平原型水庫工程地質問題淺議

刁延峰

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安712000）

平原型水庫工程地質問題淺議

刁延峰

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安712000）

為查明平原型水庫——斗門水庫工程地質問題，通過進行外調查、室內試驗、坑探、鉆探等工程地質手段對水庫及建筑物工程地質進行研究得出：庫壩區主要存在的工程地質問題包括庫區滲漏及滲漏引起的滲透破壞、蓄水后的浸沒問題、壩基濕陷性、壩基地震液化等；灃河引水樞紐主要存在的工程地質問題為滲漏問題及滲透破壞、壩基地震液化等；引退水線路主要存在的工程地質問題為基礎的濕陷性。綜合采用強夯、換填、防滲、排水等措施，現有工程地質問題不會制約水庫的建設。

滲漏；浸沒；濕陷；液化；斗門水庫

平原型水庫作為一種新型水庫模式，其庫區及壩址工程地質問題有其獨特的特點。目前對平原型水庫工程地質問題的研究多集中于對浸沒問題的分析[1-2]，并提出了減壓井截滲帷幕等相應的工程處理措施及效果[3]。本文主要對陜西省重點建設工程陜西省引漢濟渭工程的調蓄水庫斗門水庫的工程地質問題進行了研究分析。

1 地質概況

湖庫區地形相對平緩，大體上東南高，西北低，湖庫區主要為一、二級階地，主要由第四系松散堆積物組成。工程區屬構造較不穩定地區，地震基本烈度為Ⅷ度。湖區范圍內無斷裂及地裂縫通過。勘探揭示地下水深度在7.2 m~14.5 m，屬孔隙潛水，地下水補給河水。

2 滲漏問題

2.1 湖庫區滲漏問題分析

2.1.1 庫區滲漏地層及分布特征

湖庫區粘性土為弱透水層，中砂為中等透水~強透水層，是庫區滲漏主要巖土層。其中Q41al+pl中砂呈透鏡體或薄層夾層分布，主要有三層分布：第一層呈透鏡體或夾層分布于整個湖區，埋深1.2 m~2 m；第二層主要呈透鏡體分布，主要有兩條砂帶，埋深3.6 m~7.5 m；第三層埋深9~12 m，分別分布于西北部及湖區中部；Q3al中砂層分布于庫區渭河二級階地下部，局部與庫區連通，庫區其他部位局部呈透鏡體分布。

2.1.2 工程開挖后庫區滲漏的可能性分析

上述砂帶呈透鏡體狀局部貫穿內外湖，開挖后埋深0.6 m~2.0 m，湖區開挖后上部相對隔水層厚度減小，庫內外中砂透水層連通，可能產生一定量的滲漏問題，其余部位開挖后上部相對不透水層厚度均大于10m，初步分析不會產生大的滲漏問題。根據H·巴甫洛夫斯基近似公式（1），計算如表1。

表1 內外湖滲漏量計算

式中，L為壩底寬，取46 m；T為透水巖層厚度，取4 m；H為上下游水頭差，取12 m；B為壩段長度取400 m，K為中砂層滲透系數，取13 m/d。

2.2 灃河引水樞紐滲漏問題分析

工程蓄水區主要為灃河河漫灘，地層結構為局部表層淤泥質土層，下部為中砂層夾淤泥質土。根據區域資料及現場調查中砂層厚大于40 m，中等透水，蓄水區不會產生大量的永久性滲漏。壩基透水層主要為中砂層，壩址區可能產生一定量的壩基滲漏及繞壩滲漏，采用H.巴甫洛夫斯基公式進行壩基及繞壩滲漏量估算[4]（2），（3）壩基滲漏量為2754 m3/d，繞壩滲漏量為7225 m3/d。

注：K為滲透系數，17 m/d；H為上下游水頭差，5 m；B為壩體長度，推薦壩址180 m；查表得qr=0.18；h1取40 m，H1取45 m。

表2 壩基滲透穩定分段評價

3 壩基滲透穩定性評價

3.1 湖庫區壩基滲透穩定性

根據GB50487-2008附錄G[5]進行壩基滲透穩定判定，壤土、淤泥質土、黃土不均勻系數Cu>5，查顆分曲線P>35%，滲透變形類型為流土型，依據GB50487-2008附錄G.0.6，結合試驗成果，地基土臨界水力比降Jcr=(Gs-1)(1-n)計算分段評價如表2。

