任 佳，劉水吉，張梧蔭

（1山西省柏葉口水庫建設(shè)管理局，太原030002；2山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原030024）

1 壩基工程地質(zhì)

1.1 壩基工程地質(zhì)條件

1.1.1 地形地貌

柏葉口水庫壩址位于文峪河中上游，該處文峪河河谷寬度壩軸線上游寬120～140 m，壩軸線下游寬95～120 m，河床主流寬15～20 m。河谷中間發(fā)育一河谷深槽，深槽覆蓋層揭露厚度 10.5～15.1 m，推測寬度 10～15 m。

1.1.2 地層巖性

壩基建基面地層為全新統(tǒng)洪沖積物，其巖性為卵石混合土、混合土卵石，局部為砂層透鏡體。厚度一般7～8 m。

下伏基巖面相對高程一般在8～10 m（此處相對高程系以壩的最低趾板底高程為相對高程的零點，下同），在河床中間深槽處相對高程在1.0～5.0 m?；鶐r主要為下太古界界河口群一段灰、灰白色混合花崗巖、變粒巖巖組（ML-Ar1j）。大致在壩軸線下游130 m地段下伏基巖為界河口群二段肉紅色混合花崗巖組（Mg-Ar1j2）。河谷基巖中局部穿插大理巖（M-Ar1j）、變質(zhì)輝長巖（輝綠巖）（βμ21）及肉紅色變質(zhì)花崗巖或變質(zhì)偉晶巖（γ）。大理巖、變質(zhì)輝長巖（輝綠巖）、變質(zhì)花崗巖、變質(zhì)偉晶巖一般呈條帶狀、脈狀分布，大理巖和變質(zhì)輝長巖（輝綠巖）在許多地段呈伴生產(chǎn)出。

1.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

河床中還有F16斷層及F32斷層通過，F(xiàn)16斷層在壩軸線上游500 m通過，對大壩無影響。

F32斷層為推測斷層，該斷層帶內(nèi)的ZK09y-6、ZK9-14號孔中變質(zhì)輝長巖（輝綠巖）巖芯破碎，一些地段巖芯呈泥狀，推測斷層附近的ZKb-10、ZK09y-2、5、4號孔巖芯破碎，采取率及RQD值較低。推測斷層在河床部位位于設(shè)計下游壩坡腳以外。

1.1.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

河床基巖全強風(fēng)化層厚0～10 m，一般厚度1～5 m，節(jié)理裂隙密集帶內(nèi)厚可達20～30 m，弱風(fēng)化帶一般厚14～26 m。一般右側(cè)風(fēng)化程度較左側(cè)大。

趾板處河床基巖全、強風(fēng)化帶一般厚1～10 m，弱風(fēng)化帶一般厚16～55 m。其中左側(cè)河谷基巖全、強風(fēng)化帶厚1～8 m，強風(fēng)化帶下限相對高程1.5～10 m；弱風(fēng)化帶厚16～23 m，弱風(fēng)化帶下限相對高程-21～-17 m；右側(cè)河谷基巖全、強風(fēng)化帶厚5～10 m，強風(fēng)化帶下限高程-1.5～-0.5 m；弱風(fēng)化帶厚35～55 m，弱風(fēng)化帶下限高程-55～55 m。址板線上游側(cè)及下游側(cè)分別存在一節(jié)理密集帶（帶1、帶2），帶內(nèi)全強風(fēng)化帶厚度推測 20～30 m。

總體看，河床基巖風(fēng)化厚度右側(cè)較左側(cè)厚。尤其在趾板處表現(xiàn)較為明顯。

1.1.5 水文地質(zhì)條件

河床部位地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，水位埋深1～2 m，水位相對高程在14～15.6 m之間。地下水總體由上游向下游流動，水力梯度一般較平緩。

據(jù)ZK09-6、ZK09-11號鉆孔抽水試驗，河床（Q4pal）覆蓋層滲透系數(shù)為23.90～37.17 m/d。據(jù)ZKb-2號孔注水試驗，其滲透系數(shù)為24.61 m/d，為強透水層。

據(jù)野外大型卵石混合土、混合土卵石樣室內(nèi)試驗，其滲透系數(shù)為 4.40×10-2～3.20×10-1cm/s，平均值為 1.80×10-1cm/s，即38.02～276.48 m/d，平均值為155.52 m/d，具強透水性。

