源神廟水庫泄水建筑物工程地質條件及評價

張艷寧

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

源神廟水庫位于汾河一級支流惠濟河東支中游，地處縣城東南朱坑鄉源神廟村附近。水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪輸水洞及放水涵洞組成，控制流域面積55 km2，總庫容376萬m3，是一座具有灌溉、防洪、供水等綜合利用的小（一）型水庫。

大壩樞紐工程為碾壓均質土壩，壩高28 m，設計壩頂高程980.721 m，壩底高程952.721 m，水庫設計正常蓄水位975.221 m，壩頂長250 m，寬4 m。上游壩坡 1∶3.0～1∶2.5，馬道高程 972.72 m，寬 3.5 m；下游壩坡1∶2.5～1∶2.0，馬道高程 966.72 m，寬 1 m。上下游馬道以上草皮護坡，以下干砌石護坡。

溢洪道位于大壩左端，為河岸正槽開敞式溢洪道，系開鑿山體而成，左邊墻及渠底巖面無襯砌、右邊墻間斷漿砌石襯砌。全長120 m，底寬9 m，進口高程為976.221 m，縱坡 1/200，最大泄量123 m3/s，開挖邊坡坡度45°～60°，部分近于直立。溢洪道軸向由進口段的S83°W轉向出口段的N48°W，中部通過兩個弧形段繞過壩肩，并連接進出口段。出口段約有30 m為堆碴體，無消力池，其溢洪道工程未能正常運用。

泄洪輸水洞位于溢洪道右側23 m處，由進水塔和涵洞組成。進水塔為鋼筋混凝土結構，高28.48 m，前段為圓弧形進口，進口斷面尺寸為1.8 m×1.8 m，設1.8 m×2 m平面鋼閘門，工作平臺與閘室由4根直徑50 cm的鋼筋混凝土柱連接為框架結構，啟閉機平臺高程980.721 m，工作橋長32.965 m、寬1.5 m。涵洞長80 m，斷面為城門洞形，洞徑2 m×2.5 m，進口底高程956.619 m，出口底高程956.364 m，縱坡1/50，最大控制泄量20 m3/s。

放水涵洞位于大壩樁號泄洪洞右側114 m處，進水口采用臥管型式，進口底高程952.721 m，出口底高程 951.996 m，長 145 m，斷面 1 m×1.5 m，縱坡 1/200，臥管18節，每節高差0.55 m，最大泄量2.4 m3/s。

2 溢洪道工程地質

2.1 工程地質條件

溢洪道地基大部分為基巖，后面上半部分為松散層。基巖部分由三疊系下統和尚溝組第三巖組長石砂巖和第二巖組泥巖組成，巖體中未見泥化夾層。松散層部分為溢洪道開挖的石碴堆積和第四系上更新統卵石混合土及低液限黏土層。其中樁號0+000～0+130.7段溢洪道地基為三疊系下統和尚溝組長石砂巖，巖性較堅硬，其中樁號0+101.8以后地基有堆碴；樁號0+130.7～0+134段溢洪道經過堆碴，樁號0+134～0+178段設計開挖底線位于和尚溝組泥巖上，巖性軟弱，易風化，其中1+140以后地表有覆蓋層。樁號0+178～0+200段地基為第四系上更新統低液限黏土和卵石混合土。

溢洪道地段巖層平緩，巖層產狀N50°E/NW∠5°，傾向右側偏下游。巖體中發育兩組節理，第1組為N35°～50°E/NW∠81°；第 2 組為 N30°～40°W/NE∠84°。以第2組為主，岸邊巖體節理多呈張開狀，表層開裂5～10 mm，巖體內無充填或泥鈣質充填。溢洪道與第1組節理近于平行或呈小角度斜交，第2組節理與溢洪道斜交。

溢洪道沿線巖石風化強烈，裂隙發育，巖體強風化層厚度3.0～5.0 m，溢洪道整體位于地下水位之上。

2.2 工程地質評價

溢洪道巖基段地層巖性較單一，地質構造簡單，地基巖石較堅硬，溢洪道整體處于地下水位之上，不受地下水影響。巖體中無軟弱夾層分布，溢洪道底部強風化層大部分已挖除，地基穩定，邊坡巖體無泥化夾層，不存在影響邊坡整體穩定的不利結構面。左邊坡高陡，部分地段近于直立，受兩組陡傾節理切割，裂隙發育，巖體風化強烈，完整性差，邊坡發生了小規模的崩塌，現溢洪道底部分布著由左側邊坡崩塌的塊石，其大小約0.5～1.0 m。

溢洪道經過石碴段，石碴最大厚度達4～5 m，其結構松散、混雜，不能做溢洪道地基，需全部清除。溢洪道土基段處于壩下游左岸，覆蓋層為第四系上更新統低液限黏土，厚1～2 m，其下為卵石混合土，厚度大于5 m。建議低液限黏土承載力100 kPa，卵石混合土承載力 400 kPa，覆蓋層開挖邊坡坡度 1∶0.75～1∶1.00；低液限黏土層可能存在濕陷問題，還需注意不同巖性接觸部位的地基不均勻變形問題。

