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(kù)地處汾河一級(jí)支流惠濟(jì)河?xùn)|支中游，位于平遙縣城東南朱坑鄉(xiāng)源神廟村，控制流域面積55km2，總庫(kù)容376萬(wàn)m3，是一座集防洪、供水、灌溉等綜合利用為一體的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。樞紐主要工程由大壩、溢洪道、泄洪輸水洞及放水涵洞組成。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)條件

源神廟水庫(kù)壩址位于朱坑鄉(xiāng)源神廟附近惠濟(jì)河?xùn)|支中游的峽谷上，河床高程951.0m，左岸山梁高程1180.0m，相對(duì)高差229m。河流方向N79°W，壩軸線方向N19°E，河流較順直。河谷左岸較陡，右岸較緩，呈不對(duì)稱“U”型谷。

壩址分布地層為三疊系下統(tǒng)和尚溝組與第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。和尚溝組（T1h）上部為淺灰黃色中厚層長(zhǎng)石砂巖，中部為泥巖，下部為灰黃、灰紫色中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖夾泥巖。按工程地質(zhì)性質(zhì)由下至上分為三個(gè)巖組：第一巖組淺灰黃、灰紫色中厚層長(zhǎng)石砂巖夾薄層泥巖（T1h-1），厚度大于9m；第二巖組灰紫、灰綠色泥巖（T1h-2），厚度13.4m；第三巖組下部灰黃色細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，上部長(zhǎng)石砂巖夾泥巖（T1h-3），厚度大于60m。

第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3pl）低液限黏土。

第四系上更新統(tǒng)沖積（Q3al）卵石混合土，礫卵石呈次棱角—次圓狀，分選性差，厚度7.8～12.7m。卵礫石成分主要為砂巖，分布于右岸二級(jí)階地。

第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）卵石混合土、級(jí)配不良礫，礫卵石呈次棱角—次圓狀，分選性差，厚度3～7m，分布于河床壩基。顆分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

選擇與壩基地質(zhì)條件相似的壩下游河床卵石混合土做試坑注水試驗(yàn)，得到的滲透系數(shù)為43.45m/d。

表1 顆粒分析結(jié)果表

大壩座落于第四系全新統(tǒng)沖積卵石混合土層上，卵石混合土層之下為和尚溝組長(zhǎng)石砂巖夾泥巖。巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化層厚度3～5m。

壩基河床高程951.0m，壩基寬度分為兩段，樁號(hào)0+030.4～0+133段壩基為第四系全新統(tǒng)卵石混合土，厚3.4m，基巖面高程945.4m；樁號(hào)0+133～0+180段壩基表層為第四系全新統(tǒng)低液限黏土覆蓋，厚2.0～2.5m，土層之下為厚度7.0m左右的卵石混合土層，基巖面高程947.0～948.0m。

壩基靠右岸有一處泉水，大壩填筑施工時(shí)，用棉花等物堵塞，并用一口大鐵鍋蓋住，對(duì)壩基強(qiáng)透水的卵石混合土層未做截水槽或其他防滲處理，給壩基滲漏留下了隱患。

壩址區(qū)地層平緩，巖層產(chǎn)狀 N50°E/NW∠4°～6°，傾向右側(cè)偏下游。巖體中節(jié)理較發(fā)育，主要有兩組，其產(chǎn)狀分別為：第一組 N35°～50°E/NW∠81°；第 2組N30°～40°W/NE∠84°，其中第二組節(jié)理與河流方向交角較小，容易形成順節(jié)理面的滲漏。

2.2 壩基工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

源神廟水庫(kù)工程屬典型的“三邊工程”，是在對(duì)壩基地質(zhì)條件沒(méi)有查清的情況下設(shè)計(jì)、施工的。建庫(kù)時(shí)對(duì)壩基和壩肩強(qiáng)透水的卵石混合土未采取截滲槽或其他任何防滲措施，壩基及壩肩滲漏嚴(yán)重，給大壩安全帶來(lái)很大隱患。

