西泉眼河東分灌區渠首溢流壩壩址工程地質條件分析

伊大巍

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況與自然地理條件

1.1 工程概況

西泉眼灌區河東分灌區渠首樞紐始建于日偽時期，為柳條壩，1989年重建為堆石壩，主要由溢流壩、副壩、沖砂閘和進水閘組成，大體為東西走向，總長約270 m。樞紐區位于哈爾濱市阿城區交界鎮老山頭屯南約700 m處的阿什河上，樞紐自東向西依次為進水閘、沖砂閘、溢流壩、副壩，東端為山體，西端為耕地。

溢流壩，也叫主壩，由進口段、溢流壩段、消力池段及海漫段組成。進口段采用干砌石護砌加鋼筋混凝土結構。溢流壩段采用漿砌石重力壩。消力池段底板為鋼筋混凝土結構，現已被嚴重沖蝕，右側與泄洪沖砂閘共用導墻，左側采用懸臂式擋墻。海漫段采用鋼筋石籠加干砌石護砌。

該樞紐經多年運行，漏水嚴重，影響正常引水灌溉。整個樞紐已于2010年9月—2011年5月進行了重建。

1.2 自然地理條件

阿什河流域位于松花江右岸，是松花江一級支流，干流總長約213 km，流域面積約3 581 km2。樞紐區屬于大陸性季風氣候，春季風大少雨而干旱，夏季溫暖多雨，秋季冷涼而早霜，冬季漫長寒冷。

2 工程地質概況及勘察方法

2.1 地質概況

渠首溢流壩壩址區處于阿什河漫灘區，河谷呈不對稱U型，地勢比較平緩，地面高程154～156 m，左岸平緩(10°左右)，右岸臨山，坡陡(40°左右)。壩線沿線覆蓋層為第四系全新統沖積層(alQ4)，其下部基巖為華力西期晚期花崗巖溢流壩東段處于低漫灘，地面高程 150.70～152.00 m;溢流壩西段處于高漫灘，地面高程 152.50～153.50 m左右。

2.2 地層巖性

2.3 侵入巖

主要為華力西期晚期侵入巖(γ43)，巖性為花崗巖，肉紅色或紅褐色，塊狀構造，中、粗粒結構，礦物成分主要為石英和長石。

2.4 水文地質條件

壩址區主要分布地表水和第四系松散層弱承壓水。地表水即河水，地下水含水層巖性主要為級配不良中礫，分布連續，厚度較穩定，滲透系數(經驗值)K=120 m/d，屬強透水層。地下水主要接受大氣降水、地表水入滲補給，以蒸發排泄為主。地下水礦化度 0.219～0.326 g/L，主要為—Ca2+Mg2+型水。

2.5 勘察方法

根據壩址區場地特點和重建物特征，本次勘察方法主要采用工程測量，工程地質調查，鉆探(設備型號選用SH—30型)，原位測試(標準貫入、超重型動力觸探)，室內試驗等綜合勘察方法。

3 溢流壩工程地質條件及分析

3.1 壩基抗滑穩定性

溢流壩壩基上部為第四系松散層，地貌單元為低漫灘和高漫灘。地層巖性為:粉土質中礫和低液限黏土、級配不良中礫。其下為花崗巖，強風化。設計壩基座于強風化花崗巖中，地基承載力建議值［R］=300kPa，抗滑穩定性較好。

巖體的抗剪斷參數及巖體與混凝土間的抗剪斷參數建議值見表1。

3.2 壩基滲透穩定性

溢流壩壩基座于花崗巖強風化層中，裂隙發育，巖體較破碎。但鑒于溢流壩最大壩高5.31 m(設計值)，水頭較低，不致造成花崗巖強風化層發生滲透變形破壞，上覆又有松散層做反濾保護，故壩基滲透穩定性亦良好。

3.3 壩基巖(土)體滲透性及滲漏量計算

3.3.1 壩基巖(土)體滲透性

壩基第四系松散層上部為①層粉土質中礫、②層低液限黏土、③層級配不良中礫，滲透系數K分別為100m/d(經驗值)、0.07m/d(試驗值)、120m/d(經驗值)，①層和③層屬于強透水，②層屬于弱透水。

該研究中一般資料以及結果資料等數據均經SPSS20.0分析。計量資料采用t檢驗,計數資料以x2檢驗,有統計學意義以P<0.05表示。

壩基巖體為強風化花崗巖，屬中等透水。

3.3.2 滲漏量估算

考慮天然無防滲條件下計算壩基的滲漏量，依據巖性分布特征將壩段分2段計算。A段為低漫灘區，B段為高漫灘區。見圖1。

表1 巖體力學參數表

圖1 溢流壩壩基滲漏量計算示意圖

滲漏計算公式取自《水利水電工程地質手冊》P444。

壩基滲漏中單層計算公式為:

雙層:

式中:K、K1、K2為滲透系數，m/d;M、M1、M2為含水層厚度，m;H為壩上、下游水頭差(H=正常蓄水高程－河水位);2b為壩底防滲體寬度，擬取36 m;B為滲漏段長度，m。壩基滲漏量計算結果見表2。

通過計算表明:在天然無防滲措施條件下，壩底防滲體寬度擬取36m，溢流壩壩基年滲漏量為20.5320×104m3/a，A段年滲漏量為16.5913×104m3/a，B段年滲漏量為3.9407× 104m3/a。渠首樞紐區阿什河年徑流量為799×104m3/a，A段年滲漏量占年徑流量的2.08%，B段年滲漏量占年徑流量的0.49%。可見主要滲漏部位為A段。

3.4 溢流壩壩址區地下水腐蝕性評價

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487—2008)附錄L中表L.0.2～表L.0.4，溢流壩壩址區環境水對混凝土、對鋼筋混凝土結構中鋼筋以及對鋼結構腐蝕性評價見表3。

表2 溢流壩壩基滲漏量計算成果表

表3 渠首樞紐區地下水對混凝土腐蝕性評價表

3.5 基坑開挖及排水

由于壩址區在河床上，故基坑開挖排水主要以明排為主。基坑開挖臨時邊坡比建議值見表4。

表4 基坑開挖臨時邊坡比建議值表

3.6 溢流壩下游消力池工程地質條件

消力池段地面高程150.00～150.50 m，地層巖性主要為粉土質中礫，抗沖刷能力一般，根據《水利水電工程地質手冊》第一版表 4.5～8，水深為0.80 m時的不沖刷流速取1.0 m/s。

4 結論及建議

河東分灌區渠首溢流壩壩址區工程地質問題首先是壩基強風化花崗巖較破碎、強度低，施工過程中應當采取適當的工程措施;其次是壩基松散層滲漏量較大，還應當采取防滲措施;第三是壩基基坑開挖時宜采用明排方式進行排水。另外，鑒于地下水對混凝土具有一定的腐蝕性，設計和施工過程中還應考慮選用適當的水泥類型。

［1］工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊:第一版［S］.北京:中國建筑工業出版社，1975.

［2］工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊:第三版［S］.北京:中國建筑工業出版社，1992.

［3］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區續建配套與節水改造項目2008年度實施方案設計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2008.

［4］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區續建配套與節水改造項目2009年度實施方案工程地質勘察報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2009.

［5］黑龍江省水利水電勘測設計研究院，黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區續建配套與節水改造項目2010年度實施方案工程地質勘察報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2010.

［6］張海發，牛冰.某水電站的工程地質分析［J］.人民珠江，2011，(S1):32－33.