洪家溝調(diào)蓄水庫壩基(肩)工程地質(zhì)問題分析

張小利

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

洪家溝調(diào)蓄水庫位于長武縣洪家鎮(zhèn)洪家溝，是長武縣城鄉(xiāng)供水工程的重要組成部分。當(dāng)黑河取水量不能滿足長武縣城鄉(xiāng)供水需求時，由豐水期洪家溝水庫調(diào)蓄的清水，通過輸水管線輸入長武縣第二水廠進(jìn)行補(bǔ)充。該工程是一個以城鄉(xiāng)供水為目標(biāo)的小(1)型水利樞紐工程。洪家溝調(diào)蓄水庫由大壩和泄洪放水洞組成，大壩為均質(zhì)土壩，壩高60 m，正常蓄水位1 047 m，壩頂高程1 050 m。泄洪放水洞布置在左岸，由引渠段、放水塔、洞身段和出口消能段組成。工程建成后年取黑河地表水1 239.12萬 m3，供水保證率90%，可緩解長武縣城和縣域農(nóng)村的供水問題。

2 壩基(肩)工程地質(zhì)條件

2.1 壩基(肩)地質(zhì)概況

洪家溝調(diào)蓄水庫壩址處河流流向自北向南，河谷呈“V”字型，河谷底部寬30～40 m，河床高程992.0～994.0 m，漫灘高出河床1.5～2.0 m，漫灘寬度約25 m。壩址河谷兩岸梁峁高程1151.7～1 160.9 m，兩岸邊坡高160～170 m，由第四系風(fēng)積黃土、風(fēng)洪積黃土狀壤土及新近系紅粘土組成。

壩址區(qū)出露地層較為簡單，主要由白堊系下統(tǒng)志丹組(K1z)砂巖、新近系(N2)紅粘土及第四系(Q)松散堆積層組成。第四系(Q)松散堆積層，由新到老分別為全新統(tǒng)沖洪積層壤土；上更新統(tǒng)風(fēng)積層(Q3eol)黃土夾一層古土壤；中更新統(tǒng)風(fēng)洪積(Q2eol+pl)黃土狀壤土夾一～二層古土壤；新近系蘭田組(N2)紅粘土，位于河漫灘沖洪積壤土下部，厚度約9.0～12.0 m；白堊系下統(tǒng)志丹組(K1z)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化厚度2.6～4.8 m，位于壩基紅粘土下部。壩基(肩)土的主要物理力學(xué)建議值如表1。

表1 壩基(肩)土的主要物理力學(xué)建議值表

壩區(qū)兩岸均為第四系地層覆蓋，未見基巖出露。地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。勘探范圍內(nèi)兩岸地下水埋深較大，水位低于正常蓄水位，兩岸地下水補(bǔ)給河谷地下水位。壩區(qū)兩岸均為第四系地層覆蓋，邊坡陡峻，局部存在崩塌現(xiàn)象，址河谷兩岸沖溝發(fā)育，地形比較破碎，沖溝破壞了自然地貌完整性，而且是崩坡積體分布的地帶，但總體來說范圍及程度甚微，對壩址影響不大。洪家溝調(diào)蓄水庫壩址地層簡況如圖1。

圖1 洪家溝調(diào)蓄水庫壩址地層簡況

2.2 壩基主要工程地質(zhì)問題

2.2.1 壩基巖體質(zhì)量分級

壩基強(qiáng)風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度Rb=27.7 MPa，屬軟質(zhì)巖，縱波速度Vp=1317m/s，完整系數(shù)Kv=0.09，巖體基本質(zhì)量級別Ⅴ級；弱風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度Rb=40.0 MPa，屬中硬巖，縱波速度Vp=3 253 m/s，完整系數(shù)Kv=0.45，巖體基本質(zhì)量級別Ⅳ級；微風(fēng)化砂巖Rb=60.0 MPa，屬堅(jiān)硬巖，縱波速度Vp=3 783 m/s，完整系數(shù)Kv=0.65，巖體基本質(zhì)量級別Ⅲ級。

孔內(nèi)電視分析顯示，鉆孔深度12.5～16.1 m段裂隙發(fā)育，間距一般在0.5～1 m之間，裂隙寬度一般為5.0～17.0 mm；深度16.1～28.0 m段裂隙較發(fā)育，巖石完整性差；深度28.0 m以下巖石完整，裂隙不發(fā)育。裂隙發(fā)育程度與壩基巖體風(fēng)化程度基本一致。

2.2.2 壩基巖體透水性

根據(jù)壩基鉆孔壓水試驗(yàn)資料可知，壩基強(qiáng)風(fēng)化砂巖巖體透水率4.55 Lu，弱風(fēng)化砂巖巖體透水率3.79～3.99 Lu，微風(fēng)化巖體透水率3.45～3.71 Lu，均為弱透水巖層。且壩基砂巖上部覆蓋厚度9.0～12.0 m紅粘土，壩基巖體透水性對壩基滲漏影響不大。

