延安紅莊水庫壩軸線探討分析

任夢寧

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

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延安紅莊水庫壩軸線探討分析

任夢寧

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

延安紅莊水庫地處鄂爾多斯地臺向斜的陜北臺凹東南部。樞紐區(qū)主要由第四系堆積物及侏羅系中統(tǒng)延安組棗園段組成。壩軸線的選取確定該水庫的造價大?。灰罁?jù)地面物探、鉆探、試驗等勘察手段得到的資料，對樞紐區(qū)上壩線和下壩線兩條壩軸線的工程地質(zhì)條件進(jìn)行探討分析，最終確定下壩線為選定壩線。

壩基特性；壩線；濕陷；滑坡

紅莊水庫[1]位于陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鄉(xiāng)以北萬莊溝出口，為了解決延安市冬季用水的緊張局面，而修建該水庫。水庫為小(1)型水利工程[2]總庫容為683萬 m3；工程主要由大壩、溢洪道、輸水洞等組成。壩軸線的選取，直接關(guān)系到水庫造價的大小，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件，對壩軸線選取進(jìn)行比較分析，確定最佳壩軸線。

1 上、下壩軸線工程地質(zhì)問題及評價

河谷呈“U”型發(fā)育，谷底寬80～90 m，河床漫灘寬度30～40 m，河床兩岸一級階地呈條帶狀分布，二級階地堆積物僅在上壩線左岸有殘留。河谷兩岸塬(梁)頂面高程1 051～1 115 m,塬邊斜坡左岸45°～50°,局部地段基巖裸露，右岸黃土覆蓋的基巖山坡坡面30°左右，黃土覆蓋層厚度20～30 m。上、下壩軸線存在的主要工程地質(zhì)問題有濕陷、滑坡、滲漏、壓縮等。

1.1 上壩線

壩基由河床漫灘、一、二級階地三部分構(gòu)成。河床漫灘寬20 m，覆蓋層砂礫石③厚4.5 m左右，右岸一級階地砂礫石層⑤-2厚2～3 m，松散；左岸二級階地砂礫石⑦厚1～2.5 m，稍密，砂礫石③、④-2、⑤-2、⑦滲透系數(shù)K=10～15 m/d，強(qiáng)透水，允許水力坡降i=0.12～0.15，承載力值fo=180 kpa,變型模量Eo=10～12 Mpa，作為壩基應(yīng)有截滲措施。

一級階地上部堆積的壤土⑤-1厚2～4 m，為非自重濕陷性土，場地濕陷類型為非自重濕陷場地，濕陷等級Ⅰ級；二級階地上部堆積的黃土⑥厚8～20 m，上部自重濕陷性土層約10 m，場地濕陷類型為自重濕陷性場地，濕陷等級Ⅳ級。斜坡表面堆積的坡積粉質(zhì)壤土①-1厚1.6～4.5 m，具濕陷性。壤土①-1、⑤-1、黃土層⑥不能作為大壩的天然地基，均應(yīng)進(jìn)行工程處理。

覆蓋層以下砂頁巖⑨表面強(qiáng)風(fēng)化厚度0.5～1.0 m，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶上部有厚約10 m中等透水巖體，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體基本質(zhì)量級別為Ⅳ級。若防滲帷幕下限按透水率q<5 Lu考慮，則河床漫灘段壩基巖體帷幕厚度應(yīng)大于15 m，其它段大于10 m。

左壩肩斜坡高120 m，高程1 005 m以上坡度較陡，自然坡面45°左右，壩肩斜坡大部分地段為黃土⑥覆蓋，局部地段基巖裸露，自然斜坡基本穩(wěn)定。壩肩斜坡表面黃土⑥覆蓋層厚度15～20 m，上部自重濕陷性土層約10 m，場地濕陷類型為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅳ級，必須進(jìn)行工程處理的土方量12～16萬 m3。根據(jù)工程地質(zhì)類比，壩頂高程以下基巖斜坡表面透水率q>10 Lu的強(qiáng)～弱風(fēng)化帶垂直寬度10～15 m，巖體的基本質(zhì)量級別為Ⅳ級，弱風(fēng)化帶下部巖體透水率q<5 Lu，屬弱透水。

