海城市葦子溝水庫工程地質分析與評價

周 媛

(海城市水利水電工程移民局，遼寧 海城114200)

1 庫區地質概況

葦子溝水庫位于海城市南部距市內32 km之遠的山區，英落鎮葦子溝村的前溝口，該水庫屬于大清河支流。

葦子溝水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫原有總庫108 萬m3，防洪庫容為60.5 萬m3，興利庫容43.5 萬m3。葦子溝水庫所在區屬于丘陵區，地形起伏不大，相對高差＜50 m，沖溝多開闊，支溝一般延伸短。沖溝及主體分水嶺走向呈NNW 向，分水嶺寬闊平緩。

水庫位于海城市南部NE 向構造帶邊緣，主構造帶均呈NE 向分布，斷裂帶一般延伸較長，多為壓性。

根據庫區地形特征及巖性分布情況分析，庫區及壩址可能存在NE 向的小規模斷層。但不影響庫區所在地塊的穩定性。該區構造斷裂比較發育，斷裂以NE 向為主，也有少量近EW 向和SN 向斷裂。

地下水以基巖裂隙水為主，局部存在斷裂構造帶水，由于本區沖溝匯水面積小，一般不具有大規模富水帶。

水庫區基本以上游雨季山洪水蓄積而成，少部分為基巖裂隙水補給。

2 壩址區工程地質條件

2.1 主壩工程地質條件

葦子溝水庫主壩呈近EW 向截斷沖溝，壩體最大高度約13.5 m，壩長290 m，壩頂寬4 m，壩體結構為黏土心墻砂殼壩。

壩址右岸巖性為灰綠色絹云母片巖，片理發育，層間分布石英條帶。地表出露巖體多為強風化，巖石風化嚴重。

壩址左岸巖性為白色石英巖，表層有紅色氧化膜。巖石抗風化能力較強，屬于弱風化。

通過鉆探揭露，主壩體黏土心墻均由含礫黏土組成，局部含有少量碎石。礫石多呈次棱角狀，一般＜3 cm，含量5% ～15%。

黏土心墻上部多呈硬塑狀，下部多為可塑狀，個別孔局部為軟塑狀。物探測試結果表明:壩體黏土心墻上部土體橫波速度為140 ～250 m/s，呈現軟硬相間的層狀;心墻下部土體橫波速度較高，達250 ～400 m/s，心墻土體均勻性略差，局部存在軟塑狀夾層。

壩基基巖橫波速度＞400 m/s，屬于強風化或全風化。心墻底部與基巖面之間接觸緊密，本階段勘探孔未見礫砂等不良土層。壩基巖性與左右岸出露巖性基本一致。

根據鉆孔揭露情況分析，大致以輸水洞為界，輸水洞右側壩基巖性為絹云母片巖，左側為石英巖［1］。根據左右岸出露的巖體特征及鉆探揭露基巖情況，壩基絹云母片巖段多為強風化，局部為全風化，巖芯采取率一般很低，不到50%，強度相對較低。壩基左側石英巖段巖石抗風化能力較強，多為弱風化，局部為強風化，巖石強度較高。壩基巖體節理裂隙發育，局部節理密集，其中在兩種巖性接觸帶可能存在順河向節理密集帶。

鉆孔壓水試驗結果表明:壩基絹云母片巖段巖體透水性微弱，一般透水率＜10 Lu，而石英巖段透水率相對較大，局部存在中等透水性條帶，可達30 ～50 Lu。如ZK2 鉆孔基巖段巖體透水率為45 Lu，位于壩體與基巖接觸帶以下，深度在15 ～20 m。

左右壩肩土體均與基巖緊密接觸，接觸帶巖體均屬強風化，節理裂隙發育，多充填泥質。通過探坑及下游壩坡鉆孔對壩殼質量進行了探查，基本查明壩殼料組成及結構特征。

壩殼料基本由黏土混部分礫石組成，礫石呈次棱角狀，粒徑以1.5 ～3.5 cm為主，含量20% ～30%，整體結構密實。

黏土多為硬塑狀，底部為可塑狀。壩殼料與黏土心墻之間接觸緊密，未見其它土料。

從下游壩坡鉆孔提示情況分析，壩殼下方連續分布一層0.35 ～1.2 m厚的礫砂，初步判定該層為壩殼下方鋪設的墊層(即反濾層)。墊層下方為碎石土，厚度2.5 ～5.0 m，左岸厚右岸薄，結構密實。

據調查，上游干砌石護坡直接壓在壩殼土料上，之間沒有鋪設過渡層土料。從現場實際情況看，上游干砌石護坡已多處出現塌陷變形［2］。

2.2 溢洪道工程地質條件

溢洪道建于攔河壩左壩頭，為敞開式自流溢洪道。溢洪道進口引水段混凝土砌襯較短，陡槽段及消力池段砌襯底板大部分老化破損，兩側擋墻局部沿漿砌石縫開裂變形。

根據本次溢洪道中部鉆孔揭露，溢洪道底板混凝土砌襯層厚度20 ～30 cm。底板下方為干砌石，厚度約0.5 m左右。

砌石下方為礫砂層，厚度0.8 ～1.2 m，稍密致中密狀，初步分析屬于人工墊層;礫砂層下方為磚紅色含礫黏土，厚度約3 ～4 m，呈硬塑至可塑狀，向溢洪道下游漸薄。