3.2 灃河引水樞紐庫壩區穩定性

壩基主要位于河漫灘，蓄水后壩后地面低于蓄水位，具有產生滲透破壞的地形條件。壩基土滲透穩定問題主要存在于Q4中細砂層。據相關工程類比，地基中細砂層的允許水力坡降J允=0.25。蓄水后，滲透水流實際比降J實=△H/B=5/150

4 浸沒問題

4.1 庫區浸沒問題分析

湖庫區地處渭河一、二級階地，人工開挖成庫，可視為“平原型水庫”，現狀地下水位低于地表7.2 m~14.5 m，在蓄水初期和運行期存在一定范圍內的滲流型浸沒問題。本次工作采用湖庫區28個鉆孔觀測及現有農用井水位野外調查兩種方法確定起始水力坡降[5]以對浸沒問題進行評價。

其中對湖庫區鉆孔在揭穿相對隔水層前后分別進行了水位觀測，根據野外試驗，起始水力坡降計算如表3。在野外對湖庫區內現有魚塘及周邊水位進行調查（如圖1），野外調查及鉆孔觀測確定水力坡降值差別不大，野外調查法值略小但與實際情況較為符合，本次起始工程水力比降取值0.05。

表3 野外雙層結構鉆孔水位觀測統計表

蓄水后期，庫水與原始地下水位連通過程中，局部地段建筑物埋深或根系層厚度加上土壤毛細水上升高度位于水位連通線以下，即容易產生浸沒問題。經計算，蓄水后期庫區對農作物浸沒影響距離約8 m~26 m，對建筑物影響距離13 m~92 m，對地表高程較高的區域，浸沒影響不大，浸沒影響范圍較大的區域主要集中在下部有中砂透鏡體的區域及地表高程較低，容易受地下水影響的區域，建議重點對該類區域進行防滲、排水處理，減輕浸沒影響。

4.2 灃河引水樞紐蓄水區浸沒問題

蓄水區兩側為一級階地，地層結構為上部壤土層及黃土層，滲透系數為1.3 cm/s×10-5cm/s，微透水，下部為中砂層，滲透系數為7.96 cm/s×10-2cm/s，中等透水。蓄水后正常蓄水位達400.5 m，較原河水抬高5 m，地下水位雍高，將產生不同程度的浸沒問題。

圖1庫區現有水位調查分布及剖面示意圖

據調查當地建筑物基礎在3 m以下，臨界地下水位臨界埋深確定為4.5 m，浸沒高程大于405 m，一級階地階面高程404 m左右，二級階地階面高程407 m左右，根據高程進行浸沒范圍初步估算，左岸浸沒寬度約490 m左右，右岸浸沒寬度約785 m左右，建議對兩岸進行防滲處理并布設排水井以減輕浸沒影響。

5 地基液化評價

根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄P.0.3規定[5]，Q3中砂層可判定為不液化，Q4中砂粒徑小于5 mm顆粒含量質量百分率均大于30%，粒徑小于0.005 mm顆粒含量質量百分比小于18%，工程運行后該層全部位于水位以下，初判有地震液化可能。

利用鉆孔標準貫入試驗數據，根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄P.0.4規定對擬建場地15 m深度范圍內中砂進行液化判定，另據《水電水利工程壩址區工程地質勘察技術規程》(DL/T5414-2009)附錄Y規定，根據各液化土層厚度及深度，計算鉆孔液化指數.

經計算，擬建水庫蓄水后庫區北東部新堡子、袁旗寨、太平村一帶中砂層N15,液化等級嚴重，其余段砂層較薄，液化等級輕微~中等。擬建灃河引水樞紐及擬建引退水線路灃河倒虹處由于砂層較厚，計算所得液化指數IlE=16.9~17.3，大于15，液化等級嚴重。

6 地基土濕陷性評價

工程區濕陷性土層主要為二級階地黃土層、一級階地表層壤土，按《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）對場地濕陷類型及濕陷等級進行統計計算[6]，一級階地表層壤土場地濕陷類型為非自重濕陷，開挖基礎面以下無濕陷，二級階地表層黃土場地濕陷類型為自重濕陷，濕陷等級為Ⅰ級（輕微）~Ⅱ級（中等），濕陷起始壓力Psh=117 kPa~200 kPa。

