.2 防渗体持力层

3.2.1 沥青砼心墙石渣坝。心墙基座沿坝轴线布置长约为195 m，相对较短。基础对持力层要求相对较高，建议深挖、放置于基岩弱风化层;对局部裂隙及软弱结构面须采取相应地基加固措施。

3.2.2 砼面板堆石坝。趾板沿上游坝坡坡脚布置，长约为340 m，相对较长。趾板基础对持力层要求相对较高，建议深挖、放置于基岩弱风化层;对局部裂隙及软弱结构面须采取相应地基加固措施。

3.2.3 小结。沥青砼心墙石渣坝占优。

3.3 抗滑稳定

坝址区断裂、褶皱及缓倾结构面不发育。对沥青砼心墙石渣坝型和砼面板堆石坝型，坝基抗滑问题均不突出。心墙、挡墙基础多放置于基岩弱风化层，局部受结构面影响，可能存在抗滑稳定问题，建议采取相应措施。溢洪道闸基放置于泥岩微新岩体，岩体完整性好，但强度较低，建议进行锚固处理。

在抗滑穩定方面，两坝型基本相当。

3.4 坝基渗漏及防渗

总体隔水条件较好，局部存在裂隙性渗漏。防渗帷幕轴线沿坝轴线及延长线方向或山脊延伸方向布置。在抗滑稳定方面，两坝型基本相当。

3.5 边坡稳定

工程边坡主要包括：坝肩边坡、洞室进出口边坡、溢洪道边坡等永久边坡，及坝基、心墙基槽边坡等临时边坡。坝址区山高坡陡，工程边坡开挖规模也较大。局部受岩体强度及结构面影响存在局部边坡稳定问题，须加强边坡支护措施。

砼面板堆石坝沿趾板开挖边坡长度较大，岸坡地形陡峻，分布多条带状危岩带，支护难度及费用远高于心墙坝型。因此，在边坡稳定方面，沥青砼心墙石渣坝占优。

3.6 天然建材料源

3.6.1 沥青砼心墙石渣坝。石渣填筑料对质量要求相对较低，除表层黏土、粉土层、植物根系层为无用层外，其余经分选可作为石渣填筑料利用，弃渣量小。块、碎石填筑料对原岩质量要求较高，需求量相对较小。坝区弱风化-微新砂岩挖方，可分选作为块、碎石填筑料。混凝土骨料须外购。

3.6.2 砼面板堆石坝。块、碎石填筑料对原岩质量要求较高，需求量大。坝区及料场地层岩性均为砂泥岩互层，挖方中泥岩约占一半，无法有效利用，弃渣量大。混凝土骨料须外购。

3.6.3 小结。沥青砼心墙石渣坝占优。

3.7 最优坝型

综上所述，两坝型所面临的主要工程地质问题大致相似，在采取相应措施后均具备建坝条件。但沥青砼心墙石渣坝在坝基持力层适宜性、当地材料料源适宜性、边坡处理及防渗处理工程量等指标上占优。其余指标则与砼面板堆石坝基本相当。

总体来看，本坝址区工程地质条件更适宜修建沥青砼心墙石渣坝。

4 结语

百岛湖水库坝轴线和坝型的选择面临地基承载力、坝基变形、抗滑稳定性、渗漏、边坡稳定性、岩体风化和冲刷等问题。

从地形条件、覆盖层、基岩、地质构造、岩体风化、岩体卸荷和渗透性七方面对坝轴线进行了比选。坝轴线选取了工程地质条件相对较均衡的坝轴线1为主要方案，坝轴线3作为备选方案。

从大坝持力层、防渗体持力层、抗滑稳定、坝基渗漏及防渗、边坡稳定、天然建材料源六方面对坝型进行了比选。最终选取了沥青砼心墙石渣坝作为本坝坝型。

参考文献：

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