海龍川水庫工程地質(zhì)分析與評價

吳國新

(遼寧省沈陽市康平縣水土保持工作站，沈陽110500)

1 工程概況

海龍川水庫位于海城市南部距市內(nèi)40 km的山區(qū)，位于岔溝鎮(zhèn)海龍川村，該水庫屬于海城河支流。該水庫主要功能是以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖、供水等綜合利用的水庫。屬于小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5 級。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

水庫所在區(qū)屬于丘陵區(qū)，地形起伏不大，相對高差＜50 m，沖溝多開闊，支溝一般延伸短。山脊與主溝走向呈NNE 向，并向NNE 漸低。

2.2 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定

從1∶50萬區(qū)域地質(zhì)圖(遼寧省區(qū)域地質(zhì)志)中可以查到，水庫所在區(qū)及周邊沒有區(qū)域性斷裂，分布小規(guī)模斷裂帶呈NE 向延伸，多為壓性，不存在區(qū)域性活動斷裂，水庫所在區(qū)地塊穩(wěn)定性較好。據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，查得本區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，對應地震基本烈度Ⅶ度。

2.3 水文地質(zhì)條件

本區(qū)地下水以基巖裂隙水為主，局部存在斷裂構(gòu)造帶水，由于本區(qū)沖溝匯水面積小，一般不具有大規(guī)模富水帶。沖溝及兩側(cè)覆蓋層地區(qū)存在少量第四系孔隙潛水，地下水埋深一般3m 左右。水庫區(qū)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。

3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 主壩工程地質(zhì)條件評價

海龍川水庫主壩為NE ～SW 向截斷沖溝，壩體最大高度約12.5 m，壩長236.5 m，壩頂寬4.5 m，壩體結(jié)構(gòu)為黏土心墻砂殼壩。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，壩址兩岸出露巖性為灰色至灰綠色二云母片巖夾有變粒巖及薄層石英巖，巖石層理發(fā)育，地表所見巖石多為強風化。

通過本階段鉆探揭露，主壩體黏土心墻均由含礫粉質(zhì)黏土組成，礫石多呈次棱角狀，一般＜3 cm，含量5% ～15%，分布不均。黏土心墻土體均為可塑狀。

壩體下部基巖巖性為二云片巖夾變粒巖，基本以強風化為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯采取率很低，心墻底部與基巖面接觸緊密。據(jù)鉆孔壓水試驗成果，壩體下部基巖透水率一般＜5 Lu，為弱透水，個別部位略大，達8 ～15 Lu，屬于弱至中等透水。

根據(jù)地表壩體土質(zhì)情況，壩殼料基本由含礫粉質(zhì)黏土組成，礫石多呈次棱角狀，粒徑以2 ～4 cm為主，含量15% ～25%，礫石分布均勻，整體結(jié)構(gòu)緊密，黏土為硬塑狀。壩殼料中的黏土性狀與心墻黏土性狀基本類似，只是含水量偏低。

經(jīng)現(xiàn)場勘查上由干砌石護坡直接壓在壩殼土料之上，之間沒有鋪設其它防滲土料及過渡料。上游干砌石護坡已多處出現(xiàn)塌陷變形，局部出現(xiàn)塊石滑動和丟失。

3.2 溢洪道工程地質(zhì)條件評價

溢洪道建于攔河壩右壩頭，為敞開式自流溢洪道，襯砌底板局部老化破損。根據(jù)本次溢洪道軸線鉆孔揭露，溢洪道底板混凝土襯砌層厚度40 ～50 cm，以下為基巖，局部存在礫砂層，厚度0.8 ～1.1 m，分布不連續(xù)，初步分析該礫砂層為人工墊層，以提高地基承載力之用［1］。底板以下基巖巖性為灰色二云片巖，巖芯多為短柱狀，局部破碎。勘探深度內(nèi)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育。鉆孔壓水試驗結(jié)果表明，溢洪道部位基巖透水率＜5 Lu，為弱透水。溢洪道右側(cè)擋墻上方邊坡略陡，基巖裸露，巖體風化強烈，破碎，完整性差，邊坡表層碎、塊石向下滾落現(xiàn)象時有發(fā)生。

3.3 輸水洞工程地質(zhì)條件評價

輸水洞位于大壩右側(cè)，為直徑Φ=0.5 的圓形鑄鐵管，輸水洞周圍壩體沒有變形跡象，鐵管與壩體土之間結(jié)合緊密，沒有滲漏跡象［2］。輸水洞出口混凝土襯砌的輸水槽出現(xiàn)裂縫和變形。

4 主要建筑物質(zhì)量評價及壩基滲漏原因分析

4.1 心墻土體物理力學性質(zhì)

根據(jù)鉆探施工方法及回轉(zhuǎn)鉆進取樣過程分析，所取土樣會受到一定程度擾動，試驗結(jié)果多少會有一點誤差，不能完全依據(jù)該試驗成果來評價黏土心墻的物理力學性質(zhì)。此次勘察共取心墻原狀土樣7組，分別進行了常規(guī)物理性質(zhì)試驗及力學性質(zhì)試驗，其試驗成果統(tǒng)計見表1。

