水磨溝水庫大壩工程地質(zhì)條件分析及評(píng)價(jià)

王啟榮

(阜康市水利管理總站，新疆 阜康 831500)

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水磨溝水庫大壩工程地質(zhì)條件分析及評(píng)價(jià)

王啟榮

(阜康市水利管理總站，新疆 阜康 831500)

文章以新疆阜康市水磨溝水庫為實(shí)例，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)研以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)對(duì)庫區(qū)地質(zhì)條件以及大壩滲透性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，庫區(qū)地質(zhì)條件穩(wěn)定性良好，但壩體工程問題較為嚴(yán)重，壩體土密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，壩基滲透不穩(wěn)定，工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中應(yīng)予以注意。

水磨溝水庫；大壩；地質(zhì)條件；評(píng)價(jià)

0 引 言

水磨溝庫水庫位于新疆阜康市水磨溝鄉(xiāng)西北約5km，庫區(qū)地理坐標(biāo)為：E87°53′57″-87°54′33″，N44°10′45″-44°10′52″。該水庫的主要工程任務(wù)和作用是滿足下游466.67hm2耕地和人工飼草料基地的灌溉要求。水磨溝水庫大壩為碾壓式均質(zhì)低液限黏土壩，原壩體長1677m，東、北、西三面環(huán)壩，呈簸箕狀向南面開放。壩線分為西壩段和東壩段，放水閘為界，以西為西壩段，長633m；以東為東壩段，長1044m。

1 地質(zhì)概況

水磨溝水庫地處天山山脈搏格達(dá)山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，水磨河、三工河中下游沖洪積細(xì)土平原上，地形南高北低，地勢(shì)平坦開闊。庫區(qū)內(nèi)前第三系地層分布在南部山區(qū)，其中古生界與中生界分布最廣，主要出露地層為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，第三系在出山口附近有小片分布，山前沖洪積扇廣泛分布第四系。

受烏魯木齊沉降帶和博格達(dá)弧形隆起帶斷裂活動(dòng)的影響，項(xiàng)目區(qū)南部、西部現(xiàn)代地震活動(dòng)較為頻繁，是地震多發(fā)區(qū)。勘察區(qū)距其南部和東南部全新世活斷層>30km，區(qū)內(nèi)無活動(dòng)性斷裂存在，區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為基本穩(wěn)定。本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，對(duì)應(yīng)基本烈度為Ⅶ度。

2 壩體工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

2.1 壩體工程地質(zhì)問題

水磨溝水庫壩頂高程為503.7m，壩頂寬度2-5.6m，上游壩坡1∶1.34-1∶1.5，下游壩坡1∶2.0-1∶2.3。壩體整體形狀較為規(guī)則，壩頂相對(duì)平坦，東壩段D0+070-D0+300段壩頂存在變形。壩頂無防風(fēng)蝕、防沖刷及防浪設(shè)施，土體呈松散擾動(dòng)狀態(tài)，局部存在雨雪水沖刷形成的沖溝及沖蝕空洞，存在少量植被。壩頂及下游壩坡頂部普遍存在平行于壩軸線的縱向裂縫，一般裂縫長度3-10m，寬度1-2cm，深度1.0-2.2m。上下游壩坡均無護(hù)坡設(shè)施，植被較少；下游壩坡呈松散堆積狀態(tài)，受風(fēng)蝕與沖刷作用影響，局部有塌陷凹坑及細(xì)流沖溝。現(xiàn)狀壩前基本均為耕地，壩后均為荒地，植被發(fā)育。西壩段X0+200-X0+500段，下游壩坡存在較多鼠洞。

2.2 壩體土質(zhì)量評(píng)價(jià)

在壩體共布置取樣勘探點(diǎn)10個(gè)，控制深度7-13m，用以揭露壩體土層，并采取原狀及擾動(dòng)土樣，進(jìn)行密度、含水量及其他物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。在壩體布置的10個(gè)取樣勘探點(diǎn)中，采取天然密度樣33組，采取位置分布在整個(gè)壩體土層中，取樣間距為1.0m[1]。試驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)見表1。

壩體土均為低液限黏土，棕黃色-棕褐色，干-稍濕，可塑-硬塑狀態(tài)，韌性強(qiáng)，干強(qiáng)度高。根據(jù)水庫主要標(biāo)段壩體土力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果，壩體土壓實(shí)度不符合要求，建議將原壩體表層1.5m厚的部分清除，并需重新進(jìn)行填筑，再按壩體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加高培厚。

