楊光輝

趙家窯水庫位于大同市西北約20km，趙家窯村東南1.5km處，始建于1960年，是桑干河一級支流御河支流淤泥河上的一座控制性工程。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高33m，主壩長400m，副壩長150m。

1 地質(zhì)條件

壩址位于大同市新榮區(qū)趙家窯村東南淤泥河下游，該處淤泥河流向S45°E，主河槽靠左岸，右岸形成河漫灘。左岸為基巖岸，坡岸坡度35°～50°，局部為陡崖。右岸上部為黃土岸坡，下部為基巖，坡度20°～40°。谷底寬約50m，河谷斷面呈“U”型。

壩址區(qū)屬中低山區(qū)，出露地層為太古界桑干群黃土窯組上部的付變質(zhì)巖系和第四系松散堆積物。河床主要出露全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）級配不良礫，下伏太古界桑干群黃土窯組上部的變質(zhì)巖，巖性主要為黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖及燕山期輝綠巖侵入體。

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)斷層，巖層產(chǎn)狀為N42°～48°E/NW∠55°～63°。巖體中主要發(fā)育 N60°～80°W和N20°～50°E兩組節(jié)理裂隙，受風(fēng)化卸荷作用影響，靠岸邊處節(jié)理裂隙均不同程度張開，一般裂隙寬3～10mm，無充填或少量巖屑充填，向巖體內(nèi)部裂隙逐漸變窄趨于閉合。

根據(jù)地下水的賦存條件，壩址區(qū)地下水類型主要為變質(zhì)巖風(fēng)化裂隙水和松散巖類孔隙潛，主要接受大氣降水補給，地下水位兩岸高于河谷，淤泥河為該區(qū)的排泄基準(zhǔn)面。根據(jù)水質(zhì)分析資料，工程區(qū)庫水和壩后滲水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型水，對普通水泥和抗硫酸鹽水泥均無腐蝕性。

2 工程地質(zhì)問題分析

2.1 主河槽壩基滲漏

根據(jù)大壩施工情況和本次勘察資料，建壩時壩基砂卵石層未清除，雖在壩基上游32.4m填筑黏土截水槽，但未將砂卵石層截穿，且黏土截水槽有的部位未按設(shè)計施工，質(zhì)量較差。壩基級配不良礫厚2.5～3.0m，根據(jù)鉆孔注水試驗及壩后滲水試驗，滲透系數(shù)為12～32m/d，為強透水層。壩基下伏基巖為花崗片麻巖，強風(fēng)化層厚5～6m，據(jù)鉆孔注水試驗滲透系數(shù)為5～8m/d，為中等透水層，弱風(fēng)化基巖鉆孔壓水試驗透水率為8.2～18.5Lu，為弱～中等透水性，可視為相對隔水層。壩基全新統(tǒng)洪沖積級配不良礫和強風(fēng)化基巖為強透水～中等透水層，且在壩基連續(xù)分布，為壩基滲漏層位，故壩基存在滲漏問題。根據(jù)壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)，考慮壩前淤積物起到一定的防滲作用，滲透系數(shù)用加權(quán)平均值，求得滲透系數(shù)為5.75m/d，將其簡化為單層透水層，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，m，取85；

k——巖層滲透系數(shù)，m/d，取加權(quán)平均值5.75；

H——正常蓄水位時大壩上下游水位差，m，取24.6；

M——壩基透水層厚度，m，取3.0；

2b——壩基寬度，m，取164。

經(jīng)估算，在正常蓄水位1164.5m時，壩基級配不良礫層滲漏量為216.0m3/d，年滲漏量7.9萬m3。

考慮到壩基強風(fēng)化基巖厚5～6m，據(jù)鉆孔注水試驗滲透系數(shù)為5～8m/d，為中等透水層，存在一定的滲漏問題?，F(xiàn)將壩基級配不良礫與強風(fēng)化基巖簡化為單層透水層，取壩基級配不良礫與強風(fēng)化基巖滲透系數(shù)加權(quán)平均值10.8m/d?？紤]壩前淤積物的防滲作用，取滲透系數(shù)加權(quán)平均值6.3m/d，代入上式計算壩基級配不良礫和強風(fēng)化基巖的總滲漏量。經(jīng)估算，在正常蓄水位1164.5m時，壩基級配不良礫和強風(fēng)化基巖的總滲漏量經(jīng)估算壩基滲漏量為685.3m3/d，年滲漏量25.0萬m3。據(jù)水庫觀測資料，在庫水位1155.5m時，壩后出逸滲流量為4.5L/s，且隨庫水位升高，滲流量明顯增大。