2.2.3 壩基滲漏

壩基滲漏途徑有兩部分，分別為河漫灘壤土及新近系紅粘土層。由于河漫灘壤土承載力低，壓縮系數(shù)av1-2=1.0 MPa-1，屬高壓縮性土，不宜作為壩基，且厚度僅2.0 m，建議清除，故不考慮其滲漏影響。因此僅對紅粘土層進(jìn)行滲漏計(jì)算，該層滲透系數(shù)K=0.065 m/d。滲漏量計(jì)算采用《水利水電工程地質(zhì)手冊》壩基滲漏計(jì)算公式Q=BKHM/(2b+M)，在天然不防滲條件下估算壩基滲漏壩基滲漏量Q=34.3 m3/d，壩基滲漏問題不突出。

2.2.4 繞壩滲漏

根據(jù)壩肩勘探資料，左右壩肩上部地層第四系黃土夾古土壤、黃土狀壤土夾古土壤，屬弱～微透水地層；下部新近系紅粘土層屬微透水地層，可視為相對隔水層，故不考慮黃土、黃土狀壤土、紅粘土的滲透影響。但右壩肩中部夾厚度1.0～1.5 m厚(Q2al+pl)卵石層，屬中等透水地層，繞壩滲漏途徑主要為右壩肩紅粘土頂板的卵石層，其滲透系數(shù)為K=1.87 m/d。壩肩繞壩滲漏量采用公式Q≈2 KHm(有壓流)計(jì)算，估算右壩肩滲漏量Q=409.2 m3/d。

2.2.5 壩基滲透穩(wěn)定

清除上部沖洪積壤土后，壩基位于紅粘土之上。滲透破壞類型為流土型，紅粘性土的允許水力坡降J允許=0.53。經(jīng)計(jì)算壩基實(shí)際水力坡降J實(shí)=0.16。 J實(shí)

2.2.6 壩基不均勻沉降變形問題

壩基上部沖洪積壤土，壓縮系數(shù)av1-2=1.0 MPa-1，為高壓縮性土，易引起不均勻沉降，其厚度不大，建議清除。下部紅粘土，厚度9.0～12.0 m，壓縮系數(shù)av1-2=0.14 MPa-1，為中等壓縮性土，不均勻沉降問題較小。

2.2.7 膨脹性

壩基位于新近系紅粘土中，室內(nèi)試驗(yàn)成果自由膨脹率δef=10%～21%，平均值為17%。依據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》GB50112-2013規(guī)定，土層自由膨脹率δef均小于40%，因此判定場地紅粘土屬非膨脹土，壩基不存在膨脹性問題。

2.3 壩肩主要工程地質(zhì)問題

2.3.1 壩肩邊坡穩(wěn)定

2.3.2 壩肩不均勻沉降變形問題

左右壩肩黃土為高壓縮性土，其余均為中等壓縮性土，自重濕陷量△zs=873.8 mm，總濕陷量值△s=1 574.3 mm，濕陷等級屬自重濕陷性Ⅳ級(很嚴(yán)重)，濕陷下限>18.0 m。鑒于壩肩土層具自重濕陷性。壩肩不均勻沉降問題比較嚴(yán)重。

3 建議工程處理措施

3.1 壩基

壩基滲漏量Q=34.3 m3/d，壩基紅粘土層厚度9.0～12.0 m，下部巖體透水性對壩基滲漏影響甚微，可不考慮壩基滲漏問題。右岸卵石層為繞壩滲漏途徑，估算右壩肩滲漏量Q=409.2 m3/d，建議酌情進(jìn)行截滲處理，處理寬度約90 m。清除壩基上部沖洪積壤土后，壩基結(jié)合槽置于紅粘土中，壩基不會產(chǎn)生滲透變形破壞，壩基不均勻沉降問題較小，可不處理。

壩基紅粘土室內(nèi)試驗(yàn)成果自由膨脹率δef=10%～21%，平均值為17%，土層自由膨脹率δef均小于40%，壩基(肩)不存在膨脹性問題。

3.2 壩肩

4 結(jié)語

長武縣洪家溝調(diào)蓄水庫壩基可不考慮滲漏問題，僅對右壩肩卵石層進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕貪B處理。壩基無滲透破壞問題，壩基建基面紅粘土為非膨脹土地層。左右壩肩黃土類土具濕陷性及不均勻沉降問題比較嚴(yán)重，是調(diào)蓄水庫的最大工程地質(zhì)問題。建議對壩基上部的沖洪積壤土清除后，壩基置于紅粘土中。左右壩肩黃土類土應(yīng)進(jìn)行預(yù)浸水、翻壓的方法處理其濕陷性及不均勻沉降問題。