黏土層下方為灰白色及白色石英巖，巖石呈弱風化狀，堅硬，巖體節理裂隙較發育。據鉆孔壓水試驗結果，溢洪道部位基巖透水性較弱，一般透水率＜10 Lu。

2.3 輸水洞工程地質條件

輸水洞位于壩體下部，由鋼筋混凝土澆筑而成方形洞，洞徑為0.7 × 1.2 m，洞長48 m，進口高程13.8 m。

輸水洞進出口處均設有平板閘門，據設計規模，輸水洞最大泄量為6.4 m3/s。目前存在的主要問題是進、出口平板閘門嚴重變形，局部破損。由于閘門封閉不嚴，輸水洞長期漏水。

3 主要建筑物質量評價及壩基滲漏原因分析

3.1 壩體質量及水庫滲漏分析

從水庫建筑背景及幾十年的運行情況，并結合本階段勘察結果分析，土壩整體質量良好，黏土心墻性狀較好，未見大范圍軟塑狀態黏土層，黏土的塑性狀態沒有突變性分層情況，不排除局部存在小規模軟塑黏土夾層，但不影響心墻的防滲效果，仍具有良好的防滲性。

黏土心墻與壩基巖體結合部位比較緊密，以輸水洞為界，右側壩基巖性為絹云母片巖，夾有薄層石英巖，節理及片理發育，強風化巖體中節理裂隙一般為張開狀，由于巖石強度低，風化后多形成泥質充填于節理裂隙中，巖體透水性一般不大。輸水洞左側壩基為石英巖，巖石強度高，抗風化能力強，發育的節理裂隙多張開狀，巖體透水性相對較強。沿兩種地層接觸帶易形成破碎帶，并且容易形成滲流通道，導致庫水沿壩基滲漏。初步分析輸水洞出口附近形成的大片濕地與壩基滲漏有關。

上游干砌石護坡與壩殼之間沒有鋪設過渡層，兩層物質顆粒大小相差懸殊，孔隙率相差極大，在庫水位變動及波浪作用下，極易發生接觸沖刷破壞，進而造成護坡塌陷變形或產生滑塌［3］。

綜合以上分析結果，葦子溝水庫下游出現的濕地現象主要因壩基巖體內局部存在滲流通道導致庫水滲漏。

上游壩坡塌陷變形與護坡下部缺少反濾層及水位變動沖蝕壩殼有關系，另外可能與當時設計的壩坡坡度大小及壩殼填筑質量有關。壩體整體質量較好，壩基局部滲漏不影響壩體整體穩定性。

根據本工程勘察揭露的壩體實際地質條件，結合類似工程相關土體的地質參數及經驗值，提出壩殼、黏土心墻和壩殼下方礫砂等土體的物理力學性質參數建議值，以供設計參考使用，詳見表1。

3.2 溢洪道質量與基礎條件分析

從溢洪道表面襯砌情況看，混凝土底板及兩邊擋墻已大部分老化破損，并露出大量骨料礫石，擋墻局部水泥勾縫開裂，并伴有墻體變形，如遇大流量泄洪時，易沖蝕倒塌。

溢洪道底板下方的礫砂層為人工墊層，稍密至中密;墊層下方含礫黏土為硬塑至可塑狀。溢洪道陡坡段表在沿底板裂縫有多外地下水出溢點，下游消力池常年有積水。說明沿溢洪道底板有滲流，長期的滲流作用則會沖蝕底板以下礫砂層及黏土層，使溢洪道襯砌層下方地基土層出現孔洞，容易造成溢洪道底板塌陷和擋墻傾倒變形。

表1 壩體土體物理力學參數建議值表

根據本工程勘察揭露的溢洪道下方地基土情況及溢洪道沿線兩側分布地層情況分析，溢洪道左右兩側擋墻地基土應為含礫黏土，左側擋墻堰頂段地基也可能是基巖，因無法進行勘察，難以說清。有關溢洪道及兩側擋墻地基土物理力學參數建議值見表2。

表2 溢洪道及兩側擋墻地基土物理力學參數建議值表

3.3 輸水洞質量

輸水洞目前存在的主要問題是進、出口閘門變形破損，造成封閉不嚴而漏水。

4 結論及建議

結論及建議共有以下5個方面:

1)葦子溝水庫屬于小(2)型水庫，壩體結構為黏土心墻壩，壩體整體質量較好。心墻與壩殼之間沒有反濾層及過渡層，壩體上游護坡局部已出現塌陷變形，左壩體下游坡腳存在滲漏點。建議對上下游壩體變形部位進行加固處理。

2)黏土心墻質量較好，雖局部有軟塑狀黏土夾層，但仍具有較好的防滲功能。

3)右側壩基巖性為絹云母片巖，透水性微弱;左側壩基巖性為石英巖，局部透水率＞30 Lu，但不影響壩體整體穩定性。

建議對輸水洞左側壩基進行有效的防滲處理，防滲深度至壩基以下10 ～15 m。

4)溢洪道襯砌底板及擋墻已老化、變形，底板下方有連續分布的墊層(礫砂)及較厚的含礫黏土層，沿底板下方可能有滲流沖蝕形成的孔洞。

建議對溢洪道底板及擋墻變形和裂縫部位進行維護加固或重建，同時建議對溢洪道下方基巖進行防滲處理。

5)建議維修或重建輸水洞進、出口平板閘，以恢復其功能。

［1］付長明，于順山，王春江，孫莉萍. 天花板水電站壩址區工程地質條件評價［J］，水力發電，2011(06):41－42，69.

［2］王建華，王耿，張茂軍. 某水電站壩址區工程地質條件評價［J］，土工基礎，2011(03):98－101.

［3］孫付坤，喬新穎，陳艷朋. 輝縣市龍門水庫工程地質問題分析［J］，河南水利與南水北調，2011(14):51－52.