右壩肩斜坡高度大于130 m，高程1 070 m以上黃土斜坡表面20°～35°，基本穩(wěn)定，以下滑坡堆積體厚20～35 m，上部疏松，有厚約7.0 m的自重濕陷性土層，下部結(jié)構(gòu)破碎，屬非自重濕陷性土，壩肩滑坡體表面的濕陷性土層厚約10 m，不能作為天然壩肩地基，應(yīng)進(jìn)行工程處理，初步估算滑坡體總方量約30萬 m3?；惨韵聫?qiáng)～弱風(fēng)化巖體的基本質(zhì)量級別為Ⅳ級，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體上部的中等透水(q>10 Lu)巖體厚10～15 m，弱風(fēng)化帶下部巖體透水率q<5 Lu，可視作相對隔水層。

1.2 下壩線

下壩線高程995 m壩基河谷寬度147.5 m，壩頂高程1 040 m，河谷寬度267.5 m，

壩基由河床漫灘和一級階地兩部分構(gòu)成。河床漫灘寬36.5 m，覆蓋層砂礫石層③厚4.0～5.0 m，一級階地下部的砂礫石層⑤-2厚2～3 m，砂礫石層③、⑤-2稍密，含泥量高，承載力基本值fo=160～200 kPa，變形模量Eo=12～16 MPa，滲透系數(shù)K=10～15 m/d，強(qiáng)透水，允許水力坡降i=0.12～0.15，作為壩基應(yīng)有防滲措施。

一級階地上部堆積壤土⑤-1厚2～4 m，屬非自重濕陷性土，場地濕陷類型為非自重濕陷性場地，該段壩地基土層的總濕陷量△s=24.3～24.9 cm,濕陷等級為Ⅰ級；黃土⑥層屬自重濕陷性土。壤土⑤-1、黃土⑥不能作為大壩的天然地基，應(yīng)進(jìn)行工程處理。

河床漫灘段覆蓋層下砂頁巖⑨表面強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度0.5～1.0 m，階地堆積層下強(qiáng)風(fēng)化巖體的垂直厚度1.0～2.5 m；強(qiáng)～弱風(fēng)化砂頁巖⑨的基本質(zhì)量級別Ⅴ～Ⅳ級。強(qiáng)風(fēng)化帶巖體透水率q>5 Lu，弱風(fēng)化巖體透水率q<5 Lu，建議對強(qiáng)風(fēng)化帶巖體進(jìn)行防滲處理。

左壩肩斜坡頂部高程1 070 m，坡高73 m，坡面傾角45°左右，高程1 045 m以下基巖裸露，以上覆蓋厚約13 m的黃土及黃土狀壤土，自然邊坡穩(wěn)定。左壩肩砂頁巖互層斜坡表面坡比1∶1.0～1∶1.1，從平洞、鉆孔勘探資料來看，基巖表面強(qiáng)風(fēng)化帶的水平寬度10～12 m，垂直厚度8.0～25.0 m，強(qiáng)風(fēng)化巖體基本質(zhì)量級別Ⅴ級，弱風(fēng)化帶上部巖體的基本質(zhì)量級別Ⅳ級，弱風(fēng)化帶巖體上部有厚約10～15 m的中等透水巖體(透水率q>10 Lu)，弱風(fēng)化帶下部巖體的透水率q<5 Lu，屬弱透水帶。

表1 上壩線與下壩線工程地質(zhì)條件比較表

為了查清左壩肩單薄山梁巖體的透水性，在單薄梁100 m范圍內(nèi)打鉆孔4個，從鉆孔壓水試驗資料來看，下壩線左壩肩上游高程1 023 m以上單薄梁有寬約40 m的中等透水帶。

從鉆孔ZK9高程1 023 m以下的注水試驗成果與壓水試驗資料對比分析來看，注水試驗實測的滲透系數(shù)是壓水試驗成果換算滲透系數(shù)的2.1倍。繞壩滲漏量計算的滲透系數(shù)采用注水試驗成果。高程1 023.0 m以上k=0.61 m/d，以下k=0.24 m/d，根據(jù)滲漏量計算公式，初步計算單薄山梁的滲漏量Q=142 m3/d，高程1 023.0 m以下滲漏量Q=74 m3/d，占總滲漏量52%，單薄山梁的漏水量對于一個以供水為主的調(diào)蓄供水水庫影響是明顯的。同時據(jù)采用畢曉普法和克萊爾法驗算，水庫滲漏對庫外背水坡黃土覆蓋層斜坡穩(wěn)定性有明顯影響，斜坡穩(wěn)定系數(shù)將降到1.09～1.12，屬穩(wěn)定性較差邊坡。因此，單薄梁必須進(jìn)行防滲處理，首先應(yīng)重點作好高程1 020 m以上單薄山梁的防滲措施，若以q<5 Lu作為防滲標(biāo)準(zhǔn)下限，截滲槽底高程1 013 m以下也應(yīng)有防滲措施。

