设计与施工 水利规划与设计 ２０１０年第５期 重庆市秀山县隘口水库工程 坝基工程地质条件研究 罗兴建 吕 锋 陈海鹏 （重庆市水利电力建筑勘测设计研究院 重庆４０００２０） 【摘要】 黔渝交界的隘口水库位于中国西南著名的卡斯特发育地区。工程区岩溶水文地质条件复杂，本文为 隘口水库工程多年各阶段勘察研究工作的总结，详细分析论证了大坝坝基岩溶水文地质条件，对坝基岩溶地质 缺陷的地质评价客观合理，提出的坝基地质缺陷工程处理建议方案完全为设计采纳。 【关键词】 岩溶 溶洞 岩溶水文地质 坝基地质评价【中图分类号】【Ｄ０Ｉ编码】 基础处理 置换 灌浆 ＴＶ２３３ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １６７２—２４６９（２０１０）０５—００９４—０３ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２４６９．２０１０．０５．０３２ １ 工程概况 重庆市秀山县隘口水库工程大坝位于秀山县隘 口镇，水库设计正常蓄水位５４４．４５ｍ，总库容 ３５８０×１０ ｍ。。代表坝型为沥青混凝土心墙堆石 ３ 坝址工程地质条件 坝址区寒武至上统、奥陶系下统地层，岩性以 灰岩、白云岩为主，局部夹页岩，作为坝基的寒武 系毛田组，均为灰岩、白云岩。 地层岩性特征：坝基出露地层为寒武系上统毛 田组第一段（∈ ），岩性为灰～深灰色微晶～致 坝，设计最大坝高８６．２ｍ，灌溉干渠总长 ８７．４８７ｋｍ，总灌溉面积为２０．１２×１Ｏ 亩。为一座 以灌溉、防洪为主，兼顾乡镇供水、发电、旅游等 综合效益的中型水利工程。 密灰岩，白云质灰岩与灰质白云岩互层，厚 ８５．８ｍ。沟、槽内充填溶蚀残留岩块、漂石、砂卵 砾石及粘土夹碎石，位于地下水位以下，含水量 大，密实度差，结构松散，遇水在机械扰动后即成 为流塑状的稀泥。 ２区域地质背景 区域地势总体由南西向北东逐渐降低，区内最 高峰椅子山海拔１６３１ｍ，最低秀山平原及平江河 地质构造特征：岩层走向５０。～８０。，倾向３２０。 ～谷，高程低于３４０ｍ，高差约１１９０ｍ。平江河及其 支流地形多为深山峡谷。本区在地貌上划分为三个 时期：大娄山期，高程１２００ｍ～１３００ｍ；山盆期， 又可分为两个亚期，山盆一期，高程１０００ｍ左右， 山盆二期，高程７００ｍ～８００ｍ；峡谷期（乌江期） ３５０。，倾向左岸偏下游，倾角左岸一般２５。～３５。， 向下游变化为１６。，右岸一般２８。～３５。。坝基河谷岩 层倾向下游偏左岸，岩层走向与河谷走向夹角约 ４０。，为斜向谷地质结构。地质构造上处于钟灵复式 背斜与平阳盖向斜交接部位，岩体受构造运动破坏 此期河谷急剧下切，除中途略有停顿外，形成高差 达２００ｍ～３００ｍ的深谷。据区域调查成果，本区 各主要河流沿岸断续发育有三级阶地和四层溶洞。 工程区碳酸盐岩大面积分布，占区域面积 大，结构面发育，地下水运动畅通，岩溶发育。 岩溶发育特征：溶蚀带集中在左岸Ｏ 曲页岩以 下与右岸Ｆ２断层以上。建基面以下溶蚀情况从 ３０ 至５０ｍ深度以下下降至５ 。 ３Ｏ 以上；强岩溶含水岩组包括∈ 、∈ｚ。、∈。 、 ０ 一Ｏ Ｏ。、Ｐ等，岩溶发育强烈，所含地下水 坝址防渗方案：左岸防渗线接Ｏ ａ页岩，长约 ４５８ｍ；河床采取悬挂帷幕方式，下限高程至 ３００ｍ，最大深度约１８５ｍ，右岸防渗线至ＺＫ１０孔， 作者简介：罗兴建（１９７５年一），男，工程师。 类型为岩溶水。隔水岩组包括前寒武系地层、 ∈ 、∈ ＋；、Ｏ Ｏ。、Ｓ等，为碎屑岩地层，以 基岩裂隙水为主。 ・ ９４ 。 设计与施工 长４９２ｍ。全长１５３６ｍ。 水利规划与设计 ２０１０年第５期 上游围堰渗水点位于Ｂ区（上游片），流入Ａ区基 坑，主要造成基坑排水与降水难度大。岩溶泉地下 ４坝基工程地质条件及其评价 基坑范围内，根据大坝轴线与坝基位置关系， 将大坝基础划分为两个区：位于坝轴线处的Ａ区 以及位于Ａ区上下游两侧的Ｂ区。 （１）坝基Ａ区 水均来自两岸山体，对降雨反应灵敏，径流通道连 通性好，流量基本代表最枯水期的泉流量。 （２）坝基Ｂ区 坝基Ｂ区位于坝基河床部分Ａ区的上下游两 侧地带。地形为两岸高、中间低，横河向斜坡坡角 １５。～２５。，上游片左岸为陡坎；上、下游高、向坝 轴线方向低，顺河向纵向坡角５。～１５。。高程４６０ｍ ￣大坝地基Ａ区位于坝基河床部分的中央地带， 位于坝轴线两侧。施工开挖后建基面地形为两岸 高、中间呈低槽；基坑右侧及中心偏右存在沿溶蚀 裂隙发育的溶槽。地基表面受溶沟、溶槽、溶洞等 溶蚀影响，起伏不平，通过清除溶蚀充填物，起伏 ４８９ｍ，高差近３０ｍ。地基表面受溶沟、溶槽、 溶洞等溶蚀现象影响，起伏不平，通过清除溶蚀充 填物，起伏差一般２ｍ～５ｍ，最大达１Ｏ余ｍ。溶 蚀形成的沟槽宽度０．２ｍ～１．８ｍ，最宽可达４．４ｍ。 溶洞直径１．３ｍ￣１０．７ｍ，最大直径可达１７．８ｍ。 Ｂ区出露地层岩性及其产状与Ａ区一样。上游 差一般２ｍ￣５ｍ，右侧陡坎最高达１０ｍ。开挖后揭 露的溶洞直径０．７ｍ～１３．０ｍ，最大直径可达 ３３．０ｍ。 上游与Ｂ区连接一带发育ｆ４断层错动带，产 状走向２７３。，倾向３。，倾角２１。，与岩层产状相 近，缓切层。断层带岩性为花斑状白云岩与角砾 岩，厚度在１０ｍ以上，溶蚀强烈，溶沟、溶槽发 育，充填粘土夹碎石。断层未溶蚀部分胶结好，强 度较高。基坑开挖已将断层暴露在地表，将直接作 为坝基。 片发育ｆ４断层错动带，产状走向２７３。，倾向３。，倾 角２１。，与岩层产状相近，缓切层。断层带岩性为花 斑状白云岩与角砾岩，厚度在１０ｍ以上，溶蚀强 烈，溶沟、溶槽发育，充填粘土夹碎石。断层未溶 蚀部分胶结好，强度较高。基坑开挖已将断层暴露 在地表，将直接作为坝基。溶蚀裂隙发育，主要有 走向３５。与走向６５。两组，陡倾，大部分溶蚀张开， 宽５ｍ～１０ｃｍ，部分发育形成溶洞，充填灰黄色粘 土夹砂砾石、碎石及溶蚀残留块石。基坑岩溶强烈 基坑岩体中小断层较发育，其发育规律主要有 三组，并以ｆｌ、ｆｌ０、ｆ５为控制性结构面，延伸长 度大，控制其它结构面的发育规模。所有断层均沿 断层带发生溶蚀，宽度较大的形成走向溶槽，如沿 发育，主要溶蚀现象有溶洞，溶沟、溶槽及岩溶泉。 较大的溶沟、溶槽共有３９条，溶洞共有１６个。 