登封市清涼寺水庫主壩壩基滲漏問題分析

李今朝，陳新朝，趙 進，陳平貨

（1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

清涼寺水庫位于河南省登封市大金店鎮(zhèn)崔坪村北約500m的石崖河上，控制流域面積12.3km2，設(shè)計為一座以防洪為主，兼顧供水、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的小型水庫。清涼寺水庫設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，設(shè)計壩頂高程495.5m，最大壩高29.17m。水庫于1997年開工興建，由于資金短缺，水庫于中途停建，水庫溢洪道和副壩均未進行施工。各項主體工程均未能達到設(shè)計要求，10年以來水庫一直處于死水位運行，不能發(fā)揮其應(yīng)有的防洪及灌溉等作用。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

清涼寺水庫位于穎河支流石崖河上游壩址以上河道長約5km，控制流域面積12.3km2。石崖河發(fā)源于嵩山右部主峰少室山，于大金店鎮(zhèn)東側(cè)匯入穎河，屬淮河流域。庫壩址區(qū)及以下河流兩岸大部分為低山丘陵地貌，兩岸山坡基巖風(fēng)化嚴(yán)重，河谷多呈“V”型發(fā)育。

清涼寺水庫壩址區(qū)河谷開闊，河床高程約466.3m，河槽寬度約為250～350m，河床上分布有砂卵石層。河流漫灘以上左右岸均發(fā)育一級堆積階地，地層具粘礫雙層結(jié)構(gòu)。兩岸為低山丘陵地貌，山頂高程約497.0～504.0m，地勢高出主河槽大于30m，山坡基巖出露，地層巖性為元古界侵入的黑云母花崗巖，右側(cè)山坡大部分為第四系松散層覆蓋。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)地層主要有：壩體填土（QS）、第四系(Q)、上元古界侵入巖（Pt2）。

2.2.1 上元古界侵入巖（Pt2）

（1）強風(fēng)化黑云母花崗巖（γ2）：淺黃雜灰白色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，敲擊易碎，多風(fēng)化成礫砂狀，主要成分為長石、石英、云母。該層在左岸壩肩及和溢洪道軸線部位山體巖體裸露，地表風(fēng)化呈中粗砂狀，地表沖溝發(fā)育，強風(fēng)化下限高程為474.0～476.2m，厚度15.0～25.0m。河槽壩軸線下部強風(fēng)化下限高程為458.3～460.2m，厚度5.0～6.0m。右岸地表為第四系地層覆蓋，泄洪渠部位和右副壩軸線強風(fēng)化下限高程為460.0～472.0m，厚度11.0～20.0m。

（2）弱風(fēng)化黑云母花崗巖（γ2）：灰白色雜黑色斑塊，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為長石、石英、云母，巖芯多呈8～10cm柱狀。左岸壩肩及和溢洪道軸線部位弱風(fēng)化上限高程為474.0～476.2m，勘察揭露厚度2.0～10.0m。河槽壩軸線下部弱風(fēng)化上限高程為458.3～460.2m，勘察揭露厚度4.0～8.0m。右岸泄洪渠及右副壩軸線弱風(fēng)化上限高程為460.0～472.0m，勘察揭露厚度7.0～10.0m。

2.2.2 第四系(Q)

（1）低液限粘土(Q3al+pl)：以淺棕紅—淺棕黃色，稍濕，可塑—硬塑狀，土質(zhì)不均一，局部含有卵礫石。該層主要分布在泄洪渠以右的山坡上部地表，底板高程一般479.7m，厚度一般6.0m。

（2）砂卵石(Q3al+pl)：以灰白色為主，雜青灰、紫紅、棕黃等雜色，成分以砂巖為主，堆積松散、雜亂，卵石次棱角—次圓狀，分選性差，卵石礫徑一般5～8cm，個別大于15cm,泥砂質(zhì)充填，泥砂含量約占10%左右。該層主要分布在右壩頭壩肩及泄洪渠以右的山坡上部，底板高程一般476.0～480m，厚度一般3.0～7.0m，在泄洪渠及右副壩右部出露地表。