表1 心墻土體物理力學性質(zhì)試驗成果統(tǒng)計表

4.2 壩體土體物理力學性質(zhì)指標建議值

海龍川水庫修建于大躍進時期，經(jīng)幾十年的運行，未發(fā)現(xiàn)壩體存在嚴重質(zhì)量問題。經(jīng)本次勘察綜合分析，壩體黏土心墻碾壓質(zhì)量較好，不存在軟塑狀軟弱層及分層情況，心墻底部與壩基之間接觸緊密，心墻防滲效果良好;壩殼料由含礫黏性土組成，整體結(jié)構(gòu)密實。根據(jù)水庫長期運行情況及本階段勘察結(jié)果，并參考類似工程實例(如海城市王家坎水庫除險加固工程地質(zhì)勘察)，提出壩體心墻及壩殼土體的物理力學性質(zhì)參數(shù)建議值，見表2。根據(jù)水庫多年運行情況及本次勘察分析，壩體整體質(zhì)量較好，并具有較好的穩(wěn)定性。

表2 壩體心墻及壩殼土體物理力學參數(shù)建議值表

4.3 壩基滲漏與繞壩滲漏分析評價

據(jù)鉆探勘察，壩基為二云片巖及變粒巖，局部夾石英巖，薄層狀及中厚層狀結(jié)構(gòu)，為強風化狀，層理及節(jié)理發(fā)育，充填風化巖屑和泥質(zhì)物質(zhì)，巖體完整性差。根據(jù)壩肩兩側(cè)出露地層產(chǎn)狀及地層結(jié)構(gòu)分析，壩體下部地層產(chǎn)狀傾向上游，走向接近壩軸線方向，傾角15° ～20°，巖層中強風化二云片巖一般透水性很差，可以起到壩基防滲作用。由于壩基巖體風化較強，大部分節(jié)理被風化后巖屑和泥質(zhì)充填。因此，通過壩基向下游滲漏的可能極小。壩肩與岸邊基巖接觸緊密，壩肩以外巖層產(chǎn)狀與壩基一致，并連續(xù)向外延伸，沒有溝通庫內(nèi)外的斷裂帶，巖層傾向上游，其隔水性較好，不存在繞壩滲漏問題。

上游干砌石護坡與壩殼之間沒有鋪設反濾層及過渡層，兩層顆粒大小相差懸殊，孔隙率相差極大，在庫水位變動及波浪作用下，極易發(fā)生接觸沖刷破壞，進而造成護坡塌陷變形或產(chǎn)生滑塌。

綜合分析認為:海龍川水庫壩體黏土心墻質(zhì)量較好，與壩基結(jié)合緊密，壩基巖體不存在貫穿壩體的節(jié)理密集帶，其透水率相對較小，壩下游沒有發(fā)現(xiàn)明顯的水庫滲漏現(xiàn)象及壩體滲透變形破壞跡象，水庫不存在壩體和壩基滲漏問題。

考慮到壩下游溢洪道出口附近地表局部長期存在滲水情況，為安全起見，建議對壩體右側(cè)壩肩與巖體之間進行防滲處理。

4.4 溢洪道質(zhì)量與地基條件分析評價

從溢洪道表面襯砌情況看，混凝土底板及兩邊擋墻大部分老化破損。襯砌底板下部基巖條件較好，地層產(chǎn)狀傾向上游，不具備沿溢洪道底板下部滲漏條件。

溢洪道右側(cè)擋墻上方邊坡相對略陡，巖基裸露，風化強烈，巖體破碎，邊坡表層碎、塊石穩(wěn)定性差，隨時都會產(chǎn)生掉塊或大面積滑落，容易損壞溢洪道擋墻和底板。

建議對溢洪道底板、擋墻及右側(cè)擋墻上方邊坡裸露巖體采取適當措施進行加固處理。

4.5 輸水洞質(zhì)量

輸水洞為直徑Φ=0.5 的圓形鑄鐵管，與壩體土之間結(jié)合緊密，沒有滲漏跡象。出口混凝土襯砌的輸水槽出現(xiàn)裂縫和變形。建議修復輸水洞閘門，并維修輸水洞出口以下段水槽。

5 結(jié)論及建議

1)海龍川水庫屬于小(2)型水庫，壩型為黏土心墻壩，心墻與壩殼之間沒有反濾層及過渡層，壩體上游干砌石護坡出現(xiàn)大范圍塌陷變形，局部塊石滑動或丟失。建議對上游壩體出現(xiàn)變形部位進行加固處理。

2)黏土心墻質(zhì)量較好，防滲效果良好。沿壩基與壩肩滲漏的可能性很小，壩下游沒有發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點。

3)溢洪道襯砌底板及擋墻已部分老化、破損，底板下方局部存在礫砂墊層。右側(cè)擋墻上方邊坡略陡，表層碎塊石穩(wěn)定性差。建議對溢洪道底板及擋墻進行全面維修加固，同時對右側(cè)擋墻上方裸露巖石邊坡進行防護處理。

4)輸水洞鐵管周邊壩體沒有出現(xiàn)變形和滲漏，可以正常使用。建議修復輸水洞閘門及出口部位混凝土輸水槽。

5)左壩肩部位因修路降低了原壩肩高度，現(xiàn)低于壩頂高程約1.5m，建議加高左壩肩段路基至壩頂高程，并與左岸坡銜接。

［1］王海成. 三河口水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與壩址選擇［J］. 水資源與水工程學報，2012，23(03):156 －159.

［2］劉海寧，王俊梅. 南灣水庫壩基工程地質(zhì)條件分析評價［J］. 中國水運:下半月，2010，10(05):138 －139.