陽高縣守口堡水庫壩基滲漏分析

楊光輝

（1太原理工大學(xué) 山西太原030024；2山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024）

1 守口堡水庫概況

守口堡水庫壩址位于守口堡村北黑水河河谷中，屬?。?）型水庫，工程等別為Ⅲ等，壩型為混凝土重力壩，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí),設(shè)計(jì)庫容964.00萬m3，設(shè)計(jì)壩高64.9m，正常蓄水位相對高程240 m。

2 壩基地質(zhì)條件簡述

壩基巖層片理產(chǎn)狀：N80°W/SW∠32°，傾向右岸下游方向，受動(dòng)力變質(zhì)及混合巖化作用，層面不甚發(fā)育。壩基無大的斷裂發(fā)育。僅在靠右岸處發(fā)育有小型斷層及裂隙破碎帶，破碎帶寬度為0.1～2m，延伸200～300 m，為角礫和泥質(zhì)全充填，影響帶寬度5～30 m。

巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育四組：①組N32～46°W/NE∠69～82°，②組 N12～27°E/SE∠49～69°，③組 N68～78°W/NE∠31～79°，④組 N63～74°E/NW∠61～72°。

據(jù)鉆孔揭露基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.90～5.00 m，弱風(fēng)化層厚度4.30～8.75m，弱風(fēng)化層下限相對高程178.5～190.5m。據(jù)鉆孔壓水資料分析，壩基巖體在基巖面以下，在相對高程149～196m以上巖體屬中等透水性，厚度3～28m。壩基左側(cè)河床中等透水巖體厚度16～28m，右側(cè)中等透水巖體厚度3～5m。以下為弱透水巖體，鉆探深度內(nèi)未揭露微透水巖體。

壩址覆蓋層地下水位隨季節(jié)變化，勘探期間地下水位相對高程202.38～203.8m。

3 壩基滲漏問題分析

3.1 壩基松散層滲漏問題

壩基松散覆蓋層主要為卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，透水性大，厚度6.5～19.8m，平均厚度16.5m。卵石混合土抽水試驗(yàn)、現(xiàn)場注水試驗(yàn)滲透系數(shù)8.7～12.3m/d，按10.3m/d來計(jì)。同時(shí)考慮到強(qiáng)風(fēng)化層透水性亦較大，計(jì)算時(shí)也計(jì)入其中，強(qiáng)風(fēng)化層0.9～5.0 m，按3.0 m計(jì)，鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.12～2.69m/d，滲透系數(shù)取2.5m/d。加權(quán)平均滲透系數(shù)Kcp為9.1m/d。

壩基松散層滲漏量按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q—滲漏量，m3/d；

H—壩前正常蓄水位與下游水位差，m；

2b—壩基寬度，m；

Kcp—滲透層平均滲透系數(shù)，m/d；

B—滲透層寬度，m；

T—滲透層厚度，m。

經(jīng)過計(jì)算，大壩基礎(chǔ)松散層滲漏量計(jì)算成果見表1。

表1 壩基松散層滲漏計(jì)算表

由表1可知，在正常蓄水位240.08m時(shí)，壩基松散層滲漏量為19659.9m3/d。壩基松散覆蓋層滲漏性大，建議進(jìn)行清除。

3.2 壩基松散層滲透變形問題

壩基地層為第四系松散層，物質(zhì)組成以卵石混合土為主，局部夾有細(xì)砂透鏡體，結(jié)構(gòu)松散，分選較差，磨圓一般。厚度6.5～19.8m。

壩基卵石混合土顆粒分析試驗(yàn)：卵石含量30.8%～32.79%，礫石含量55.0%～57.2%，砂含量10.4%～15.3%，不均勻系數(shù)Cu=60～66.3，曲率系數(shù) Cc=5.8～10.2。

3.2.1 滲透變形類型

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2008）附錄G土的滲透變形判別規(guī)定，對不均勻系數(shù)大于5的土可按其細(xì)顆粒含量（P），以質(zhì)量百分率計(jì)（%）以下列判別式來判別：

流土：P≥35%

過渡型：25%≤P＜35%

管涌：P＜25%

計(jì)算結(jié)果表明，壩基土滲透變形類型為管涌。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中提供的經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行了判別。判別采用了雙標(biāo)準(zhǔn)：一是不均勻系數(shù)，二是細(xì)粒含量。

1）不均勻系數(shù)判別：壩基混合土卵石中，試樣的不均勻系數(shù)Cu=60～66.3，均大于20，故滲透變形類型為管涌破壞。

2）細(xì)粒含量判別：手冊中的細(xì)粒含量指粒徑小于1mm的顆粒所占整個(gè)土重的比例（%）。從篩分統(tǒng)計(jì)，試樣細(xì)粒含量介于10.63%～11.07%之間，均小于25%，滲透變形類型為管涌。

