松塔水電站樞紐圍堰工程地質條件評價

戴永堅

（晉中市水利勘測設計院，山西 榆次 030600）

1 工程概況

松塔水電站樞紐工程位于山西省壽陽縣羊頭崖鄉西草莊村東500 m處的瀟河干流上，水電站壩址距壽陽縣城約20 km，距晉中市城區約44 km。該樞紐工程大壩主選壩型為碾壓式均質土壩，比選壩型為面板堆石壩，其主要設計指標見表1。

表1 土壩主要設計指標表

2 圍堰工程地質

2.1 上游圍堰工程地質條件

上游圍堰位于大壩上游約250 m、導流泄洪洞進口引渠下游約30 m處的瀟河干流上。圍堰長111 m，堰頂高程980.8 m，圍堰頂寬7.0 m，最大堰高10.8 m，上游邊坡 1∶2.0，下游邊坡 1∶1.5。

圍堰處瀟河河床及河漫灘寬85 m，其中河床寬約20 m，地面高程972.5～977.5 m。圍堰右岸為堆積岸，呈凸岸，岸坡較緩,地面高程在980 m以上。左岸為侵蝕岸，呈凹岸，岸壁較陡，基巖出露，地面高程在980 m以上。圍堰左右岸發育Ⅰ，Ⅱ級堆積階地，Ⅰ級堆積階地高出河床7～8 m，階面高程980～983 m，階面寬10～30 m；Ⅱ級堆積階地高出河床10～15 m，階面高程983～988 m，階面寬 10～50 m。

圍堰左岸（剖面平距0～51 m）：平距0～33 m地表基巖出露，地層巖性為T1l-11～T1l-9巖組細砂巖、粉砂巖互層夾泥巖，巖層傾向左岸偏下游，傾角6°～7°，節理裂隙較發育，強風化層厚1～3 m；平距33～51 m為Q41pal地層，上部為厚1.7～3.2 m的低液限粉土，下部為卵石混合土層，總厚度4～6 m。

圍堰堰基（剖面平距51～162 m）：該段屬瀟河Ⅰ級堆積階地、河床及河漫灘，局部基巖裸露，基巖為T1l-7、T1l-8巖組細砂巖、粉砂巖夾泥巖，基巖面高程972～980 m，由河床向兩岸基巖面逐漸升高。該段覆蓋層為Q41pal和Q42pal地層，上部為厚0～2 m的低液限粉土，下部為卵石混合土層，總厚度0～4.5 m。

圍堰右岸（剖面平距162～200 m）：該段屬瀟河Ⅰ，Ⅱ級堆積階地，覆蓋層為Q41pal，Q3pal地層，上部為厚1～3.5 m的淡黃色低液限粉土，下部為卵石混合土層，總厚度 2～5 m。

根據圍堰附近鉆孔資料推測，圍堰處地下水水位高程 956～957 m。

2.2 上游圍堰工程地質評價

2.2.1 地基承載力

根據圍堰地基特性，建議基巖強風化層承載力標準值為600～700 kPa，卵石混合土層承載力標準值為180～200 kPa，低液限粉土承載力標準值為 90～100 kPa。

2.2.2 圍堰地基滲漏及繞壩滲漏

堰基覆蓋層上部為低液限粉土，下部為卵石混合土層，存在堰基滲漏問題。覆蓋層平均滲透系數參照壩基取滲水試驗平均值23.4 m/d，屬強透水帶。

覆蓋層滲漏量采用下式進行估算：

式中：Q——滲漏量，m3/d；

B——滲漏帶寬度，m；

q——堰基單寬滲漏量，m3/（d·m）；

kcp——滲透帶平均滲透系數，m/d；

H——堰前堰后水位差，m；

2 b——堰基寬，m；

T——滲透層厚度，m。

經估算，堰基覆蓋層滲漏量為1 461 m3/d。

表2 上游圍堰地基覆蓋層滲漏量估算表

圍堰左右岸存在沿覆蓋層的繞壩滲漏問題，滲透層主要為卵石混合土層。兩岸下伏基巖視為相對隔水層，繞壩滲漏寬度取堰頂線與地形線交點至左岸或右岸堰頂線與基巖面交點之間的距離，左右岸繞壩滲漏寬各約30 m，運用公式（1）并參照表3有關數據計算，繞壩滲漏最小半圓半徑r0取堰基底寬的1/2，即22.5m，估算得左、右岸繞壩滲漏量分別為34 m3/d，24 m3/d。

