1、水利工程中坝址选取和地下水水文地质勘察方面的问题探讨摘要：本文通过对工程地质相关问题的论述，并结合水利工程的实际情况，对水利工程中如何选择合适的坝址和避免地下水引起的岩土工程危害的措施做了详细的探讨，供大家参考。 关键词：水利工程坝址；地质勘察；问题；措施 中图分类号： TV 文献标识码： A 1 前言 水工建筑物不同于其他建筑物，有其自身的特点。因水工建筑物的建成，会使广大范围内的水文和水文地质条件发生变化。这种变化、可能引起水库岸坡再造、水库渗漏、水库淤积和坝下游河床冲刷等。因此，必须重视勘察、设计、施工全过程，否则，后果极其严重。在坝址选择时除了考虑主体建筑物拦水坝的地质条件外，还应研究
2、包括溢洪、引水、电厂、航闸等建筑物的地质条件，为规划、设计和施工提供可靠依据。 2 坝址选取的工程地质勘察 在自然界中，地质条件完美的坝址很少，尤其是大型的水利枢纽，对地质条件的要求很高，更不能完全满足建筑物的要求。所谓“最优方案”是比较而言的，最优坝址在地质上也会存在缺陷。所以在坝址选择时，应当考虑不同方案，并采取改善不良地质条件的处理措施。因此，地质条件较差，预计处理困难，投资高昂的方案，应首先被否定。坝址选择时，工程地质论证的主要内容包括区域稳定性、地形地貌、岩土性质、地质构造、水文地质条件和物理地质作用以及建筑材料等，还要预计到可能产生的工程地质问题和处理这些问题的难易程度，工作量大小
3、等，下面分别论述。 (一)区域稳定性 区域稳定性问题的研究在水利水电建设中具有特别重要的意义。围绕坝址或要开发的河段，对区域地壳稳定性和区域场地稳定性进行深入研究是一项战略任务。特别是地震的影响直接关系着坝址和坝型的选择，一般情况下地震烈度由地震部门提供，但对于重大的水利枢纽工程要进行地震危险性分析和地震安全性评价。因此，对于大型水电工程，在可行性研究阶段，应组织专门力量解决区域稳定性评价。 (二)地形地貌 地形地貌条件是确定坝型的主要依据之一，同时，它对工程布置和施工条件有制约作用。狭窄、完整的基岩“V”型谷适合修建拱坝，宽高比大于 2 的“U”型基岩河谷区宜修建混凝土重力坝或砌石坝。宽敞河
4、谷地区岩石风化较深或有较厚的松散沉积层，一般适于修建土坝。不同地貌单元，其岩性、结构有其自身的特点，如河谷开阔地段，其阶地发育，二元结构和多元结构往往存在渗漏和渗透变形问题。古河道往往控制着渗漏途径和渗漏量等。因此，在坝址比选时要充分考虑地形、地貌条件。(三)岩土性质 岩土性质对建筑物的稳定来说十分重要，对坝址的比选具有决定性意义。因此，在坝址比选时，首先要考虑岩土性质。修建高坝，特别是混凝土坝，应选择坚硬、完整、新鲜均匀、透水性差而抗水性强的岩石作为坝址。我国已建和正在施工的 7O 余座高坝中，有半数建于强度较高的岩浆岩地基上，其余的绝大多数建于片麻岩、石英岩和砂岩上，而建于可溶性碳酸盐岩、
5、强度低易变形的页岩、千枚岩上的极少。通过结合工程实践，根据不同成因类型岩土的建坝适宜性及其主要问题作简要概述。 1侵入的块状结晶岩体，一般致密坚硬、均一、完整、强度大、抗水性强、渗透性弱，是修建高混凝土坝最理想的地基，其中尤以花岗岩类为最佳。这类岩石需注意它们与围岩以及不同侵入期的边缘接触面，平缓的原生节理，风化壳和风化夹层的分布，选坝时应避开这些不利因素。 2喷出岩类强度较高、抗水性强，也是较理想的坝基。我国东南沿海、华北和东北有不少大坝坐落在这类岩石上。喷出岩的喷发间断面往往是弱面，存在风化夹层、夹泥层及松散的砂砾石层，还有凝灰岩的泥化和软化等，对坝基抗滑稳定性的影响不可忽视。此外，玄武岩
6、中的柱状节理，透水性很强，在选坝时也须注意研究。 3深变质的片麻岩、变粒岩、混合岩、石英岩等，强度高、抗水性强、渗透性差，也是较理想的坝基。但是在这类岩体中选坝址，必须注意片理面的各向异性及软弱夹层的存在，选坝时，应避开软弱矿物富集的片岩(如云母片岩、石墨片岩、绿泥石片岩、滑石片岩)。在浅变质岩的板岩、千枚岩区，应特别注意岩石的软化和泥化问题。 4沉积岩中，以厚层的砂岩和碳酸盐岩为较好的坝基。这类岩石坝基较岩浆岩、变质岩的条件复杂。这是因为在厚层硬岩层中常夹有软弱岩层，这些夹层力学强度低，抗水能力差，易构成滑移控制面。碎屑岩类如砾岩、砂岩等，强度与胶结物类型有关，一些胶结物在水的作用下可能产生
