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(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽，550002)

1 工程概況

角木塘水電站工程位于貴州省道真縣忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村放牛坪，為芙蓉江水電梯級開發(fā)中的第10級，上銜官莊電站，下接浩口電站。推薦壩址為上上壩址。

角木塘水電站工程水庫校核洪水位387.034m，總庫容3259萬m3，正常蓄水位383m，相應(yīng)庫容為2332萬m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。電站裝機容量70MW。

2 壩址河段基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

壩址區(qū)選擇河段位于角木塘大橋下游翻嶺～肖家1.5km長河段上，河段多為深切的“V”型狹窄河谷，河流總體呈N35°～55°E展布。Ⅰ級階地分布于下下壩址左岸緩坡平臺，Ⅱ級階地分布于左岸放牛坪緩坡臺地，壩址河段屬低中～低山丘陵溶蝕～侵蝕地貌區(qū)。

2.2 地層巖性

壩址河段主要出露以下地層，地層倒轉(zhuǎn)，巖性分述如下：

(2)志留系(S)

中統(tǒng)韓家店組(S2h)：黃色、黃綠色、灰綠色頁巖夾薄層粉砂巖，偶見灰?guī)r透鏡體，厚390m～682m，出露于左岸。

(3)二疊系(P)

二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)：為鋁土質(zhì)頁巖及粘土巖，假整合于志留系中統(tǒng)韓家店組之下，厚2m。

二疊系中統(tǒng)棲霞組(P2q)：灰色厚層塊狀有機質(zhì)生物碎屑灰?guī)r，夾少量有機質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，厚106.0m，主要分布于左岸。

二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)：灰色中～厚層灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，夾薄層泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)，含燧石團塊，厚約75.0m，主要分布于右岸。

二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P3w)：上部為灰色灰?guī)r，下部為灰色灰?guī)r與泥巖不等厚互層，含少量粉砂巖，底部為粘土巖，厚約125.0m，主要分布于右岸。

長興組(P3c)：灰色、深灰色中至厚層灰?guī)r含少許燧石團塊，厚52m～67m，分布于右岸。

(4)第四系(Q)

沖洪積層(Qal+pl)：砂、卵石、礫石夾漂石，厚一般9.0m～27.0m，分布于河床。

崩塌堆積體(Qcol)：塊石、殘坡積粘土夾碎石、塊石夾少量粘土，厚約0～70.4m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址河段主要發(fā)育三會沖斷層(F1)和順河向F2斷層，F(xiàn)1斷層走向N15°～20°E，傾向NW，傾角35°～50°，斷層破碎帶寬度15m～40m，斷層上盤為寒武系地層，下盤為志留系、二疊系地層組成。

F2斷層走向N15°～50°E，傾向NW，傾角70°～75°，平面走向呈“～”型展布，延伸長約3km。

左岸巖層產(chǎn)狀270°～315°∠23°～49°，右岸巖層產(chǎn)狀100°～130°∠30°～72°。

2.4 溶蝕風(fēng)化狀況

強風(fēng)化帶為結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化強烈，風(fēng)化裂隙發(fā)育，完整性較差，力學(xué)強度低；弱風(fēng)化(裂隙性溶蝕風(fēng)化)上帶為沿結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象較普遍，巖體完整性受溶蝕風(fēng)化影響明顯，強度略有下降；下帶為沿部分結(jié)構(gòu)面有溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象，溶蝕充泥或夾泥膜現(xiàn)象少見，巖體完整性受結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化影響輕微，巖體強度降低不明顯[1]。河段P2m地層軟弱夾層較發(fā)育，巖體破碎，溶蝕風(fēng)化深，P3w地層為互層巖體，泥巖、粘土巖分布廣泛，風(fēng)化深。