現狀溢洪道左邊墻及槽底均未襯砌，右邊墻為不連續漿砌石襯砌，厚0.3～0.6 m，漿砌石強度較低，表面風化脫落或水泥砂漿剝落。溢洪道進口段右側緊臨大壩，溢洪道滲水可能對壩體與右壩肩接觸部位造成不利影響，建議進行混凝土襯砌防護。陡坡段和出口段未完建，在高速水流沖擊下，可能遭受破壞。溢洪道不能正常運行。建議對左邊坡進行削坡處理，削坡坡度1∶0.3～1∶0.5，坡面采取襯砌或其他防護措施。對于泥巖段，施工開挖中需采取預留保護層或其他防護措施，施工期及運行期應做好防水措施，避免泥巖泥化。

3 泄洪洞工程地質

3.1 工程地質條件

泄洪洞位于大壩0+033 m處，1988年泄洪輸水洞進水塔改造后，給水庫蓄水創造了條件。1988年冬至1989年春，先后兩次蓄水至高程970.121 m（相應壩高17.4 m），比改造前的最高蓄水位968.821 m（相應壩高16.1 m）提高了1.3 m，在這一水位下運行約兩個半月，導致進水塔工作橋排架部位出現裂縫。造成排架及框架裂縫的原因主要是：工作橋下沉對框架結構產生不利外力；冰凍剪切力作用；排架與框架連接為一個整體，受混凝土溫度變形影響。經研究，將排架第5排橫梁處切開。

進水塔基礎筑在基巖上，排架筑在壩體土上，進水塔與排架連接。進水塔地基為比較堅硬的長石砂巖，長石砂巖作為進水塔地基，承載力較高，產生沉陷和滑移的可能性不大。而壩體沉陷變形可引起排架的變形裂縫，進而引起進水塔的傾斜變形，故壩體沉陷變形是進水塔傾斜的主要原因。

3.2 工程地質評價

泄洪輸水洞主要存在以下幾方面的問題：

第一，輸水洞進口為混凝土，洞身及出口為漿砌石，洞身頂拱為磚砌，洞身襯砌質量差，多處出現裂縫，滲水嚴重。從許多小型水庫的壩下涵洞看，漿砌石或磚砌筑結構的壩下涵洞，由于其力學強度低和防滲性能差，存在不同程度的裂縫、滲漏和接觸流失問題，涵洞滲漏不僅是涵洞本身的缺陷，同時也是水庫大壩的隱患，嚴重影響到大壩的安全。在設計正常蓄水位條件下，涵洞滲漏進一步發展，可能導致壩體土發生接觸流失。建議對涵洞進行防滲處理，對涵洞上方壩體進行灌漿或其他加固處理。

第二，泄洪洞出口緊臨大壩下游坡腳，洞出口無消能設施，高速水流沖淘，可能對壩坡穩定造成不利影響，并且出口處有塌方形成的石渣堆積。

第三，進水塔框架立柱為4根直徑50 cm的鋼筋混凝土圓柱，框架多處裂縫，同時交通橋不均勻沉陷，蓄水位提高后，4根立柱出現傾斜和裂縫。第三層橫梁最大向西位移達1 cm，縫寬4 mm，啟閉閘門時有搖晃現象。冬季水庫結冰，進水塔有傾斜現象，多年來，在結冰期進水塔周圍每天都要人工破冰。交通橋的5個支撐排架發生了不均勻沉降，3號排架最大沉降量達7.6 cm。經復核計算，泄洪輸水洞進水塔抗傾穩定安全系數不滿足規范要求。

第四，閘門止水老化、失效，四周漏水嚴重。

第五，進水塔改造時未設檢修門和檢修平臺，一旦工作門損壞，將無法及時進行處理。

泄洪輸水洞進水塔風化巖體承載力400～500 kPa；建議對洞身進行加固和防滲處理，出口增設檢修門和消能設施，并對進水塔、工作橋等進行加固處理。

4 結語

溢洪道地基大部分為巖基，少部分為土基，巖基段地基穩定性較好，但其邊坡巖體完整性較差，建議對左邊坡進行削坡處理并適當防護。溢洪道經過的石碴段，石碴需全部清除。土基段低液限黏土層可能存在濕陷問題，需注意不同巖性接觸部位的不均勻變形問題。

泄洪輸水洞洞身為磚砌筑，出口為漿砌石，洞身襯砌質量差，多處出現裂縫，滲水嚴重。壩下涵洞嚴重滲漏可導致壩體土發生接觸流失。建議對涵洞進行防滲處理，對涵洞上方壩體進行灌漿或其他加固處理。