董寨子水庫工程地質(zhì)問題分析

張 磊

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

董寨子水庫工程地質(zhì)問題分析

張 磊

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

董寨子水庫投入運行30多年來，在防洪、灌溉方面發(fā)揮了一定作用。目前，壩址區(qū)及庫區(qū)存在地質(zhì)問題，水庫滲漏、壩體壩基質(zhì)量、溢洪道和放水洞等存在的問題都是影響水庫正常運行的問題。通過對以上工程地質(zhì)問題的研究，進一步深化了場地的工程地質(zhì)評價，對工程設(shè)計、施工有重要作用。

水庫；地質(zhì)問題；地質(zhì)評價

董寨子水庫位于河北省灤縣油榨鎮(zhèn)董寨子村，在灤河支流上，1975年建成，流域面積0.98 km2，設(shè)計標準20年一遇，校核標準300年一遇，屬小（2）型水庫，總庫容17.07萬m3，死庫容1.4萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合效益的樞紐工程。大壩壩型為黏土心墻壩，最大壩高9 m，壩頂長128 m，壩頂高程17.0 m。溢洪道位于大壩的左側(cè)，為岸邊開敞型，堰頂高程14.96 m，堰頂寬度8 m，現(xiàn)狀寬度5 m，現(xiàn)狀最大泄量17.51 m3/s。放水洞位于大壩左側(cè)，為鋼筋混凝土圓管，洞徑0.4 m，最大放水量為0.6 m3/s。

董寨子水庫運行至今已有30多年，但一直沒有經(jīng)歷過設(shè)計及以上標準洪水考驗。由于建庫時期施工條件、技術(shù)力量及資金的限制，工程質(zhì)量較差，大壩迎水坡護坡石已變形走樣，部分滑動脫落；下游壩坡出逸點偏高，未設(shè)排水措施，致使2011年汛期蓄水5萬m3時大壩背水坡坡腳處出現(xiàn)嚴重滲漏，直接危及大壩安全。大壩滲漏問題成為影響水庫發(fā)揮功效的主要工程地質(zhì)問題。

1 地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

工程場區(qū)地貌屬于冀東低山河谷地貌，地形起伏較為平緩，山脈走向基本為東西向。兩壩肩山體相對較為陡峭，且植被較發(fā)育。水庫壩體走向為NW357°，壩頂高程16.62～17.48 m，勘察期間庫區(qū)僅局部水深1.6 m。

1.2 地層巖性

根據(jù)1∶1 000地質(zhì)測繪成果和勘探資料，該工程場區(qū)地層巖性主要有人工堆積（rQ）素填土（壩體土），第四系全新統(tǒng)沖洪積（al+plQ4）壤土、砂壤土、含碎石壤土，第四系上更新統(tǒng)沖洪積（al+plQ3）壤土，燕山期侵入體（γ）花崗巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

近場區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)中國地震局制定、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）劃分，該區(qū)地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，相當于地震基本烈度7度。

1.4 水文地質(zhì)條件

2012年7月勘察期間，大壩勘探孔DZ1、DZ2未見地下水，僅在庫區(qū)上游壩腳鉆孔DZ3實測地下水埋深為2.8 m，水位高程7.22 m。

工程場區(qū)的地下水以孔隙潛水和基巖裂隙水兩種形式分布。其中，孔隙潛水主要賦存于第四系壤土、砂壤土、含碎石壤土層的孔隙中，壤土、砂壤土、含碎石壤土層分布廣泛，透水性差，主要靠大氣降水和庫水補給，排泄方式主要為地下徑流，水量不豐富；基巖裂隙水主要分布在兩壩肩山體和壩基的巖體節(jié)理、裂隙中，主要靠庫水補給，排泄方式以地下徑流為主，全風化花崗巖致密堅硬，根據(jù)現(xiàn)場注水、壓水試驗，透水性較小，庫水滲漏量很小，故基巖裂隙水補給量較小。

為了解壩體、壩基巖體的透水性，2012年7月勘探期間對2個鉆孔進行壓（注）水試驗3段，壩基巖體壓（注）水試驗結(jié)果見表1－2。

表1 壩基巖體壓水試驗結(jié)果

表2 壩基巖體注水試驗結(jié)果

由表1—2可知，全風化花崗巖滲透系數(shù)為3.56×10-5cm/s，透水率為5.6 Lu，屬弱透水；含碎石壤土滲透系數(shù)為1.41×10-5cm/s，屬弱透水。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件及評價