表3 上游圍堰左、右岸繞壩滲漏量估算成果表

2.2.3 圍堰地基滲透穩定性

參照壩基覆蓋層滲漏穩定性分析，堰基粗粒土及含巨粒土層可能產生的滲透變形類型為管涌，建議產生管涌的臨界水力比降總體按0.24考慮，允許水力比降總體按0.12考慮。堰基上部低液限粉土可能產生的滲透變形類型為流土，據工程類比建議，其允許水力比降總體按0.5考慮。

由于堰基卵石混合土層存在滲漏及滲透破壞問題，建議對堰基卵石混合土層進行防滲處理，對上部低液限粉土層進行加固處理或挖除。

2.3 下游圍堰工程地質條件

下游圍堰位于大壩下游約300 m、導流泄洪洞出口上游附近的瀟河干流上。圍堰長107 m，堰頂高程972.5 m，圍堰頂寬4.0 m，最大堰高5.5 m，上游邊坡1∶2.0，下游邊坡 1∶1.5。

圍堰處瀟河河床及河漫灘寬105 m，其中河床寬約20 m，地面高程967.0～971.7 m。圍堰右岸為堆積岸，呈凸岸，岸坡較緩,地面高程在974 m以上。左岸為侵蝕岸，呈凹岸，岸壁較陡，基巖出露，地面高程在968 m以上。圍堰左右岸發育Ⅰ，Ⅱ級堆積階地，Ⅰ級堆積階地高出河床7～8 m，階面高程974～979 m，階面寬0～100 m，Ⅱ級堆積階地高出河床13～15 m，階面高程980～988 m，階面寬 20～50 m。

圍堰左岸（剖面平距0～49 m）：岸坡陡壁基巖裸露，地層巖性為T1l-11～T1l-10巖組細砂巖、粉砂巖夾泥巖，巖層傾向下游偏左岸，傾角2°～5°，節理裂隙較發育，強風化層厚1～3 m；上覆地層巖性為Q2pl和Q3pal低液限黏（粉）土，底部有一層厚1～2 m的卵石混合土層，總厚度 0～13.5 m。

圍堰堰基（剖面平距49～156 m）：該段屬瀟河河床、河漫灘，地表出露的地層巖性為Q42pal卵石混合土層，表層有0～0.5 m厚的低液限粉土層，總厚度0.5～2.5 m；下伏基巖為T1l-10、T1l-9巖組粉砂巖、細砂巖夾泥巖。

圍堰右岸（剖面平距156～200 m）：該段屬瀟河Ⅰ級堆積階地，地表出露的地層巖性為Q41pal低液限粉土，厚2.5～3.5m，下部為卵石混合土層，厚度4.5～5.1m。

根據圍堰附近鉆孔資料推測，圍堰處地下水水位高程 951～953 m。

2.4 下游圍堰工程地質評價

2.4.1 地基承載力

圍堰地基上部為Q42pal低液限粉土、卵石混合土層，下部為T1l-10、T1l-9巖組粉砂巖、細砂巖夾泥巖，建議低液限粉土承載力標準值為60～80 kPa，卵石混合土層承載力標準值為180～200 kPa，基巖強風化層承載力標準值為500～600 kPa。

2.4.2 圍堰地基滲漏及繞壩滲漏

堰基覆蓋層主要為卵石混合土層，存在堰基滲漏問題。覆蓋層平均滲透系數參照壩基取23.4 m/d，屬強透水帶。

堰基覆蓋層滲漏量采用公式（1）進行估算。經估算，堰基覆蓋層滲漏量為1 002 m3/d。

表4 下游圍堰地基覆蓋層滲漏量估算表

表5 下游圍堰右岸繞壩滲漏量估算成果表

圍堰左岸堰頂高程以下為基巖，岸坡穩定性較好。圍堰右岸存在沿覆蓋層的繞壩滲漏問題，滲透層主要為卵石混合土層。右岸下伏基巖視為相對隔水層，繞壩滲漏寬度取堰頂線與地形線交點至右岸堰頂線與基巖面交點間的距離，右岸繞壩滲漏寬約45 m，繞壩滲漏最小半圓半徑r0取堰基底寬的1/2，即11.5m，采用公式（1）并參照表5有關數據進行計算，估算得右岸繞壩滲漏量為76 m3/d。

2.4.3 圍堰地基滲透穩定性

參照壩基覆蓋層滲透漏穩定性分析可知，下游圍堰堰基存在滲漏及滲透破壞問題，建議對其進行防滲處理，并清除上部低液限粉土層。

3 結語

上、下游圍堰地基為全新統洪沖積物，主要存在堰基滲透穩定、堰基滲漏及繞堰滲漏問題。建議對上下游圍堰地基進行防滲處理，對地基表層中的低液限粉土層采取挖除或加固措施。