表1 壩體土質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 壩體滲透性分析

根據(jù)滲透試驗(yàn)結(jié)果，壩體土的滲透系數(shù)為1.8×10-1-7.2×10-6cm/s，屬微透水性土層。而水庫正常水位為504.1m，壩體滲漏屬均一單層滲漏類型，壩后地下水位按埋深1.5m考慮，滲漏量計(jì)算公式為：

(1)

Q=q×B

(2)

式中：q為壩體單寬剖面的滲漏量，m3/d m；k為土的滲透系數(shù)，m/d；H1、H2分別為水庫正常蓄水位和壩后地下水位，m；h1、h2為壩體上、下游含水層厚度，m；L為壩體透水部分平均距離，m；Q為分段壩體滲漏量，萬m3/a；B為滲漏段總寬度，m。

根據(jù)該水庫壩體巖土力學(xué)特征，選擇兩個(gè)典型壩體橫斷面進(jìn)行分析計(jì)算，一個(gè)主壩段X0+100-D0+400段老壩體培厚加高段，該段壩體典型斷面為D0+100處。計(jì)算得到壩體D0+100、X0+600段單寬滲流量為Q1=0.0012m3/d.m，Q2=0.00065m3/d·m，滲漏量很小，D0+100壩體滲流穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

通過分析得到，壩體浸潤線滲流溢出點(diǎn)高于后壩坡腳地面線以上0.3m，后壩坡腳滲透比降值大于允許比降。出于安全考慮，壩體后壩腳設(shè)貼坡反濾排水體，以防止壩后坡腳發(fā)生滲透變形破壞，排水體垂直厚度應(yīng)大于設(shè)計(jì)凍深，防止?jié)B流溢出點(diǎn)凍結(jié)后，造成壩體浸潤線抬高。

表2 D0+100壩體滲流穩(wěn)定計(jì)算成果

3 壩基土工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案初步確定將原有壩體培厚加高，壩線方案與原壩線重合，僅將東西壩段進(jìn)行適當(dāng)延長。壩基地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4pl+al)，巖性主要為低液限黏土，局部存在厚度<0.3m的粉土、粉砂夾層。經(jīng)勘察壩基表層存在10cm左右的腐殖質(zhì)，主要含有蘆葦根、雜草等，為當(dāng)時(shí)筑壩時(shí)清基不徹底形成的。

壩基低液限黏土為棕黃色-棕紅色，稍濕，韌性較強(qiáng)，切面光滑，干強(qiáng)度較高。由壩基粉土的試驗(yàn)資料反映其黏粒含量為18%-40%，其滲透變形類型為流土，壩基滲透穩(wěn)定，一般不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。壩基土層均為低液限黏土，其黏粒含量為18%-40%，符合初判不液化的條件，所以壩基不會(huì)產(chǎn)生地震液化現(xiàn)象。但水磨溝水庫所屬地區(qū)屬寒冷區(qū)，最大凍深1.4m，而庫盤出露地層巖性低液限黏土屬于凍脹性土，故除險(xiǎn)加固中需進(jìn)行處理。

4 結(jié) 論

1)水磨溝水庫壩體普遍存在裂縫，部分地段壩體變形嚴(yán)重，壩體表層土體呈松散擾動(dòng)狀態(tài)，局部有塌陷凹坑及細(xì)流沖溝;下游壩坡存在較多鼠洞，經(jīng)檢測壩體土壓實(shí)度不符合要求。建議將原壩體表層1.5m厚的部分清除，并重新進(jìn)行填筑與加高培厚。

2)壩基在正常蓄水位狀態(tài)下，實(shí)際水力比降超過安全允許比降，分析其壩基滲透不穩(wěn)定，可能產(chǎn)生滲透破壞。建議壩體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使實(shí)際水力比降小于壩基土的允許水力比降。

3)庫盤出露地層巖性主要為低液限黏土，屬季節(jié)性凍土，建議除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)相應(yīng)的工程部分采取抗凍脹措施。

[1]崔瑞.青山水庫工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)[J].黑龍江水利科技,2014(02):141-143.

1007-7596(2017)05-0103-02

2017-04-12

王啟榮(1970-)，男，新疆昌吉人，工程師，從事水利工程管理工作。

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