2.1 大壩壩體

大壩壩型為黏土心墻壩，最大壩高9 m，壩頂長128 m，壩頂高程17.0 m。鉆孔揭露及室內(nèi)試驗成果表明：壩體芯墻為①層壤土，黏粒含量18.8%～25.7%，天然含水率14.3%～18.0%，塑限16.9%～19.5%，天然密度2.03～2.13 g/cm3，干密度1.74～1.83 g/cm3；塑性指數(shù)10.4～13.2，滿足規(guī)范要求；滲透系數(shù)1.7×10-7～1.6×10-5cm/s，壩體土滲透性滿足規(guī)范要求，壓縮系數(shù)0.129～0.221 MPa-1，具中等壓縮性。勘察過程中，心墻內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水。經(jīng)綜合分析，該層壤土對黏土心墻來說黏粒含量偏低，但干密度、滲透系數(shù)還是不錯的，壩體心墻大部分質(zhì)量較好。在大壩運行及勘探過程中出現(xiàn)如下兩點問題：

（1）2011年汛期，水庫庫容17.07萬m3、蓄水5萬m3時，壩下游坡腳（放水洞右側(cè)約15 m，高程約9.0 m處）出現(xiàn)溢水點，發(fā)生滲漏現(xiàn)象，應采取必要的排水等有效保護措施。

（2）勘探期間在壩體右側(cè)鉆孔DZ2中進行注水試驗，0～3.1 m吃水量約50 L/min，經(jīng)分析心墻壩體局部存在薄弱部位。

根據(jù)以上分析，認為水庫迎水面護坡帶病運行多年，不能滿足護坡要求，建議將該護坡進行翻修、整理；背水坡無任何防護措施，建議采取適宜的護坡措施；對背水坡坡腳明顯滲漏部位采取排水措施，以保證壩體滲漏穩(wěn)定；干砌石防浪墻局部有開裂、脫落等現(xiàn)象，建議進行修繕。

2.2 壩基

通過查閱建壩的原始資料及鉆探資料可知，壩體坐落在②1層壤土層上，天然含水率建議值18.2%，天然密度2.00 g/cm3，干密度1.65 g/cm3，天然孔隙比0.639，比重2.71，滲透系數(shù)建議值1.1×10-5cm/s，屬弱透水層；壓縮系數(shù)0.337 MPa-1，壓縮模量5.14 MPa，為中等壓縮性土；飽和固結(jié)快剪黏聚力17.5 kPa，內(nèi)摩擦角18°，該層物理力學性狀較好。

壩基以下巖土層為②1層壤土、②2砂壤土（透鏡體）、②3含碎石壤土、③壤土、④全風化花崗巖。②1層壤土滲透系數(shù)建議值1.1×10-5cm/s，屬弱透水層；②2砂壤土透鏡體滲透系數(shù)1.0×10-4cm/s，屬中等透水層；②3含碎石壤土滲透系數(shù)1.4×10-5cm/s，屬弱透水層；③壤土滲透系數(shù)9.4×10-5cm/s，屬弱透水層；④全風化花崗巖透水率為5.6 Lu，注水試驗滲透系數(shù)3.56×10-5cm/s，屬弱透水。

綜上所述，壩基巖土體多為弱透水性土層，故壩基土體不是水庫明顯的滲漏通道。

2.3 壩肩

左、右壩肩坐落在兩岸山體殘積土及強風化花崗巖上，巖土體結(jié)構(gòu)較為完整，水庫運行期間未發(fā)現(xiàn)有繞壩滲漏現(xiàn)象。

3 溢洪道工程地質(zhì)條件及評價

溢洪道位于左壩肩部位，為岸邊開敞型，由進口段、控制段、陡坡段等組成，采用水流自然消能，堰頂高程14.96 m，堰頂寬度8 m，現(xiàn)狀寬度5 m，現(xiàn)狀最大泄量17.51 m3/s。

溢洪道左岸為山體，巖性為強風化花崗巖，巖體較完整，抗沖刷能力、邊坡穩(wěn)定性較好。

溢洪道兩岸漿砌石擋墻穩(wěn)定性和抗沖刷能力一般。據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，現(xiàn)狀溢洪道淤積層厚度約0.2～0.3 m。依據(jù)安全鑒定復核結(jié)果，溢洪道泄洪量未達到設(shè)計要求，應加寬；另依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，溢洪道底部存在淤積現(xiàn)象，建議對溢洪道進行拓寬、清淤。