ｆ１断层带发育形成的ＪＫ—ＫＬ５５溶槽，伴随ｆ１走 向一直延伸，最宽处达２．５ｍ。 基坑中溶蚀裂隙发育，主要有走向４５。与走向 ６Ｏ。两组，陡倾，大部分溶蚀张开，宽５ｃｍ～ １０ｃｍ，经强烈溶蚀后形成溶沟、溶槽，宽ｌｍ～ 根据对坝基基坑表面岩溶的统计，溶蚀面积约 ４５２１ｍ。，相应平均面溶蚀率２４．７％，与前期勘察 结论基本一致。 坝基水文地质条件有两类：基坑渗水与岩溶地 下水，基坑渗水包括上游围堰渗水与导流明渠渗 水，渗水点有１９处，岩溶泉共有１６处。上游围堰 渗水早期分布在堰脚一带，随着基坑深挖、高程下 ３ｍ，局部发育形成溶洞，普遍充填灰黄色粘土夹 砂砾石、碎石及溶蚀残留块石。 基坑初步揭露出岩体时岩溶强烈发育，经施工 开挖后，大部分溶洞、溶沟、溶槽已经挖除。通过 现场施工地质编录，地基岩体中主要溶蚀现象有溶 降，渗水点逐渐向下游、向基坑中心迁移，渗水通 道的变化为早期通过堰底砂卵砾石层渗漏，而后变 化为先进入砂卵砾石，再进入基岩，通过基岩中的 洞，溶沟、溶槽及岩溶泉。较大的溶沟、溶槽共有 １０条，溶洞共有１６个。 岩溶通道发生渗漏。出水点的变化为：早期渗水为 清水，后期变为土黄色浑水，携带大量泥砂，而基 根据对Ａ区基坑表面溶蚀区域的统计，溶蚀 面积约１６５７．９ｍ。，相应平均面溶蚀率２０．５％，与 前期勘察结论基本一致。 坝基水文地质条件有两类：基坑渗水与岩溶地 下水。基坑渗水包括上游围堰渗水与导流明渠渗 水，导流明渠渗水在导流明渠断流后即停止渗漏， 坑底的渗水则从地下涌出，因围堰内外水头差，造 成出水点翻砂冒浆。 岩溶地下水以岩溶泉形式排向基坑，从溶洞、 溶蚀裂隙中流出，出水点一般位于基坑底四周坡 脚，水质清澈，在枯水期流量小。泉眼随着基坑开 挖深度下降，说明径流途径连通性好。 ・ ９５ ‘ 设计与施工 水利规划与设计 ２０１０年第５期 基坑中岩溶地下水对降雨的反应灵敏，随降雨 量增加流量加大，径流通道畅通。基坑渗水与上游 围堰及导流明渠水位同步变化，随水位增高而渗流 量加大。 区溶蚀残留岩体开挖或处理后仍可作为坝基占 ３０．９ ；Ⅲ区溶蚀填泥现状为流塑状态占２７．３ ， 不能作为坝基持力层，必须清除。 （２）坝基开挖原则：根据隘口水库工程《大坝 ５基岩体工程地质分区及其评价 隘口水库坝基岩体溶蚀强烈，通过各阶段工程 地质勘察及实际施工揭示情况，根据基坑溶蚀程度 基础开挖技术要求》中对Ａ区地基的开挖要求：Ａ 区心墙下灌浆廊道基础（坝轴线）开挖至溶蚀岩体工 区（带）顶面，心墙廊道上游５０ｍ、下游３０ｍ范围 基础全部挖除溶蚀填泥Ⅲ区（带）并尽可能挖至溶 对基坑岩体进行工程地质分区（带），其特征如下。 工区（带）。溶蚀岩体区（带）。主要特征为出 露成片基岩，以溶蚀裂隙及直径＜２．Ｏｍ的溶洞发 育为主，溶隙及溶洞中普遍充填黄色粘土夹砂砾 石、碎石。主要分布在河床两岸。根据初设报告， 工区岩体线溶蚀率在基岩面以下Ｏｍ～ｌＯｍ为 ３Ｏ ，ｌＯｍ～２０ｍ为２０ ，２０ｍ～３０ｍ为１Ｏ ， ３Ｏｍ～５０ｍ为５ ～１Ｏ ，５０ｍ以下为＜５ ，但 河床深部局部有大溶洞发育。