夏店水庫壩址工程地質(zhì)條件評價

焦 欣

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

夏店水庫位于山西東南部太行山西麓，上黨盆地以北，屬海河流域濁漳水系，區(qū)內(nèi)地貌單元為黃土丘陵區(qū)和沖積河谷區(qū)。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高15 m，壩長約325 m。工程壩址位于襄垣縣夏店鎮(zhèn)馬河村西南馬喊河下游，河谷底高程895 m，河谷底寬約160 m，主河槽處寬35 m。兩岸為Ⅰ級堆積階地。壩址區(qū)馬喊河兩岸均為土質(zhì)岸坡，坡度較緩，兩岸相對高差10～30 m，河谷斷面為U型。

2 地質(zhì)條件

夏店水庫壩基為全新統(tǒng)洪沖積物（Q4pal），巖性上部為低液限粉土，含小礫石，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，呈可塑狀態(tài)，厚0～1.0 m；下部主要為級配不良礫、卵石混合土夾級配不良砂等，結(jié)構(gòu)松散，分選較差。其中礫卵石成分主要為砂巖及少量灰?guī)r，磨圓度為棱角—次棱角狀，一般粒徑20～30 mm，細(xì)粒主要為中粗砂及低液限粉土，主要礦物成分為石英、長石、云母及一些巖屑。本層厚1.5～3.9 m，分布于壩址馬喊河谷底。

兩壩肩地層為下更新統(tǒng)洪積物（Q1pl），巖性為灰綠、灰白色低液限黏土夾低液限粉土，局部夾級配不良砂，呈硬塑—可塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)較密實，厚度大于20 m，分布于谷底。中更新統(tǒng)洪積物（Q2pl）巖性為淺紅色、棕黃色低液限黏土，夾不連續(xù)的鈣質(zhì)結(jié)核及古土壤層，結(jié)構(gòu)較密實，呈硬塑—可塑狀態(tài)，發(fā)育垂直節(jié)理，厚5～20 m，分布于壩址兩岸。

壩址區(qū)地下水類型為碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。碎屑巖類裂隙水賦存于二迭系上石盒子組地層中，砂巖為含水層，砂質(zhì)泥巖、泥頁巖為相對隔水層。富水性主要受含水層節(jié)理裂隙發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物、風(fēng)化程度等因素影響，具有不均勻性，一般含水性較差—中等，該類水補給松散巖類孔隙水，主要為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良礫、級配不良砂等，富水性較好。地下水埋藏較淺，自馬喊河上游向下游徑流排泄，為補給型河谷。

3 地質(zhì)問題分析

3.1 壩基土工程地質(zhì)特性

壩基主要為全新統(tǒng)洪沖積級配不良礫、卵石混合土夾級配不良砂，該層結(jié)構(gòu)松散，分選性差，礫卵石成分主要為砂巖，砂粒主要為中粗砂。根據(jù)野外篩分資料，其顆粒級配組成為：卵石含量0～15.5%，礫石含量57.6%～67.2%，砂粒含量26.7%～34.9%，粉黏粒含量0.5%～3.4%；不均勻系數(shù) 18.2～89.7，曲率系數(shù) 0.6～1.7。據(jù)鉆孔注水試驗及壩后試坑滲水試驗，其滲透系數(shù)為5.0～17.5 m/d，為中強透水層。

下伏為下更新統(tǒng)洪積灰綠、灰白色低液限黏土，局部夾低液限粉土，結(jié)構(gòu)較密實，厚度大于20 m。據(jù)室內(nèi)土工試驗資料，其干密度為1.56～1.67 g/cm3，平均值1.61 g/cm3；飽和壓縮系數(shù) av1-20.20～0.33 MPa-1，平均值0.27 MPa-1，具中等壓縮性；水平滲透系數(shù) 7.48×10-8～1.45×10-4cm/s，平均值 3.10×10-5cm/s，垂直滲透系數(shù)3.23×10-6～2.63×10-5cm/s，平均值 1.22×10-5cm/s，多具弱透水性。該層為壩基相對隔水層。

