灵渠的渠首工程地质及枢纽工程区地质勘探

灵渠的渠首工程亦即枢纽工程，位于兴安县城东南郊的南陡村附近，主要有天平坝和铧嘴。天平坝又分为大天平和小天平，是呈“人”字形布置的拦河溢流堰，因而又称人字坝。铧嘴建在大天平、小天平结合部上游，为起分水、护坝、导航作用的石堤。

枢纽工程区的基岩是石灰岩夹页岩，岩溶不发育，风化残积层较厚，河底地形比上游、下游的相对隆起，海洋河在此河段形成浅水区。在这样的自然条件下，在古代建筑水平下，在河流砂砾中垒石建造铧嘴、大天平、小天平，这是最为理想的选择。

1986年初，经桂林水利电力设计院勘测队勘探证实，灵渠天平坝基的岩石是石炭系严关阶灰黑色薄层泥质灰岩夹钙质页岩，岩层走向为北40°～80°东，倾向北西，倾角为20°～30°，即岩层倾向河流下游偏向右岸。基岩面埋深（含大天平顶面、小天平顶面）为10～15米，基岩上是岩石原地风化残积的黄色粉质黏土和粉红色砂质黏土，粉质黏土的颗粒组成为砂粒占9%～15%、粉粒占46%～47%、黏粒占39%～44%，砂质黏土的颗粒组成为砂粒占42%、粉粒占14%、黏粒占44%。残积层厚4～9米，一般为6米。残积层以上为河流冲积层，厚3.5～6米，分上、下两部分：上部为砂卵石夹大量亚黏土，渗透性较小；下部为砂卵石，渗透性大。河流冲积层表面部分有经人工清理后回填的迹象，但具体界线不易分辨。再往上是大天平、小天平的砌石体，从大天平的4个钻孔连成的剖面可知，上游迎水面是用铁锭锁定的条石，厚2.24米；中间是紧密竖砌的鱼鳞石，厚1.32米；下游跌水面又是条石砌筑，厚0.7米。从小天平的2个钻孔剖面可知，其上游面的条石厚1.28米，鱼鳞石厚0.72米，均比大天平的要薄。大天平的条石与小天平的条石之间除用铁码子锁定外，还以“白胶泥”和少量“红胶泥”砌筑。（图1-1、图1-2）

图1-1　大天平工程地质纵剖面图

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图1-2　小天平工程地质纵剖面图

通过光谱分析发现，“白胶泥”的主要化学成分为硅（主量）、钙（＞10%）、铁（3%）、铝（1%）、镁（1%），说明其主要物质成分是砂、石灰和少量黏土；“红胶泥”的主要化学成分是硅（主量）、铝（10%）、铁（5%），说明其主要物质成分是砂和黏土。通过访问当地长者获知，古人在这两种胶泥中掺有桐油，因此十分坚硬。大天平、小天平的基础处理是在砂卵石上打木桩，木桩之间回填卵石、砂和黏土，填平后在上面砌料石和鱼鳞石。

根据枢纽工程区的地质勘探情况，可以弄清楚灵渠枢纽的主要工程地质问题。一般坝基常见的工程地质问题如坝基承载力和抗滑稳定等，对于灵渠大天平、小天平这类低矮的溢流坝来说，已不成问题，其主要工程地质问题是坝基渗漏和渗透稳定问题。1985年，据广西壮族自治区水利电力厅工程技术人员测算可知，坝基渗漏流量为0.022米3/秒，加上坝身渗漏，总渗漏流量不超过0.1米3/秒。

大天平、小天平坝基的渗透稳定情况比南渠秦堤险工段的要好一些，坝的壅水高度仅为2.5米，而坝底宽有25米左右，渗透坡降较小，再加上坝前经过多年淤积，淤积物接近平坝面，故坝基渗透稳定问题并不严重。经桂林地区水电设计院钻探证实，坝基下砂卵石中夹有亚黏土，在水流的长期作用下，细颗粒并未被带走，说明坝基是稳定的。

总的来说，灵渠枢纽建筑物的基础对这座重力式溢流坝来说是比较稳妥可靠的。历史上很少有大天平、小天平的维修记录，也证明了其基础的稳固性。