7 其他工程地質問題

當上游洪水來臨，灃河引水樞紐橡膠壩需要塌壩行洪。由于灃河泥砂含量較大，行洪后存在淤積問題，建議對蓄水區定期進行清淤工作。野外調查顯示，壩址附近凹岸河床沖刷深1.5 m~2.0 m，最大3.5 m，新建引水樞紐下游泄洪區及引退水線路存在沖刷問題。

8 工程地質問題的處理

8.1 滲漏及滲漏相關問題的處理

8.1.1 滲漏及滲透破壞問題處理

湖庫區范圍內，透水中砂層主要呈透鏡體分布，淺層有相對連續的天然隔水層，建議在查明透水層分布形態的前提下，以開挖替換為主，替換為相對隔水的巖土層，結合水平鋪蓋進行綜合防滲。由于灃河引水樞紐蓄水后將產生全斷面滲漏且壩基可能存在管涌型滲透破壞，建議進行人工防滲處理，即采取水平鋪蓋和垂直懸掛式防滲墻結合的防滲方案。

8.1.2 浸沒問題處理

湖庫區及灃河引水樞紐區域的浸沒問題建議在防滲的同時采用減壓、壓滲等綜合措施進行[3-4]。其中防滲措施主要起延長滲徑、截斷地下水等作用。對上部土層不夠的壩段，可將表面不透水層挖溝截斷，溝底直達透水層，形成減壓排滲溝，可大大降低地下水位，減低不透水層底部承壓水頭，達到浸沒治理的目的。在上層透水層較厚，挖排滲溝不經濟的壩段，可在圍壩內側設減壓井，穿過弱透水層直達強透水層進行排水減壓。

8.2 地基穩定相關問題的處理

8.2.1 地基濕陷性問題處理

對庫壩區濕陷性地基，應進行土層置換、夯實、灰土墊層等方法綜合處理；對引退水線路區域濕陷性地基，可參照現行規范埋地設置的室外水池地基進行處理[6]，根據工程實踐及引水線路工程特點，建議采用整片土（灰土）墊層處理，處理厚度上，非自重濕陷性黃土場地，灰土墊層厚度不宜小于0.3 m，土墊層厚度不應小于0.5 m，自重濕陷性Ⅰ~Ⅱ級場地，灰土墊層厚度不宜小于0.6 m，土墊層厚度不應小于0.8 m，土（或灰土）墊層的壓實系數應≥0.97，并采取嚴格防水措施。

8.2.2 地基液化問題處理

圍壩區液化土層埋深較淺，可以進行表面振動加密，在施工時應注意孔隙水壓力的觀測，若孔隙水壓力上升到接近土體自重時，應立即停止夯擊。對灃河引水樞紐，由于易液化土層較深，可以采用圍封法、人工密實法、灌漿膠結法等多種方法進行處理。對圍封法，上游圍封應結合防滲要求設置，下游圍封應結合排水減壓采用透水材料。

9 結論

平原型水庫存在的工程地質問題主要與滲漏及地基穩定有關，其中滲漏問題包括庫區、附屬引水建筑物蓄水區的滲漏及其所引起的滲漏型浸沒、滲透穩定等問題，地基穩定問題主要為地基的濕陷及液化問題。對不同地質條件下的滲漏問題，可采用換填、防滲、排水等方式進行解決，對地基穩定問題可采用防水、置換、夯實等措施進行解決。

[1]李鵬,焦振華.平原型水庫浸沒預測方法探討—以陜西省斗門水庫為例[J].資源環境與工程,2015,29(5):661-665

[2]胡斌,劉永林,李方成,等.出山店水庫平昌關地塊浸沒預測[J].工程勘察,2011(7):46-49.

[3]徐瑞蘭,曹先玉,楊國瑞,等.平原水庫利用排滲減壓技術預防庫外農田浸沒[J].山東農業大學學報:自然科學版,2007,38(3):432-436.

[4]余際可.平原型水庫浸沒治理措施[J].湖南水利水電,2008(5):64-66.

[5]陳德基,司富安,蔡耀軍,等.水利水電工程地質勘察規范：GB 50487-2008[S].北京：中國計劃出版社,2009.

[6]羅宇生,文君,田春顯,等.濕陷性黃土地區建筑規范:GB50025-2004 [S].北京：中國建筑工業出版社.

TV221.1

B

1673-9000（2017）03-0061-03

2017-02-07

刁延峰（1981-），男，陜西藍田人，助理工程師，主要從事水利電力勘測設計工作。