綜上所述，按兩種判別方法的判定，壩基土滲透變形類型為管涌。

3.2.2 允許水力比降的確定

1）臨界水力比降的確定：混合土卵石層管涌的臨界水力比降確定采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2008）附錄G中管涌型或過渡型計(jì)算公式：

式中：Jcr—土的臨界水力比降；

Gs—土的顆粒密度與水的密度之比，取經(jīng)驗(yàn)值2.65；

n—土的孔隙率（%），取值24.5%；

d5、d20—分別占總土重的5%和20%的土粒粒徑,mm，分別取值 0.84、9.7。

經(jīng)計(jì)算，壩基混合土卵石層臨界水力比降Jcr為0.18。

據(jù)壩基探坑、豎井滲水試驗(yàn)成果，壩基覆蓋層滲透系數(shù)在14.6～27.9m/d之間，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中管涌臨界臨界水力比降與滲透系數(shù)關(guān)系曲線查得，Jcr=0.30～0.42；壩基覆蓋層細(xì)粒含量一般在10.63%～11.07%之間，據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中臨界水力比降與細(xì)粒含量（<1mm）關(guān)系曲線查得，臨界水力比降Jcr取值范圍為0.11～0.3。

經(jīng)綜合考慮后，建議產(chǎn)生管涌的臨界水力比降總體按0.24考慮。

2）允許水力比降的確定：據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99），宜以土的臨界水力比降除以1.5～2.0的安全系數(shù)后做為土的允許水力比降，考慮到本工程的重要性，安全系數(shù)取2.0，因此，壩基土產(chǎn)生管涌變形的允許水力比降為0.12，建議進(jìn)行大壩設(shè)計(jì)時(shí)，壩基允許水力比降總體按0.12考慮。

綜合各種因素考慮，建議卵石混合土層J允許取值0.12。

混凝土重力壩壩基建基面應(yīng)具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度、足夠的抗滑穩(wěn)定安全性、足夠的抗變形性能和良好的抗?jié)B性能，并有足夠的耐久性，防止巖體性質(zhì)在高壓水的長期作用下發(fā)生惡化。良好的壩基應(yīng)具有巖體完整性、足夠的抗變形和承載能力、弱的透水性和整體穩(wěn)定性，以免變形過大引起地基破壞。由于壩基覆蓋層存在管涌破壞，建議全部清除。

3.3 壩基基巖滲漏問題

壩基巖體中發(fā)育的節(jié)理裂隙是壩基滲漏的主要滲漏通道，壩基巖體上部為中等～弱透水性巖體，在庫水作用下將會(huì)產(chǎn)生壩基滲漏。

圖1 壩軸線的壩基剖面圖

根據(jù)壩軸線上鉆孔壓（注）水試驗(yàn)資料，壩基巖體的透水性分布特征：

（1）壩軸線剖面（見圖1）水平距離155～265m地段，基巖面相對高程189～207m。（a）壩基巖體中等透水帶（q=10～100 Lu）厚度15～28m，下限相對高程157～174m，透水率10～16.2Lu，平均值10.1Lu。（b）弱透水帶上部（q=5～10 Lu）厚度16.5～30 m，下限相對高程143～150 m，透水率7.4～9.8Lu，平均值9.1Lu。（c）在相對高程143～150 m以下的巖體透水率小于5Lu，為相對隔水層。

（2）壩軸線剖面水平距離265～410 m地段，基巖面相對高程189～207m。（a）壩基巖體中等透水帶（q=10～100 Lu）厚度3～15m，下限相對高程174～196m，巖體滲透系數(shù)1.121～2.685m/d，平均值1.903m/d。（b）弱透水帶上部（q=5～10 Lu）厚度30～41m，下限相對高程150～155m，透水率5.0～9.8Lu，平均值6.4Lu。（c）在相對高程150～155m以下巖體透水率小于5Lu為相對隔水層。

依據(jù)壩基巖體的透水性分布特點(diǎn)，壩基滲漏量采用分段計(jì)算。計(jì)算時(shí)以巖體透水率小于5Lu巖體為相對隔水頂板。

壩基滲漏量扔按公式（1）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 壩基滲漏計(jì)算統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)計(jì)算，壩基基巖滲漏量為1225.80 m3/d。建議對壩基做帷幕灌漿處理，處理下限相對高程150～155m。

4 結(jié)論

1）壩址河床有較厚覆蓋層，工程地質(zhì)條件差，存在滲漏及滲透穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題，建議清除。

2）壩基巖體工程地質(zhì)條件較好，存在壩基滲漏、壩基抗滑穩(wěn)定、基坑涌水及開挖邊坡穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題。建議大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體中，對壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿處理，并做好基坑排水及邊坡支護(hù)等處理措施。