3.2 壩基滲漏及滲透穩(wěn)定

壩基主要為全新統(tǒng)洪沖積級配不良礫、卵石混合土夾級配不良砂，滲透系數(shù)5.0～17.5 m/d，為強透水層。下伏下更新統(tǒng)洪積低液限黏土層，厚度大于20 m，為相對隔水層。建壩時主河槽處做了截水槽，據(jù)鉆孔揭露，主河槽處截水槽深度至下更新統(tǒng)低液限黏土層，該處壩基級配不良礫、卵石混合土層被截斷。但主河槽兩側(cè)Ⅰ級堆積階地處級配不良礫、卵石混合土層未做截水槽，本層厚度1.5～3.9 m，為中強透水層，構(gòu)成壩基滲漏層位，壩基存在滲漏問題。水庫建成后，滲漏較嚴(yán)重，壩下游河谷處長期有水流。后來隨著水庫壩前淤積物的增厚，起到了防滲鋪蓋作用，且上游來水減少或基本沒有來水，滲水情況有所減弱。目前壩后河谷處被填平用來耕種，壩后未發(fā)現(xiàn)明顯滲水。

現(xiàn)根據(jù)壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)，考慮壩前淤積物起到的一定的防滲作用，壩基級配不良礫夾卵石混合土和級配不良砂層滲透系數(shù)采用加權(quán)平均值，求得滲透系數(shù)為6.5 m/d，計算段寬度取主河槽兩側(cè)Ⅰ級堆積階地處寬度。采用下式計算壩基滲漏量：

式中：Q——壩基滲漏量，m3/d；

B——計算段寬度，取主河槽兩側(cè)河谷寬度值110 m；

k——巖層滲透系數(shù)，取加權(quán)平均值6.5 m/d；

H——正常蓄水位時大壩上下游水位差，取值10.5 m；

M——壩基透水層厚度，取主河槽兩側(cè)平均厚度值2.6 m；

2 b——壩基寬度，取值85 m。

經(jīng)估算，在正常蓄水位條件下，壩基滲漏量約為223 m3/d。

壩基級配不良礫夾卵石混合土和級配不良砂層，結(jié)構(gòu)松散，分選較差，級配不連續(xù)，而且在壩基及上下游連續(xù)分布，在壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用下，該層將產(chǎn)生滲透變形。據(jù)篩分試驗資料，其不均勻系數(shù)為18.2～89.7，大于5，細(xì)顆粒含量小于25%，故可能產(chǎn)生的滲透變形類型為管涌。根據(jù)壩基級配不良礫層的顆粒組成、不均勻系數(shù)、細(xì)粒土含量和滲透系數(shù)等查得其平均臨界水力比降為0.26，考慮工程重要性，取安全系數(shù)2，其允許水力比降為0.13。

3.3 兩壩肩土體穩(wěn)定及繞壩滲漏

左右壩肩為土質(zhì)岸坡，坡度較緩，地層巖性主要為中更新統(tǒng)洪積淺紅色低液限黏土，結(jié)構(gòu)較密實，厚度10～18 m。其干密度為1.57～1.69 g/cm3，平均值為1.62 g/cm3，具中等壓縮性；滲透系數(shù)為1.53×10-7～6.06×10-5cm/s，多具微弱透水性。其下為下更新統(tǒng)洪積灰綠、灰白色低液限黏土，局部夾低液限粉土，結(jié)構(gòu)較密實，厚度大于20 m。其干密度為1.56 g/cm3，具中等壓縮性；滲透系數(shù)為 1.44×10-5～1.83×10-5cm/s，具弱透水性。兩壩肩岸坡土體穩(wěn)定性較好。兩壩肩岸坡主要由中、下更新統(tǒng)低液限黏土組成，其滲透性較弱，兩壩肩不存在繞壩滲漏問題。綜上分析，左右壩肩工程地質(zhì)條件較好。

4 結(jié)語

通過分析，壩基主河槽兩側(cè)主要為全新統(tǒng)級配不良礫夾卵石混合土和級配不良砂，為中強透水層。下伏下更新統(tǒng)低液限黏土層為相對隔水層。因壩基存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題，建議對壩基進行防滲，防滲深度進入下伏下更新統(tǒng)低液限黏土層2～3 m，并在壩后設(shè)排水棱體。左右兩壩肩岸坡為中、下更新統(tǒng)低液限黏土層，結(jié)構(gòu)較密實，滲透性較強，兩壩肩工程地質(zhì)條件較好。