2.2 主河槽壩基滲透穩(wěn)定分析

壩基級配不良礫為強透水層，結(jié)構(gòu)松散，且連續(xù)分布。根據(jù)顆分資料，其顆粒累積級配曲線為“瀑布”型，在壩上、下游水位差形成的滲透壓力作用下，其滲透變形類型為管涌型。根據(jù)壩基級配不良礫的不均勻系數(shù)、滲透系數(shù)和細(xì)粒土含量等綜合分析，其臨界水力比降為0.24，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，趙家窯水庫為中型水庫，安全系數(shù)按2考慮，其允許水力比降為0.12。根據(jù)壩基地質(zhì)條件選用下式計算壩后逸出水力比降：

式中：I——壩后逸出水力比降；

H1——壩前水位，m，取正常蓄水位1164.5；

H2——壩后水位，m，取1139.9；

T1——壩前淤積物厚度，m，取15.31；

T2——壩基級配不良礫厚度，m，取3.0；

k1——壩前淤積物滲透系數(shù)，m/d，取0.312；

k2——壩基級配不良礫透系數(shù)，m/d，取18.5；

2b——壩基寬度，m，取164。

經(jīng)計算，在正常蓄水位時，壩后實際水力比降為0.39，大于允許水力比降0.12，故壩基級配不良礫存在滲透穩(wěn)定問題。

綜上分析，在水庫低水位運行情況下，壩基存在一定的滲漏問題，未發(fā)現(xiàn)壩基產(chǎn)生滲透變形。但自完成改建以來，水庫一直處于低水位運行狀態(tài)，未經(jīng)高水位運行考驗。通過壩基滲透穩(wěn)定性分析計算，在正常蓄水位條件，壩基存在滲透穩(wěn)定問題，且壩體與兩側(cè)岸坡風(fēng)化基巖接觸帶未采取任何防滲措施，易產(chǎn)生接觸滲漏及沖刷，故應(yīng)對壩基進(jìn)行防滲處理。

2.3 左岸巖體穩(wěn)定及繞壩滲漏

左壩肩為基巖岸坡，由太古界桑干群黃土窯組花崗片麻巖、黑云斜長片麻巖及燕山期輝綠巖巖墻組成，巖體中主要發(fā)育北東和北西向兩組陡傾角節(jié)理裂隙，以及一組北東向緩傾角節(jié)理裂隙，軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較好。受風(fēng)化、卸荷作用，岸邊節(jié)理裂隙有一定程度的張開，為左壩肩繞壩滲漏通道，據(jù)ZK08-7鉆孔壓水試驗，巖體透水率為8.3～19.4Lu，為弱～中等透水性，左壩肩存在繞壩滲漏問題。根據(jù)左岸地質(zhì)條件選用下式計算繞壩滲漏量：

式中：Q——繞壩滲漏量，m3/d；

k——滲透系數(shù)，m/d，取8；

H——壩前水庫蓄水深度，m，取13.5；

h1——河水位高出隔水頂板的高度，m，取10.5；

H1——水庫正常蓄水位高出隔水頂板的高度，m，取 31；

B——繞壩滲漏寬度，m，取80；

r0——繞壩滲漏最小半圓半徑，m，取50。

經(jīng)計算，左壩肩繞壩滲漏量為270.4m3/d，年滲漏量9.9萬m3。由于岸坡較陡，卸荷帶較窄，經(jīng)水庫47年的低水位運行情況分析，左壩肩未發(fā)現(xiàn)有滲水。綜合分析，左壩肩存在一定的繞壩滲漏問題。

2.4 右岸巖土體穩(wěn)定及繞壩滲漏

右岸為土質(zhì)岸坡，地形較平緩，以溢洪道為界，左為主壩段，右為副壩段，副壩長150m。右岸壩基為太古界桑干群黃土窯組花崗片麻巖，巖體中主要發(fā)育北東和北西向兩組陡傾角節(jié)理裂隙，軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較好。根據(jù)鉆孔注水試驗，強風(fēng)化巖體滲透系數(shù)為5～8m/d，為中等透水層，弱風(fēng)化巖體鉆孔壓水試驗透水率為7.2～17.4Lu，為弱～中等透水性。強風(fēng)化花崗片麻巖具中等透水性，且節(jié)理裂隙較發(fā)育，可構(gòu)成滲漏通道。故右岸存在繞壩滲漏滲漏問題。采用式（3）估算右壩肩繞壩滲漏量，其中繞壩滲漏寬度取值105m，其他符號取值同上。

經(jīng)計算，正常蓄水位條件下右壩肩繞壩滲漏量為544.7m3/d，年滲漏量19.9萬m3。由于水庫淤積物起到了一定防滲作用，實際繞壩滲漏量較計算值小。

3 結(jié)語

通過勘察可知，主壩基存在滲透及滲透穩(wěn)定性問題。建議對其進(jìn)行防滲處理，防滲深度至中等透水帶下限。

通過分析評價左、右兩壩肩工程地質(zhì)條件，兩壩肩基巖存在繞壩滲透問題，建議對兩壩肩進(jìn)行防滲處理，防滲深度至中等透水帶下限。