東莊水庫壩址區工程地質安檢解析

孫天順

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概況

東莊水庫位于海河流域濁漳南源水系五集河支流上，壩址處于長治縣西火鎮東莊村。地理坐標為東經113°09′57″，北緯36°05′43″。東莊水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉的小(1)型水庫，水庫始建于1974年10月，1975年8月竣工，總庫容278萬m3。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水管等建筑物組成。

2 壩址區工程地質

2.1 工程地質概述

壩址處河流方向308°，由東南向西北，壩軸線方向38°，河床高程1 065.5 m，谷底寬100 m左右。壩址段河流較順直。河谷呈基本對稱的“U”字形斷面。

壩址區大部為第四系中更新統覆蓋，僅壩左岸局部出露基巖，出露的基巖地層為奧陶系中統峰峰組(O2f)和石炭系中統本溪組(C2b)。

奧陶系中統峰峰組(O2f)上部為青灰、深灰色薄～中厚層灰巖，白云質灰巖。底部局部為角礫狀灰巖。下部為灰黃、灰白色薄層泥灰巖、白云質泥灰巖、泥質白云巖為主，局部夾頁巖、泥質灰巖、角礫狀白云質灰巖。峰峰組厚度40 m～120 m。

石炭系中統本溪組(C2b):以灰、深灰色頁巖、粘土質頁巖、砂質頁巖為主，夾不穩定的石灰巖1層～2層。下部以鋁土巖為主。厚8 m～11 m。

工程區總體呈平緩的單斜構造，壩址區基巖出露很少，未發現斷裂構造。巖層產狀N22°W/SW∠12°，傾向左岸偏下游。巖體中節理較發育，主要有三組，其產狀分別為:L1組N54°W/SW∠86°;L2組 N78°W/NE∠84°;L3組 N30°E/NW∠88°，以第 L1組為主。壩軸線方向N38°E，L1組節理與壩軸線近于正交，易形成壩基和壩肩基巖的滲漏通道。

壩址區地質結構面赤平投影見圖1。

圖1 壩址區地質結構面赤平投影圖

2.2 壩基

1)壩基土層物理力學性質。

2)壩基滲漏。

壩基分布的卵石混合土和石灰巖屬于中等～強透水層。但其上有較厚的中更新統土層構成相對隔水層，建庫時沿壩軸線筑有粘土截水槽，故壩基不易產生滲漏。

3)滲透變形分析。

a.滲透變形類型判別。

根據GB 50487-2008水利水電工程地質勘察規范提供的滲透變形判別方法:

對于級配連續的土，區分粗細粒徑的界限粒徑d按下式計算:

其中，d為粗細粒的區分粒徑，mm;d70，d10分別為占總土重70%，10%的土粒粒徑，mm。

對于不均勻系數不大于5的土可判為流土;對于不均勻系數大于5的土采用以下方法判別:

細粒含量P≥35%，滲透變形類型為流土;P＜25%，滲透變形類型為管涌;25%≤P＜35%，滲透變形為過渡型。

經分析判別，卵石混合土滲透變形類型為管涌，砂夾層和低液限粘土滲透變形類型為流土。

b.允許水力比降。

壩基卵石混合土的不均勻系數Cu=31.8。滲透變形類型屬管涌。左岸低液限粘土滲透變形類型為流土。管涌型的臨界水力比降Jcr用式(2)計算，流土型的臨界水力比降Jcr用式(3)計算:

其中，d5，d20分別為占總土重5%，20%的土粒粒徑，mm;GS為土的比重;n為土的孔隙率，%。

經分析判別，卵石混合土滲透變形類型為管涌，參考規范給出的無粘性土允許水力比降經驗值，建議允許水力比降可取0.10。砂夾層臨界水力比降為0.994，允許水力比降為0.50。低液限粘土滲透變形類型為流土，臨界水力比降為1.091，允許水力比降取為 0.55。

2.3 左壩肩

左壩肩的上部主要為基巖岸坡，地層為奧陶系中統峰峰組(O2f)，巖性為青灰、深灰色薄～中厚層灰巖，白云質灰巖，只有近壩頂高度分布石炭系中統本溪組砂質頁巖。巖層產狀N22°W/SW∠12°，傾向岸里。巖體中節理較發育，主要有三組，其產狀分別為:L1組 N54°W/SW∠86°;L2組 N78°W/NE∠84°;L3組 N30°E/NW∠88°，以L1組為主。壩軸線方向N38°E，L1組節理與壩軸線近于正交，易形成一定的壩肩滲漏。淤積厚度4.4 m，岸坡下部有土層覆蓋，為土質岸坡，地層為第四系中更新統()，土層為棕黃～淺紅色低液限粘土和褐黃色低液限粉土，夾鈣質結核層及古土壤。

采用上述式(2)的方法進行滲透變形判別，左壩肩低液限粘土滲透變形類型為流土，臨界水力比降1.06，除以安全系數2.0，得到允許水力比降為0.53。

2.4 右壩肩

經滲透變形判別，右壩肩低液限粘土滲透變形類型為流土，臨界水力比降1.06，除以安全系數2.0，得到允許水力比降為0.53。

3 結語

該水庫運行以來，歷史最高水位發生于1996年8月1日，庫水位達1 081.5 m，持續時間約2個月。大壩于1980年在上、下游壩坡距壩軸線4 m～5 m處，沿壩軸線方向出現過2條裂縫，采用粘土灌漿進行過處理。水庫于1996年蓄水達到1 081.5 m時，在庫區左岸出現過旋渦現象。

[1] 喬紅斌.淺談工程地質[J].山西建筑，2011，37(25):78-79.