右壩肩為黃土覆蓋的基巖邊坡,坡高大于70 m,自然坡面20°～40°,黃土覆蓋層厚8～25 m，自然邊坡穩(wěn)定。右壩肩斜坡表面黃土層⑥厚5.0～10.0 m,屬自重濕陷性土,古土壤⑦、黃土狀壤土⑧屬非濕陷性土;黃土層⑥的總濕陷量△s=24.34 cm，不能作為壩肩地基土層，應(yīng)進(jìn)行工程處理；古土壤⑦、黃土狀壤土⑧屬中壓縮性土。覆蓋層以下的砂巖頁⑨上部有厚約10 m的強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體壓水試驗不起壓，透水率q=26.7～30 Lu，屬中等透水，下部巖體透水率q<5 Lu。巖體基本質(zhì)量級別Ⅳ級。中等透水巖體應(yīng)有防滲措施，防滲方案有帷幕灌漿和開挖截滲結(jié)合槽可供比選。

2 壩軸線選取分析

水庫樞紐區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，地層結(jié)構(gòu)清晰，水文地質(zhì)條件變化不大，上、下壩線均具修建碾壓土石壩的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，下壩線和上壩線的工程地質(zhì)條件比較如表1。

從以上對上、下壩址工程地質(zhì)條件分析對比，下壩線存在的主要工程地質(zhì)問題是左壩肩的滲漏問題和水庫滲漏對單薄山梁庫外山坡表面覆蓋層穩(wěn)定性的影響；上壩線存在的主要工程地質(zhì)問題是左壩肩12～16萬 m3自重濕陷性黃土的處理和右壩肩30萬 m3滑坡堆積體的翻碾，同時壩基河床段覆蓋層以下巖體防滲處理厚度大。綜合分析比較下壩線工程地質(zhì)條件稍優(yōu)，推薦下壩線作為首選壩線。

3 結(jié)論及建議

(1)樞紐區(qū)位于陜北黃土高原中部黃土梁峁丘陵區(qū)，地處鄂爾多斯地臺向斜的陜北臺凹東南部，地層平緩，構(gòu)造簡單，歷史上地震頻度低，震級小。

(2)樞紐區(qū)河谷兩岸Q4黃土狀壤土和Q3-4黃土覆蓋層屬濕陷性土，不能作為天然壩基；河床、漫灘、階地下部堆積的砂礫石層屬強(qiáng)透水層，壩基段應(yīng)截滲；高程1 040 m以下強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體上部有厚約10～15 m巖體的透水率q>5 Lu，應(yīng)進(jìn)行防滲處理。砂頁巖，巖層平緩，構(gòu)造簡單。

(3)下壩線存在的主要工程地質(zhì)問題是左壩肩的滲漏和滲漏引起單薄山梁庫外山坡表面覆蓋層的變形滑塌；上壩線存在的主要工程地質(zhì)問題是左壩肩12～16萬 m3濕陷性黃土的處理和右壩肩30萬 m3滑坡堆積體的翻碾，壩基覆蓋層以下巖體透水性強(qiáng)，需要進(jìn)行防滲處理的透水性巖體(q>5 Lu)厚度大于15 m。

(4)通過上、下壩線工程地質(zhì)條件綜合比較，下壩線庫容大，工程地質(zhì)條件稍優(yōu)上壩線。

[1]任夢寧.延安供水工程紅莊水庫工程地質(zhì)勘察報告[R].咸陽：陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院勘察分院.2002.

[2]水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)(DL5180-2003)[S].

[3]水利水電地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50487-2008)[S].中國計劃出版社.北京.2009.

[4]工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218-94)[S]. 中國計劃出版社.北京.1995.

[5]碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(SL274-2001)[S].中國水利水電出版社.北京.2002.

P641.2

A

1004-1184(2016)06-0222-02

2016-10-14

任夢寧(1966-)，男，陜西禮泉人，高級工程師，主要從事工程地質(zhì)工作。