（3）低液限粘土(Q4al+pl)：淺黃色，稍濕，可塑狀，土質(zhì)不均一，局部含有少量小礫石。該層分布在左右岸一級階地上部，厚度一般2.0～3.0m。

（4）砂卵石(Q4al+pl)：以灰白色為主，雜青灰等雜色，成分以砂巖為主，較松散，卵石多呈次圓狀，分選性差，卵石礫徑一般5～10cm，個別大于20cm，泥砂質(zhì)充填，泥砂含量約占15%左右。該層主要分布在右壩頭壩肩及泄洪渠以右的山坡上部，該層分布在左右岸一級階地下部，厚度一般3.0～4.0m。

2.2.3 壩體填土（QS）

根據(jù)壩體填土巖性、工程部位、作用的不同將壩體填土分為花崗巖石渣、粘土心墻、壩前填土、砂卵石反濾層等，分述如下：

（1）花崗巖石渣（QS）：淺黃雜灰白色，較松散，石渣多呈礫砂狀，中粗粒結(jié)構(gòu)，主要成分為長石、石英、云母。該層在壩前填筑厚度約8.2m，底部高程478.3m，壩后填筑最大厚度約20.2m，底部高程466.3m。

（2）粘土心墻（QS）：巖性以低液限粘土為主，淺棕紅色為主，局部雜棕黃色，可塑—硬塑狀，土質(zhì)不均一，局部含有2%～5%的砂礫石。該層為分布于壩體中間部位，填筑最大厚度約26m，底部置于弱風(fēng)化的花崗巖層上，與壩前填土和粘土截水槽構(gòu)成統(tǒng)一的防滲體系。

（3）壩前填土（QS）：巖性以低液限粘土為主，淺棕紅色，局部雜淺黃色，可塑—硬塑狀，土質(zhì)不均一。該層為分布于壩體迎水坡，填筑最大厚度約11.0m。

（4）卵石反濾層（QS）：卵石以灰白色為主，雜青灰等雜色，成分以砂巖為主，較松散，卵石多呈次圓狀，分選性差，粒徑一般5～10cm，泥砂質(zhì)充填，泥砂含量約占15%左右。該層為分布于壩體最下部，填筑厚度約1.5m。

2.3 巖土體物理力學(xué)特性

對壩體粘土心墻、壩前填土、右副壩壩基低液限粘土、一級階地低液限粘土層均進行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，并取原狀土樣進行了室內(nèi)物理性和抗剪、壓縮、滲透等力學(xué)性試驗。見表1。

表1 各土層設(shè)計力學(xué)性參數(shù)建議值表

粘土心墻（QS）：巖性以低液限粘土為主，天然干密度1.48～1.68g/cm3，平均值1.59g/cm3，土體壓實度不均一；壓縮系數(shù)為0.10～0.44MPa-1，平均值0.24MPa-1，壓縮模量為4.0～15.8MPa，平均值8.5MPa，土體具中等壓縮性，局部土體具高壓縮性。該層現(xiàn)場標(biāo)貫擊數(shù)13～25擊，平均值19.8擊，屬中硬土。

壩前填土（QS）：巖性以低液限粘土為主，天然干密度1.61～1.78g/cm3，平均值1.70g/cm3，土體壓實度較好。該層現(xiàn)場標(biāo)貫擊數(shù)15～25 擊，平均值18 擊，屬中硬土。

低液限粘土(Q4al+pl)：天然干密度1.55～1.70g/cm3，平均值1.65g/cm3，一級階地處。

低液限粘土(Q3al+pl)：天然干密度1.52～1.60/cm3，平均值1.55g/cm3。壓縮系數(shù)為0.20～0.30MPa-1，平均值0.25MPa-1，壓縮模量為5.0～10.0MPa，平均值7.6MPa，土體具中等壓縮性。該層現(xiàn)場標(biāo)貫擊數(shù)17～21 擊，平均值18擊，屬中硬土，右副壩壩基。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造與地震

工程區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺豫右褶皺帶，燕山運動為本區(qū)最主要的次構(gòu)造運動，早期褶皺運動構(gòu)成本區(qū)構(gòu)造體系的主體，褶皺以北右右向為主，距水庫壩址區(qū)較近的褶皺和構(gòu)造主要有拉馬店—郭家窯背斜和太后廟斷層。清涼寺水庫位于河南省登封市右部，按照2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，地震活動強度低，水庫所在區(qū)域地震動峰值加速度為0.05g，相當(dāng)于地震烈度6度。

