淺析水利工程壩址選擇的工程地質勘察

　　1.引言

　　水工建築物不同於其他建築物，有其自身的特點。因水工建築物的建成，而使廣大範圍內的水文和水文地質條件發生變化。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、設計、施工全過程，否則，後果極其嚴重。在壩址選擇時除了考慮主體建築物攔水壩的地質條件外，還應研究包括溢洪、引水、電廠、航閘等建築物的地質條件，為規劃、設計和施工提供可靠依據。

　　2.壩址選取的工程地質勘察

　　在自然界中，地質條件完美的壩址很少，尤其是大型的水利樞紐，對地質條件的要求很高，更不能完全滿足建築物的要求。所謂“最優方案”是比較而言的，最優壩址在地質上也會存在缺陷。所以在壩址選擇時，應當考慮不同方案，並採取改善不良地質條件的處理措施。因此，地質條件較差，預計處理困難，投資高昂的方案，應首先被否定。壩址選擇時，工程地質論證的主要內容包括區域穩定性、地形地貌、岩土性質、地質構造、水文地質條件和物理地質作用以及建築材料等，還要預計到可能產生的工程地質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 區域穩定性

　　區域穩定性問題的研究在水利水電建設中具有特別重要的意義。圍繞壩址或要開發的河段，對區域地殼穩定性和區域場地穩定性進行深入研究是一項戰略任務。特別是地震的影響直接關係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，但對於重大的水利樞紐工程要進行地震危險性分析和地震安全性評價。因此，對於大型水電工程，在可行性研究階段，應組織專門力量解決區域穩定性評價。

　　2.2 地形地貌

　　地形地貌條件是確定壩型的主要依據之一，同時，它對工程佈置和施工條件有制約作用。狹窄、完整的基岩“V”型谷適合修建拱壩，寬高比大於2的“U”型基岩河谷區宜修建混凝土重力壩或砌石壩。寬敞河谷地區岩石風化較深或有較厚的鬆散沉積層，一般適於修建土壩。不同地貌單元，其巖性、結構有其自身的特點，如河谷開闊地段，其階地發育，二元結構和多元結構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，在壩址比選時要充分考慮地形、地貌條件。

　　2.3 岩土性質

　　岩土性質對建築物的穩定來說十分重要，對壩址的比選具有決定性意義。因此，在壩址比選時，首先要考慮岩土性質。修建高壩，特別是混凝土壩，應選擇堅硬、完整、新鮮均勻、透水性差而抗水性強的岩石作為壩址。我國已建和正在施工的70餘座高壩中，有半數建於強度較高的岩漿岩地基上，其餘的絕大多數建於片麻岩、石英岩和砂岩上，而建於可溶性碳酸鹽巖、強度低易變形的頁岩、千枚巖上的極少。通過結合工程實踐，根據不同成因型別岩土的建壩適宜性及其主要問題作簡要概述。

　　1侵入的塊狀結晶岩體，一般緻密堅硬、均一、完整、強度大、抗水性強、滲透性弱，是修建高混凝土壩最理想的地基，其中尤以花崗岩類為最佳。這類岩石需注意它們與圍巖以及不同侵入期的邊緣接觸面，平緩的原生節理，風化殼和風化夾層的分佈，選壩時避開這些不利因素。

　　2噴出巖類強度較高、抗水性強，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岩石上。噴出巖的噴發間斷面往往是弱面，存在風化夾層、夾泥層及鬆散的砂礫石層，還有凝灰岩的泥化和軟化等，對壩基抗滑穩定性的影響不可忽視。此外，玄武岩中的柱狀節理，透水性很強，在選壩時也須注意研究。例如：桑乾河幹流上的山西省冊田水庫大壩壩基為新生代的玄武岩，柱狀節理極發育，壩基及繞壩滲漏嚴重，影響著水庫效益。

　　3深變質的片麻岩、變粒巖、混合巖、石英岩等，強度高、抗水性強、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，應避開軟弱礦物富集的片岩如雲母片岩、石墨片岩、綠泥石片岩、滑石片岩。在淺變質岩的板岩、千枚巖區，應特別注意岩石的軟化和泥化問題。