2.5 巖溶水文地質(zhì)條件

左岸分布有S2h相對隔水層，右岸亦分布有P3w下部互層巖體相對隔水層，受隔水層控制，壩址河段巖溶主要發(fā)育于P2q、P2m地層中，通過地質(zhì)測繪、鉆孔、物探及平硐等勘察手段未發(fā)現(xiàn)有較大規(guī)模地表及隱伏溶洞發(fā)育，巖溶現(xiàn)象主要為巖體表層的溶蝕風(fēng)化。

2.6 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

壩址河段主要分布五處較大規(guī)模的崩塌堆積體，左岸分布有兩處：ⅠBT、ⅡBT，右岸分布有三處：ⅢBT、ⅣBT、ⅤBT，各崩塌體分布位置見圖1。

圖1 壩址河段地質(zhì)簡圖

3 壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

3.1 上壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

(1)地質(zhì)條件

上壩址為原規(guī)劃壩址，河谷呈不對稱“V”型谷，河床高程342.4m～343.0m，天然河谷寬高比為3.6，左壩肩出露P2q生物碎屑灰?guī)r，右壩肩出露P2m灰?guī)r夾泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)，右壩肩發(fā)育F2斷層，壩址未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的巖溶現(xiàn)象，僅在左岸河床上游一帶發(fā)育一巖溶泉KS2，高程347.81m，枯季流量為10L/s～20L/s，為地下水補給河水，左岸巖體強風(fēng)化深度達45m，河床達35m，右岸達75m，河床覆蓋層厚27m，左岸壩肩分布有Ⅱ號崩塌堆積體、右壩肩分布有Ⅴ號崩塌堆積體，左岸堆積體厚0～39.4m，主要成分為塊石、殘坡積粘土夾碎石，結(jié)構(gòu)松散，右岸崩塌堆積體厚27m～70.4m，主要成分為大塊石、塊石及少量碎石夾粘土，厚度大，結(jié)構(gòu)松散。

(2)主要地質(zhì)問題

壩址處在崩塌堆積體上，堆積體深厚，基巖埋深大，結(jié)構(gòu)松散，施工開挖量大，開挖形成的高邊坡及壩肩的穩(wěn)定性問題突出；水庫蓄水后，庫首Ⅰ號堆積體和Ⅳ號堆積體的穩(wěn)定性對大壩主要建筑物的影響問題及工程處理投資費用巨大。

3.2 下壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

(1)地質(zhì)條件

下壩址為原規(guī)劃壩址，位于上壩址下游250m，呈不對稱“V”型谷，河床高程342.0m，天然河谷寬高比為4.5，左壩肩出露S2h砂泥巖和P2q生物碎屑灰?guī)r，右壩肩出露P2m灰?guī)r夾泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)和P3w互層巖體，河床發(fā)育F2斷層，壩址上游左右65m發(fā)育一溶洞，溶洞分布高程356m，可見延伸長大于30m，寬0.1m～2.6m，高0.5m～7.2m，主要沿平行河床的卸荷裂隙發(fā)育，左岸巖體強風(fēng)化深度達15m，河床達20m，右岸達53m，河床覆蓋層厚14.9m，右壩肩分布有Ⅴ號崩塌堆積體，堆積體厚14.9m～47.5m，主要成分為大塊石、塊石及少量碎石夾粘土，厚度大，結(jié)構(gòu)松散。

(2)主要地質(zhì)問題

右壩肩及河床處在崩塌堆積體上，堆積體深厚，基巖埋深大，結(jié)構(gòu)松散，施工開挖量大，右壩肩開挖形成的高邊坡及壩肩的穩(wěn)定性問題突出；水庫蓄水后，庫首Ⅱ號堆積體和Ⅴ號堆積體的穩(wěn)定性對大壩主要建筑物的影響問題及工程處理投資費用巨大。