7、溶解、软化、崩解、膨胀等。在构造变动下往往发生层间错动，经过次生作用易于发生泥化。在坝址比选时必须十分注意这一问题。此外，碳酸盐岩的岩溶洞穴和裂隙的发育，可能会产生严重的渗漏。 另外，在坝址比选中，河床松散覆盖层具有重要意义。修建高混凝土坝，坝体必须座落在基岩之上，若河床覆盖层过厚，就会增加坝基的开挖工程量，使施工条件复杂化。所以当其他条件大致相同时，应将坝址选择在覆盖层较薄的地段。有的河段因覆盖层过厚，只得采用土石坝型。比选松散土体坝基的坝址时，须研究渗漏、渗透变形和振动液化等问题，而且应避开如淤泥类土等软弱、易变形土层。 (四)地质构造 地质构造在坝址选择中同样占有重要地位，对变形较为敏感
8、的刚性坝来说更为重要。在地震强烈活动或活动性断裂发育的地区，选坝时应尽量避开或远离活断层。而位于区域稳定条件相对较好的地块上。在选坝前的可行性研究时，应进行区域地质研究，查明区域构造格局，尤其要查明目前仍持续活动或可能活动断裂的分布、类型、规模和错动速率，并预测发生水库诱发地震的可能及震级。国外有些水坝就因横跨活断层而坝体被错开或致垮坝。地质构造也经常控制坝基、坝肩岩体的稳定。在层状岩体分布地区，倾向上游或下游的缓倾岩层中存在层间错动带时，在后期次生作用下往往演化为泥化夹层，若有其他构造结构面切割的话，对坝基抗滑稳定极为不利，在选坝时应特别注意。因为缓倾岩层的构造变动一般较轻微，容易被忽视。陡
9、倾甚至倒转岩层，由于构造形变强烈，岩石完整性受到强烈破坏，在选坝时更要特别注意查清坝基内缓倾角的压性断裂。总之，要尽可能选择岩体完整性较好的构造部位作坝址，避开断裂、裂隙强烈发育的地段。 (五)水文地质条件 在以渗漏问题为主的岩溶区和深厚河床覆盖层上选坝时，水文地质条件应作为主要考虑的因素。从防渗角度出发，岩溶区的坝址应尽量选在有隔水层的横谷、且陡倾岩层倾向上游的河段上。同时还要考虑水库有否严重的渗漏问题，库区最好是强透水层底部有隔水岩层的纵谷，且两岸的地下分水岭较高。当岩溶区无隔水层可以利用的情况下，坝址应尽可能选在弱岩溶化地段。这就要求仔细分析研究岩层结构、地质构造和地貌条件。 (六)物理
10、地质作用 影响地址选择的物理地质作用较多，诸如岩石风化、岩溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但从一些水库失事实例来看，滑坡对选择坝址的影响较大。在河谷狭窄的河段上建坝可节省工程量和投资，所以选择坝址时总希望找最窄的峡谷段。但是，峡谷地段往往存在岸坡稳定问题，一定要慎重研究。如法国罗曼什河上游一坝址，地形上系狭窄河段，河谷左岸由花岗岩和三叠纪砂岩及石灰岩构成。右岸是里亚斯页岩，表面上看来岩体较完整，后经钻探发现页岩下面为古河床相的砂砾石层，表明了页岩是古滑坡体物质，滑坡作用将河槽向左岸推移了 70m。因而只得放弃该坝址而另选新址。 (七)天然建筑材料 天然建筑材料也是坝址选择的一个重要因素。坝体施工常常
11、需要当地材料，坝址附近是否有质量合乎要求，储量满足建坝需要的建材，如砂石、黏土等，是坝址选择应考虑的。天然建筑材料的种类、数量、质量及开采条件及运输条件对工程的质量、投资影响很大，在选择坝址时应进行勘察。 3 地下水引起的岩土工程危害 地下水引起的岩土工程危害，主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。 31 地下水升降变化引起的岩土工程危害 在工程勘察中要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性变化雨季水位水位上升旱季水位下降。地下水位的天然变化是区域性。渐变的。而且变幅较小但是，人为因素引起的局部性地下水为升降变化的幅度往往大于天然变
12、化所引起的岩土工程危害更为严重。 （1）水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影响，有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工程可能造成如下影响；土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强：斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质现象：一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化：引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象；地下洞室充水淹没，基础上浮、建筑物失稳。(2)地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的，如集中大量抽取地