　　4沉積岩中，以厚層的砂岩和碳酸鹽巖為較好的壩基。這類岩石壩基較岩漿岩、變質岩的條件複雜。這是因為在厚層硬岩層中常夾有軟弱岩層，這些夾層力學強度低，抗水能力差，易構成滑移控制面。碎屑岩類如礫岩、砂岩等，強度與膠結物型別有關，一些膠結物在水的作用下可能產生溶解、軟化、崩解、膨脹等。在構造變動下往往發生層間錯動，經過次生作用易於發生泥化。在壩址比選時必須十分注意這一問題。此外，碳酸鹽巖的岩溶洞穴和裂隙的發育，可能會產生嚴重的滲漏。

　　另外，在壩址比選中，河床鬆散覆蓋層具有重要意義。修建高混凝土壩，壩體必須座落在基岩之上，若河床覆蓋層過厚，就會增加壩基的開挖工程量，使施工條件複雜化。所以當其他條件大致相同時，應將壩址選擇在覆蓋層較薄的地段。有的河段因覆蓋層過厚，只得採用土石壩型。比選鬆散土體壩基的壩址時，須研究滲漏、滲透變形和振動液化等問題，而且應避開如淤泥類土等軟弱、易變形土層。

　　2.4 地質構造

　　地質構造在壩址選擇中同樣佔有重要地位，對變形較為敏感的剛性壩來說更為重要。在地震強烈活動或活動性斷裂發育的地區，選壩時應儘量避開或遠離活斷層，而位於區域穩定條件相對較好的地塊上。在選壩前的可行性研究時，應進行區域地質研究，查明區域構造格局，尤其要查明目前仍持續活動或可能活動斷裂的分佈、型別、規模和錯動速率，並預測發生水庫誘發地震的可能及震級。國外有些水壩就因橫跨活斷層而壩體被錯開或致垮壩。地質構造也經常控制壩基、壩肩巖體的穩定。在層狀巖體分佈地區，傾向上游或下游的緩傾岩層中存在層間錯動帶時，在後期次生作用下往往演化為泥化夾層，若有其他構造結構面切割的話，對壩基抗滑穩定極為不利，在選壩時應特別注意。因為緩傾岩層的構造變動一般較輕微，容易被忽視。陡傾甚至倒轉岩層，由於構造形變強烈，岩石完整性受到強烈破壞，在選壩時更要特別注意查清壩基內緩傾角的壓性斷裂。總之，要儘可能選擇巖體完整性較好的構造部位作壩址，避開斷裂、裂隙強烈發育的地段。

　　2.5 水文地質條件

　　在以滲漏問題為主的岩溶區和深厚河床覆蓋層上選壩時，水文地質條件應作為主要考慮的因素。從防滲角度出發，岩溶區的壩址應儘量選在有隔水層的橫谷、且陡傾岩層傾向上游的河段上。同時還要考慮水庫有否嚴重的滲漏問題，庫區最好是強透水層底部有隔水岩層的縱谷，且兩岸的地下分水嶺較高。當岩溶區無隔水層可以利用的情況下，壩址應儘可能選在弱岩溶化地段。這就要求仔細分析研究岩層結構、地質構造和地貌條件。

　　2.6 物理地質作用

　　影響地址選擇的物理地質作用較多，諸如岩石風化、岩溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但從一些水庫失事例項來看，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省工程量和投資，所以選擇壩址時總希望找最窄的峽谷段。但是，峽谷地段往往存在岸坡穩定問題，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，河谷左岸由花崗岩和三疊紀砂岩及石灰岩構成。右岸是里亞斯頁岩，表面上看來巖體較完整，後經鑽探發現頁岩下面為古河床相的砂礫石層，表明了頁岩是古滑坡體物質，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 天然建築材料

　　天然建築材料也是壩址選擇的一個重要因素。壩體施工常常需要當地材料，壩址附近是否有質量合乎要求，儲量滿足建壩需要的建材，如砂石、黏土等，是壩址選擇應考慮的。天然建築材料的種類、數量、質量及開採條件及運輸條件對工程的質量、投資影響很大，在選擇壩址時應進行勘察。

　　3.結語

　　從實踐表明，選擇壩址是水利水電建設中一項具有戰略意義的工作，它直接關係到水工建築物的安全、經濟和正常使用。工程地質條件在選壩中佔有極其重要的地位，選擇一個地質條件優良的壩址，並據此合理配置水利樞紐的各個建築物，以便充分利用有利的地質因素、避開或改造不利的地質因素。