2.5 水文地質(zhì)條件

2.5.1 地下水類型

庫區(qū)內(nèi)地下水豐富，泉水豐沛，地下水常年補給河水，據(jù)1996年測得數(shù)據(jù)，地下水補給量約為0.03m3/s。

壩址區(qū)基巖層為中等透水巖層，局部上覆第四系松散覆蓋層，地下水類型主要為基巖裂隙水和第四系松散堆積物孔隙水，兩者直接接觸，連通性良好，形成統(tǒng)一含水層。

勘察期間實測壩址區(qū)左岸地下水高程為0.00～0.00m，右岸地下水高程為0.00～0.00m，均高于庫水位高程。

2.5.2 巖土體的滲透性

對壩體粘土心墻、壩前填土、風(fēng)化花崗巖石渣以及右副壩壩基低液限粘土均進行了現(xiàn)場注水試驗，對主壩、右副壩、溢洪道等主體建筑物部位強風(fēng)化和弱風(fēng)化花崗巖分層進行了現(xiàn)場壓水試驗，試驗成果列于表2。

表2 巖土體滲透試驗成果統(tǒng)計表

主壩壩體粘土心墻和壩前填土的透水性分級為弱—微透水性，防滲性整體較好，壩前花崗巖石渣具中等透水性，透水性較強，易受河水沖刷破壞不利于大壩防滲。壩址區(qū)右岸副壩壩基中的低液限粘土(Q3al+pl)層為弱透水性，砂卵石(Q3al+pl)層具強透水性，整體防滲性弱。

壩址區(qū)基巖層中的強風(fēng)化花崗巖（γ2）整體具有中等透水性，為透水性基礎(chǔ)，作為壩基易產(chǎn)生滲透破壞。弱風(fēng)化花崗巖（γ2）整體具有弱—微透水性，防滲性整體較好。

3 主壩壩基滲漏問題

主壩壩基處理不徹底，粘土截水槽和粘土心墻下部置于強風(fēng)化的花崗巖上部，強風(fēng)化的花崗巖為透水性基礎(chǔ)，存在較嚴(yán)重的壩基滲漏穩(wěn)定問題。

主壩壩基巖層主要為強風(fēng)化的花崗巖，壩軸線強風(fēng)化花崗巖下限高程為458.3～460.2m，厚度5.0～6.0m。該強風(fēng)化花崗巖為中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，多風(fēng)化成礫砂狀，根據(jù)現(xiàn)場壓水試驗資料，該巖層整體具有中等透水性，為透水性基礎(chǔ)，作為壩基易產(chǎn)生滲透破壞。

修建大壩時，未進行清除或防滲處理，上部的防滲體底部直接置于該巖層上部，水庫高水位運行時，由于揚壓力的加大，形成長期庫水沿壩基巖層滲露，嚴(yán)重時可導(dǎo)致管涌現(xiàn)象發(fā)生，危及上部壩體安全。

設(shè)計可根據(jù)具體情況采取一定防滲措施，對該壩基巖層進行防滲處理，處理深度應(yīng)進入下部弱風(fēng)化的花崗巖層3～5m，同時采取延長壩體滲徑，減小壩下?lián)P壓力。

4 結(jié)語

清涼寺水庫是一座于中途停建，各項主體工程均未能達到設(shè)計要求的小Ⅰ型水庫，不能發(fā)揮其應(yīng)有的防洪及灌溉等作用。主壩壩基處理不徹底，粘土截水槽和粘土心墻下部置于強風(fēng)化的花崗巖上部，強風(fēng)化的花崗巖為透水性基礎(chǔ)，存在較嚴(yán)重的壩基滲漏穩(wěn)定問題。可根據(jù)具體情況采取一定防滲措施，對該壩基巖層進行防滲處理，處理深度應(yīng)進入下部弱風(fēng)化的花崗巖層3～5m，同時采取延長壩體滲徑，減小壩下?lián)P壓力。