施工地质勘察在右岸 坝轴线上游做了一次面积溶蚀率统计，统计高程 ４７１ｍ￣４７４ｍ，计算出面积溶蚀率为１９．１ ，与基 岩面以下１０ｍ￣２０ｍ２０ 的直线岩溶率接近。在现 场施工过程中发现，将基坑中已出露的连续基岩炸 开清除后，下部则出现一些溶蚀残留岩体区，再对 其进行开挖后，又会出现相对完整的连续岩体。这 一现象在基岩面以下Ｏｍ￣３０ｍ，可能会反复出现。 Ⅱ区（带）。溶蚀残留岩体区（带）。溶蚀残留 岩体区出露石柱，石芽，有基岩产状，下部与成片 基岩相连，其间发育溶沟，溶槽，并相互贯通，充 填灰黄色粘土夹砂砾石、碎石、块石。本区主要分 布在河床中心两侧、Ｉ区与Ⅲ区过渡地带。Ⅱ区在 剖面上的厚度为２．０～８．Ｏｍ，最厚可达１２．５ｍ。 根据施工过程中现场测量，土石比为２：ｌ～１：１， 即Ⅱ区的溶蚀率达５０ ～７５ 。 Ⅲ区（带）。溶蚀填泥区（带）。溶蚀填泥区充 填灰黄色粘土夹砂砾石、碎石、块石，无基岩出 露，位于地下水位以下，含水量大，结构松散，遇 水机械扰动后即成为流塑状的稀泥。本区主要分布 在河床中心溶蚀深槽内，大部分已开挖清除。 基坑岩体分区方式除在平面上分为溶蚀区外， 在剖面上也可分为同样性质的溶蚀带。 ６坝基地质缺陷处理方案 （１）坝基岩体利用：根据开挖后基坑情况将基 坑分为三个区，工区溶蚀岩体基岩底部基本连接， 可作为坝基岩体面积占坝基总面积的４１．８ ；Ⅱ ・ ９６ ‘ 蚀残留岩体Ⅱ区（带）的底部。对工区（带）内发育 的溶沟、溶槽开挖深度不得小于其宽度的２倍。 （３）坝基处理方案：心墙下灌浆廊道基础（坝 轴线）开挖至溶蚀岩体工区（带）顶面，心墙廊道 上游５０ｍ、下游３０ｍ范围基础全部挖除溶蚀填泥 Ⅲ区（带）并尽可能挖至溶蚀残留岩体Ⅱ区（带） 的底部后，采用Ｃ１５混凝土浇注至灌浆廊道基础 处；其它部位应挖除溶蚀填泥Ⅲ区（带），将基础 置于溶蚀残留岩体Ⅱ区中上部，将溶沟、溶槽回填 碎块石或Ｃ１５混凝土处理。 （４）坝基防渗方案：对坝基进行重点部位固结 灌浆处理，坝轴线上游５０ｍ，下游３０ｍ范围内固 结灌浆深度基本为３０ｍ，根据钻孔揭露的溶洞情 况可局部适当加深。根据前期勘察资料及灌浆试验 成果进行帷幕灌浆处理，建议施工中根据先导孑Ｌ试 验所确定的防渗底线，调整帷幕灌浆布置和深度。 ７ 结论 （１）隘口水库坝基位于寒武系毛田组灰岩、白 云岩中，断裂构造发育，岩溶强烈发育，岩溶水文 地质条件复杂。 （２）坝基Ａ、Ｂ两区岩溶发育，主要受控于断 层以及长大裂隙、层面及其组合，溶洞、溶沟、溶 槽、溶缝普遍发育，溶洞规模巨大。岩溶泉点地下 水均来自两岸山体，对降雨反应灵敏，径流通道连 通性好，流量基本代表最枯水期的泉流量。 （３）坝基岩体利用，工区溶蚀岩体可作为坝基 岩体、占４１．８ ，Ⅱ区溶蚀残留岩体开挖或处理 后仍可作为坝基、占３０．９ ；ｍ区溶蚀填泥现状 为流塑状态占２７．３ ，不能作为坝基持力层，必 须清除置换。 （４）坝基岩溶发育，须对坝基进行重点部位固 结灌浆处理、局部适当加深，根据前期勘察资料及 灌浆试验成果进行帷幕灌浆处理，建议施工中根据 先导孔试验所确定的防渗底线，调整帷幕灌浆布置 和深度。