4 放水洞工程地質(zhì)條件及評價

放水洞位于大壩左側(cè)，為鋼筋混凝土圓管，洞徑0.4 m，最大放水量0.6 m3/s。2007年汛期，水庫大壩在放水洞位置出現(xiàn)裂縫。

放水洞下游左岸為山體，巖性為強花崗巖，巖體較完整，巖石穩(wěn)定性及抗沖刷能力較強；右岸為褐黃色壤土，成因為淤積，局部壤土內(nèi)夾雜砂、礫石。放水洞下游地層巖性為壤土，黃褐色，可塑。

根據(jù)安全鑒定結(jié)論，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、詢問當?shù)毓芾砣藛T，認為放水洞運行基本良好，并達到設(shè)計泄洪標準。2011年汛期，水庫庫容17.07萬m3、蓄水5萬m3時，壩下游坡腳（放水洞右側(cè)約15 m，高程約9.0 m處）出現(xiàn)溢水點，發(fā)生滲漏現(xiàn)象；經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn)，排水洞與壩體土結(jié)合部位或排水洞本身質(zhì)量有問題，建議施工時對排水洞進一步進行檢查，采取有針對性的處理措施。

5 結(jié)語

（1）壩體心墻黏粒含量偏低，但干密度、滲透系數(shù)還是不錯的，壩體心墻大部分質(zhì)量較好。水庫庫容17.07萬m3、蓄水5萬m3時，壩下游坡腳（放水洞右側(cè)約15 m，高程約9.0 m處）出現(xiàn)溢水點，發(fā)生滲漏現(xiàn)象，應采取必要的排水等有效保護措施。勘探期間在壩體右側(cè)鉆孔DZ2中進行注水試驗，0～3.1 m吃水量約50 L/min，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)心墻壩體局部存在薄弱部位。

（2）溢洪道左岸為山體，巖性為強風化花崗巖，巖體較完整，抗沖刷能力、邊坡穩(wěn)定性較好。溢洪道右岸為漿砌石垂直擋墻，局部出現(xiàn)掉塊、水泥漿脫落和墻體傾斜等問題，其穩(wěn)定性和抗沖刷能力一般。據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，現(xiàn)狀溢洪道淤積層厚度約0.2～0.3 m。

（3）左、右壩肩坐落在兩岸山體殘積土及強風化的花崗巖上，巖土體結(jié)構(gòu)較為完整，水庫運行期間未發(fā)現(xiàn)有繞壩滲漏現(xiàn)象。

（4）放水洞下游左岸為山體，巖性為強花崗巖，巖體較完整，巖體穩(wěn)定性及抗沖刷能力較強；右岸為褐黃色壤土，成因為淤積，局部壤土內(nèi)夾雜砂、礫石。下游河底巖性為壤土，黃褐色，可塑。

（5）作為中小型水庫除險加固的工程地質(zhì)勘察工作，應當全面察明壩體、壩基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，并應結(jié)合工程運行期的地質(zhì)調(diào)查作出明確結(jié)論，以便為工程除險加固的設(shè)計工作和設(shè)計方案提供可靠依據(jù)。

[1]常士驃,張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]SL55－2005，中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[3]GB50011－2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4]SL31－2003，水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程[S].

[5]GB18306-2001,中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[6]河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.唐山市灤縣董寨子水庫除險加固工程初步設(shè)計工程地質(zhì)勘察報告[R].天津:河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，2012.

圖10 蓄滯洪區(qū)蓄水量過程

4 結(jié)論與建議

綜合以上計算結(jié)果及分析，可以得出以下結(jié)論與建議。

（1）黃莊洼Ⅰ區(qū)分區(qū)滯洪圍堤的建設(shè)，能夠滿足20年一遇以下設(shè)計洪水的滯洪需要，50年一遇及以下洪水不需啟用Ⅱ區(qū)，大大降低了蓄滯洪區(qū)的淹沒風險，減少了淹沒損失。

表1 兩種方案計算成果對比

（2）黃莊洼Ⅰ區(qū)為標準洪水滯洪啟用區(qū)，洪水淹沒風險等級很高。因此，應在現(xiàn)有的土地利用模式下進行合理的布局調(diào)整，并做好撤退路、村臺、圍村埝等安全保護措施和分洪時搶險及災害恢復等措施。

（3）50年一遇及以下洪水，黃莊洼Ⅱ區(qū)基本不會啟用，其土地可持續(xù)利用度較高。因此，可以將其定位為滯洪弱化區(qū)，在達到一定的發(fā)展程度后或條件成熟之后，不再作為蓄滯洪區(qū)使用，轉(zhuǎn)化為臨時滯洪區(qū)或一般防洪區(qū)。

TV221.2；P64

B

1004-7328（2015）01-0058-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.021

2014-10-08

張磊（1981-），男，工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。