13、下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降，常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题对岩土体、建筑物的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。 32 地下水位对岩土物理力学性质的影响 地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，严重若形成地裂，引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水升降频繁时或变化幅度大时。不仅使岩土的膨胀收缩变形往复。而且会导致岩土的膨胀收缩幅度加大。因此，在膨胀性岩土地区进行工程勘察时应特别注意对场地水文地质条件的研究 特别地下水往往升降变化中高度和变化规律这对地基基础深
14、度的选择(宜选在第下水位以上或地下水位以下，不宜选在地下水位变动带内)有主要的参考价值。 在建筑工程的地基内，当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时，就能直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围内上升时，软化地基土，使其强度降低、压缩性增大，建筑物可能产生较大的沉降变形若水位在压缩层范围下降时，岩土的自重应力增加，可能引起地基基础的附加沉降，如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏 在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下，具有明显的变化规律土体从上到下，有天然含水量、孔隙比由小大一小，压缩模盆、承载力由大一小一大的变化规律。这是由于地下水位以上部位，经长期淋
15、滤作用 铁铝富集，并对土颗粒起胶结和充填作用，增大了土拉间连接力，往往形成“硬壳层” 因而含水、孔隙比小而压缩模和承载力增高而位于地下水位变动带的土层，由于地下水积极交替，土中的铁铝成分流失，土质变松，因而含水量、 L 隙比增大，压缩模量、承载力降低位于地下水位以下的土层，由于地下水交替缓慢，氧化、水解作用减弱，加之上覆土层的自重压力作用。土质比较密实。因而含水贫、孔隙比减小，压缩模、承载力增岩土特别是各类软质岩石、风化残积土、不同成因的粘性土等，其物理力学性质的变化规律 与地下水位有着密切的联系。因此，在分析研究岩土物理力学的变化规律时。应充分重视地下水位这一重要影响因素。 33 地下水动水
16、压力作用引起的岩土工程危害 地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，但是在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件，在一定的动水压力作用下，往往会引起一些严重的岩土工程危害。如流砂、管涌、基坑突涌等。 4 水文地质试验和地下水监测 水文地质试验是水利水电工程地质勘察中的一个重要环节。通过水文地质试验，求取岩土层的水文地质参数，可以判定岩土层的透水性，评价工程的渗透稳定性。 水文地质试验包括抽水试验、压水试验、注水试验、渗水试验以及水位阪复试验等等。不同的地层条件下，选用适宜的试验项目和计算公式。一般地，砂砾（卵）石层和河边地层中适宜做抽水试验和提水后的水位恢复试验，基岩做压水试验，填土、
17、含泥砂土和粘性土层适宜做注水、渗水试验。文献对每一种水文地质试验的操作规程都有明确而详细的规定。必须按规程的规定连接设备和进行操作，使用合格的水表、秒表、水位仪、压力表等，观测足够长的时间，确保每 个试验观测数据的准确性，减少误差。一般晴况下，应查明地下水位的初见水位、稳定水位、地下水的水质、地下水的补给条件等，对地下水实行动态监测。为此，钻探时不要使用泥浆，保证水位和水质测量真实；监测各孔的日期要尽量统一，以便于比对；要在不同深度取水样做水质分析，评价地下水的腐蚀性；要收集当地水文、气象资料，分析地下水与地表水体的补排关系；要论述地下水对岩土工程的不良现象、危害程度，提出防治措施。 5 结语 从实践表明，选择坝址是水利水电建设中一项具有战略意义的工作，它直接关系到水工建筑物的安全、经济和正常使用。应在充分分析场地工程地质和水文地质条件、建筑物特性、地区建设经验等各方面因素的前提下，综合确定一种安全可靠、技术可行、经济合理的基础方案，真正做到勘察规范要求的”确保工程质量、提高投资效益” 。