3.3 下下壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

(1)地質(zhì)條件

下下壩址為新選壩址，位于下壩址下游320m，呈不對稱“V”型谷，左緩右陡，河床高程341.5m，天然河谷寬高比為5.8，左壩肩出露S2h砂泥巖和P2q生物碎屑灰?guī)r，河床出露P2m灰?guī)r夾泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)，右壩肩出露P3w互層巖體，河床發(fā)育F2斷層，壩址未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的巖溶現(xiàn)象，左岸巖體強風(fēng)化深度達24m，河床達28m，右岸達35m，左岸覆蓋層厚9m，河床24.2m，主要成分為砂、卵石、礫石夾漂石，厚度大，結(jié)構(gòu)松散。

(2)主要地質(zhì)問題

右岸為軟硬相間巖體，平硐揭露巖體變形嚴重且破碎，巖體強風(fēng)化深、強度低，右壩肩施工開挖工程量大及高邊坡穩(wěn)定問題突出，河床砂卵石層較厚，結(jié)構(gòu)松散，施工開挖形成的基坑邊坡穩(wěn)定問題突出。

庫首右岸Ⅴ號崩塌堆積體規(guī)模巨大，基巖面埋深較大，水庫蓄水后，隨著庫水位的上升，臨空的高邊坡自下而上逐漸被庫水淹沒，巖土物理力學(xué)參數(shù)逐漸降低，庫岸邊坡產(chǎn)生突發(fā)性滑坡可能性大，且易形成堰塞湖，對大壩建筑物及上游城鎮(zhèn)居民等造成重大危害。

3.4 上上壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題

(1)地質(zhì)條件

上上壩址為新選壩址，位于上壩址上游2km，距左岸I號崩塌堆積體邊線約480m～500m，呈基本對稱“V”型谷，河床高程350m，天然河谷寬高比為4.1，兩岸基巖多裸露，左壩肩上部出露S2h砂泥巖，中下部出露P2q生物碎屑灰?guī)r，巖體較完整，河床出露P2q生物碎屑灰?guī)r和P2m灰?guī)r夾泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)，右壩肩出露P2m灰?guī)r夾泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)和P3w互層巖體，河床發(fā)育F2斷層，受斷層影響，P2m巖體破碎，巖體風(fēng)化較深，兩壩肩上部均分布相對隔水層，巖溶發(fā)育主要集中在P2q+m地層中，壩區(qū)主要發(fā)育溶溝、溶槽及溶蝕裂隙，未見大規(guī)模溶洞，左岸巖體強風(fēng)化法向厚度3m～5m，河床厚3m～7m，右岸厚8m～15m，河床覆蓋層厚10m～15m，主要成分為砂、卵石、礫石夾漂石，壩址下游右岸160m～430m處分布有Ⅲ號崩塌堆積體，堆積體厚0～11.0m，主要成分為殘坡積碎石土夾塊石，結(jié)構(gòu)松散，埋深淺。

兩壩肩均為硬質(zhì)巖，地形基本對稱，兩岸基巖多裸露，巖體強度較高，兩岸分布有相對隔水層，防滲條件較好，具備成庫建壩地質(zhì)條件。

(2)主要地質(zhì)問題

右岸下游分布的Ⅲ號崩塌堆積體，分布范圍小，厚度小，主要對廠房、發(fā)電尾水及大壩泄洪有影響，施工中在右岸河岸坡一帶建議修擋土墻進行防護。

壩后電站開挖形成高邊坡，巖體風(fēng)化深，巖體破碎，邊坡穩(wěn)定問題突出。

4 崩塌堆積體對壩址影響評價

ⅠBT堆積體分布在上上壩址左岸下游，總體積約1380萬m3，距離較近，上上壩址泄洪對ⅠBT堆積體穩(wěn)定有影響，ⅠBT堆積體的穩(wěn)定性對下游上壩址、下壩址、下下壩址水工建筑物影響較大。