2.2.1 壩基滲漏計(jì)算

壩基滲漏采用下式計(jì)算：

式中：Q——滲漏量，m3/d；

B——滲漏帶寬度，m；

k——滲透系數(shù)，m/d；

H——壩上下游水頭差，m；

2b——壩基寬，m；

T——滲透層厚度，m。

經(jīng)計(jì)算，得出卵石混合土層在水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位條件下的滲漏量為4712.3m3/d，滲漏計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 壩基滲漏計(jì)算表

因計(jì)算時(shí)未將覆蓋層下風(fēng)化裂隙巖體的滲漏計(jì)入，也未考慮水庫(kù)8.68m厚淤積層的影響，故滲漏量只是粗略估算，計(jì)算值偏大。

2.2.2 壩基滲透變形

滲透變形類(lèi)型判別公式為：

式中：Pc——土的細(xì)粒含量，%；

n——土的孔隙率，%。

對(duì)于連續(xù)級(jí)配的土，區(qū)分粗細(xì)粒徑的界限粒徑df按下式計(jì)算：

式中：df——粗細(xì)粒的區(qū)分粒徑，mm；

d70，d10——占總土重70%，10%的土粒粒徑，mm。

經(jīng)分析，卵石混合土的滲透變形類(lèi)型為管涌。

壩基滲透變形分析評(píng)價(jià)：管涌型臨界水力比降用式（5）計(jì)算：

式中：Jcr——土的臨界水力比降；

Gs——土的顆粒密度；

n——土的孔隙率，%，n=e/（1+e）；

d5，d20，d60——分別占總土重5%，20%，60%的土粒粒徑，mm；

e——孔隙比；

k——土的滲透系數(shù)，cm/s。

式中滲透系數(shù)采用下式計(jì)算其近似值：

其中Cu為土的不均勻系數(shù)，Cu=d60/d10。

根據(jù)顆粒分析資料，經(jīng)臨界水力比降計(jì)算，得到的允許水力比降為0.127。根據(jù)顆分資料，按規(guī)范提供的允許水力比降經(jīng)驗(yàn)值為0.12，二者比較接近，建議壩基卵石混合土允許水力比降為0.12。

此次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)計(jì)算的壩基實(shí)際水力比降為0.17～0.20，壩基實(shí)際水力比降大于允許水力比降，壩基存在滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

針對(duì)壩基滲漏和滲透變形問(wèn)題，建議進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕灌漿深度按至基巖面以下5m考慮?？辈熘形醋鰤核囼?yàn)，參考省內(nèi)三疊系砂頁(yè)巖層構(gòu)造發(fā)育程度相近的工程，提出壩基巖體透水率范圍參考值：強(qiáng)風(fēng)化砂巖 10～100Lu，弱風(fēng)化砂巖 3～10Lu；強(qiáng)風(fēng)化泥巖5～20Lu，弱風(fēng)化泥巖0.5～3Lu。建議施工初期補(bǔ)充鉆孔壓水試驗(yàn)資料，最終確定防滲處理深度。若只處理滲透變形問(wèn)題，也可考慮壩下游坡腳設(shè)反濾及壓重處理。

2.3 水腐蝕性評(píng)價(jià)

工程區(qū)河水、水庫(kù)水及地下水水質(zhì)良好，未受污染。本次取水庫(kù)水進(jìn)行分析，根據(jù)水質(zhì)分析資料可知，水的 pH 值為 8.42，Cl-含量 12.176mg/L，SO42-含量92.93mg/L，HCO3-含 量 185.46mg/L，CO32-含 量11.40mg/L，Ca2+含量 64.10mg/L，Mg2+含量 15.56mg/L，地下水為弱堿性硬水。依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》水腐蝕性判定標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

3 結(jié)語(yǔ)

壩基卵石混合土屬?gòu)?qiáng)透水層，厚度3.4～7.0m，建壩時(shí)未做截滲槽或其他防滲處理，壩基存在滲漏和滲透變形問(wèn)題，且壩體土與壩肩基巖陡坡接觸，壩體質(zhì)量不良，建議壩基和壩肩進(jìn)行帷幕灌漿處理。若只處理壩基滲透變形問(wèn)題，也可考慮壩下游坡腳設(shè)反濾及壓重處理。