高 峰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 太原 030024）

陳莊水庫位于山西省大同縣瓜園鄉(xiāng)陳莊村西，屬于海河流域永定河水系桑干河二級支流--尼河（坊城河）中游，為?。?）型水庫，工程任務(wù)主要是防洪并兼顧農(nóng)田灌溉。尼河（坊城河）發(fā)源于采涼山南麓，干流長30 km，在馬家南坡注入桑干河，流域面積343 km2，壩址以上控制流域面積98 km2，多年平均徑流量為1 090×104m3.

陳莊水庫建成于1974年，壩體在修建時未經(jīng)碾壓，經(jīng)多年運行，年久失修?，F(xiàn)狀條件下，壩體局部存在小范圍坍塌；由于上游壩坡較陡，加之雨水入滲，致使壩體形成部分滑坡，滑坡體厚度1～2 m，壩基砂層存在滲漏，右壩肩存在繞壩滲漏等一系列工程地質(zhì)問題，水庫安全存在較大隱患。壩基的滲漏、滲透變形影響壩體的穩(wěn)定，以下針對該問題進行分析研究。

1 地質(zhì)概述

壩址區(qū)位于尼河（坊城河）中游，該處河流流向為S5°W，河谷呈開闊“U”形谷展布，底寬150～200 m，兩岸為較陡峻的土坡，左岸陡于右岸，兩岸岸坡高度12～35 m.

壩基上部地層巖性為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）級配不良（良好）砂、含細粒土砂層，結(jié)構(gòu)多呈松散～稍密，其礫石含量為0～31.7%，平均值為5.3%，砂粒含量為53.8%～98.3%，平均值為73.5%，粉粒含量為1.7%～28.5%，平均值為14.8%，黏粒含量為0～17.7%，平均值為6.4%，主要礦物成分為長石、石英、云母及一些暗色礦物，其滲透系數(shù)為1.70×10-3～5.50×10-3cm/s，平均值為2.98×10-3cm/s，大值平均值為5.50×10-3cm/s，具中等透水性，該層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實擊數(shù)為4～14擊，平均9.7擊，桿長修正擊數(shù)為3.1～10.4擊，平均7.7擊。該層厚度0.8～4.7m.壩基下部為下更新統(tǒng)湖積（Q1l）灰、褐灰色低液限黏土層，其水平滲透系數(shù)為1.33×10-7～2.43×10-6cm/s，平均值為1.08×10-6cm/s，具極微～微透水性，屬相對隔水層。

2 壩基滲透性分析

土的滲透變形特征應(yīng)根據(jù)土的顆粒組成、密度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)等因素綜合分析確定。其判別包括以下內(nèi)容：①判別土的滲透類型，②確定流土、管涌的臨界水力比降，③確定土的允許水力比降。

壩基上部全新統(tǒng)地層中存在中等透水性的級配不良（良好）砂、含細粒土砂層，為主要滲漏層位，在水庫大壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用下，該層將發(fā)生滲透變形?？筛鶕?jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）對壩基土的滲透變形特征進行分析評價。

2.1 滲透變形類型

擾動土樣的區(qū)分粒徑為：

式中：d—土樣的區(qū)分粒徑；

d70、d10—小于該粒徑的含量占總土重70%或10%的顆粒粒徑，mm.

無黏性土滲透變形類型的判別：對于不均勻系數(shù)小于等于5的土可判為流土，對于不均勻系數(shù)大于5的土可采用下列判別方法：

a、流土：P≥35%

b、過渡型取決于土的密度、粒級和形狀：25%≤P＜35%

c、管涌：P＜25%

其中P為相應(yīng)于區(qū)分粒徑（細粒）含量。

根據(jù)壩基6組砂層擾動樣篩分試驗資料（見表1），其不均勻系數(shù)Cu為4.8～174.0，平均值62.9，其中Cu值小于5的1組土可判為流土，Cu值大于5的5組土再根據(jù)細粒含量P值進行判別，由表1可看出，Cu值大于5的土的P值處于26.8%～36.8%之間，有2組P值大于35%，有3組介于25%與35%之間，據(jù)此判別粉土質(zhì)砂的滲透變形類型為過渡型。

表1 壩基Q4p a l砂層界限系數(shù)統(tǒng)計表

2.2 臨界水力比降的確定

全新統(tǒng)砂層產(chǎn)生的滲透變形類型主要是過渡型。選用下式計算級配不良砂層的臨界水力比降。

式中：Jcr—土的臨界水力比降；

Gs—土的比重，取值2.67；

n—土的孔隙率（%），取值；

d5、d20—分別為小于該粒徑的含量占總土重的5%和20%的顆粒粒徑，mm.

據(jù)壩基砂層土工試驗資料，其干密度為1.70～1.88 g/cm3，平均值為 1.79 g/cm3，比重為 2.67，據(jù)公式 e=（GS·ρw/ρd）-1（式中e為孔隙比，Gs為砂的比重，ρw為水的密度，取1 g/cm3，ρd為砂的干密度（計算時取小值 1.70 g/cm3））計算，孔隙比e為0.571，按孔隙比計算的孔隙率為36.35%，據(jù)表1，d5平均粒徑為0.057 mm，d20平均粒徑為0.135 mm，管涌型砂層的臨界水力比降為0.63.

2.3 允許水力比降的確定

宜以土的臨界水力比降除以1.5～2.0的安全系數(shù)后作為土的允許水力比降，考慮到工程的重要程度，安全系數(shù)取2.0，因此，壩基砂層產(chǎn)生管涌變形的允許水力比降為0.31.

3 結(jié)語

陳莊水庫壩基全新統(tǒng)砂層存在滲透變形問題，滲透變形類型為過渡型。滲漏及滲透變形將影響大壩壩體穩(wěn)定，建議對壩基進行防滲處理。