ⅡBT堆積體位于上壩址左岸，總體積約97.33萬m3，對上上壩址影響小，對上壩址、下壩址、下下壩址水工建筑的影響較大。

ⅢBT堆積體位于上上壩址下游右岸，總體積約47.6萬m3，對下游上壩址、下壩址、下下壩址水工建筑的影響程度不太大，上上壩址泄洪對堆積體穩(wěn)定有一定影響。

ⅣBT堆積體分布在ⅠBT的對岸，即上上壩址的下游，對上上壩址影響較小，其穩(wěn)定性對下游原上壩址、下壩址、下下壩址水工建筑的影響較大。

ⅤBT堆積體分布在上、下壩址的右岸，總體積約2072萬m3，右岸堆積體較厚，對上、下壩址、下下壩址影響大，若在特定的條件下大面積坍塌形成堰塞湖，將對上上壩址的廠房和大壩有影響[2]。

5 壩址比選

根據(jù)上上壩址、上壩址、下壩址、下下壩址工程地質(zhì)條件，結(jié)合水工、施工布置等因素[3]，綜合比較詳見表1。

由表1可知，壩址均以重力壩方案為代表方案。經(jīng)過充分技術(shù)、經(jīng)濟比較，壩址河段巖體風(fēng)化深、巖體破碎、河床覆蓋層深等問題均可通過工程措施處理，下下壩址雖然具備建壩地質(zhì)條件，但庫首左岸分布有ⅠBT、ⅡBT、右岸分布有ⅢBT、ⅣBT、ⅤBT崩塌堆積體，工程風(fēng)險大；下壩址右壩肩處在ⅤBT崩塌堆積體中，上壩址左岸壩肩處在ⅡBT崩塌堆積體、右壩肩處在ⅤBT崩塌堆積體中，上、下兩壩址庫首左岸上游放牛坪一帶分布有ⅠBT崩塌堆積體，水庫蓄水后，原本處于臨空狀態(tài)的局部庫區(qū)邊坡，隨著庫水位的升降會產(chǎn)生逐漸或急劇變化，將產(chǎn)生庫岸邊坡崩塌、滑塌。由于自然條件的改變，使得水庫邊坡在蓄水后發(fā)生變形破壞，邊坡的松散堆積體受到水的長期浸泡后，力學(xué)參數(shù)降低，邊坡破壞從前緣段逐漸向內(nèi)淘蝕、坍塌破壞，對大壩建筑物和人員造成重大危害。

根據(jù)崩塌堆積體穩(wěn)定計算分析，擬選上上壩址時，除Ⅲ號崩塌堆積體在短暫狀況下不穩(wěn)定外，在其余運用情況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，其余4個崩塌堆積體在各種運用情況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)；擬選其余3個壩址時，各崩塌體在偶然狀況下基本處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在短暫狀況下大多處于不穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)，在正常運用情況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)或基本穩(wěn)定狀態(tài)。

上上壩址基本避開了崩塌堆積體復(fù)雜地質(zhì)條件，工程地質(zhì)條件明顯優(yōu)于上壩址、下壩址、下下壩址，上上壩址作為預(yù)可研設(shè)計階段的代表壩址。

表1 壩址綜合比較

6 結(jié)論

根據(jù)建壩河段地質(zhì)條件，對上上、上、下、下下壩址地質(zhì)條件及主要地質(zhì)問題進行了比較，上上壩址基本避開了5個崩塌堆積體，從而降低了工程建設(shè)的風(fēng)險及投資，上、下壩址均處于崩塌堆積體上，下壩址庫首、庫區(qū)均分布崩塌堆積體，綜合分析比較，上上壩址為角木塘水電站最優(yōu)壩址。

通過綜合勘察總結(jié)出，芙蓉江下游河段多出露P2m地層，具有巖性復(fù)雜、夾層多、且軟弱、巖體破碎、風(fēng)化深、岸坡崩塌堆積體分布廣泛的特點[4]，為類似河段壩址選址提供工程借鑒經(jīng)驗。