1.2 壩基工程地質(zhì)評價

1.2.1 壩基滲漏

壩基覆蓋層滲透系數(shù)為23.90～37.17 m/d，為強透水性，壩基上部巖體大多具中等一強透水性，鉆孔注水試驗滲透系數(shù)為2～38 m/d；下部多具中等一弱透水性，鉆孔壓水試驗透水率為4.4～18.6 Lu（中等透水性下限高程為：趾板處河谷左側(cè)相對高程為0 m，中部-80 m，河谷右側(cè)-50 m；軸線處河谷左側(cè)-20 m，右側(cè)-50 m）。水庫蓄水后壩基滲漏可能較大。因覆蓋層與基巖滲透系數(shù)相差很大，故壩基滲漏主要為覆蓋層滲漏，在覆蓋層進行有效防滲處理后，基巖風(fēng)化帶、裂隙帶滲漏通道將是主要的通道。

1）面板壩型壩基滲漏量估算

單層透水壩基由單一透水巖層組成，在其厚度等于或小于壩底寬度且壩身不透水的情況下，可用卡明斯基公式計算。

在未考慮趾板的情況下，由于壩基覆蓋層為強透水層，壩基強風(fēng)化基巖多為中等一強透水性，水庫蓄水后庫水將主要通過覆蓋層及強風(fēng)化層向壩后產(chǎn)生滲漏。壩基覆蓋層平均厚度8.5 m，平均寬度120 m，強風(fēng)化基巖平均厚度7 m，寬度150 m；滲透系數(shù)取覆蓋層與強風(fēng)化巖層加權(quán)平均值21.76 m/d，滲透層寬度取加權(quán)平均值135 m。大壩壩底寬度245 m，可采用卡明斯基公式計算滲漏量：

卡明斯基公式：

壩基滲透總量：

式中：q—壩基單寬滲漏量，m3/d·m；

k—滲透系數(shù)，m/d，取 21.76 m/d；

H—壩前正常蓄水深，m，取69 m；

2b—壩基寬，m，取 244 m；

T—滲透層平均厚度，m，取15.5 m；

B—滲透層平均寬度，m，取135 m；

Q—滲漏量，m3/d。

經(jīng)估算，在未考慮趾板的情況下壩基滲漏量為12 107 m3/d。

在考慮趾板情況下，根據(jù)壩基各鉆孔壓水試驗成果，壩基基巖相對隔水層高程大致按1 000 m考慮。采用式（1）、式（2）估算趾板底高程（左側(cè)50 m相對高程為6 m，右側(cè)100 m段為0 m，加權(quán)平均相對高程2 m）以下基巖滲漏量，滲透系數(shù)取加權(quán)平均值0.23 m/d，2b-趾板寬取10 m；T-滲透層平均厚度取52 m，B-趾板處滲透層寬度取150 m。經(jīng)估算，在考慮修筑趾板的情況下壩基滲漏量約為2 083 m3/d。

綜上可知，壩基覆蓋層及基巖存在滲漏問題，建議趾板置于弱風(fēng)化基巖上，并對其下基巖進行帷幕灌漿處理。建議帷幕處理下限相對高程按-50 m控制。

1.2.2 滲透穩(wěn)定

1）壩基覆蓋層

壩基覆蓋層以卵石混合土為主，顆粒不均勻，級配不良，有可能產(chǎn)生滲透變形，分析其滲透變形類型為管涌。據(jù)滲透變形試驗，試驗配樣干密度2.00～2.16 g/cm3，平均值為2.08 g/cm3狀態(tài)下，試樣的滲透破壞形式均為管涌。臨界比降范圍值0.18～0.59，平均值為 0.31，破壞比降范圍值 0.41～1.04，平均值為0.64。天然密度越大，臨界比降及破壞比降也越大。建議覆蓋層允許水力比降按0.15考慮。建議清除覆蓋層或采取防滲措施。

2）壩基全強風(fēng)化基巖

從壩基鉆探資料看，大部分地段基巖強風(fēng)化層巖芯呈碎塊狀或短柱狀，但也有少量孔中強風(fēng)化層中有泥狀物。由于該層巖石破碎，原節(jié)理裂隙張開，礦物蝕變，粒徑不一，有部分黏土礦物及細(xì)粒物質(zhì)。加之強風(fēng)化帶滲透性較強，多在4～12 m/d之間。故全強風(fēng)化基巖也存在滲透變形的可能性，變形的可能形式為管涌。據(jù)經(jīng)驗建議全強風(fēng)層臨界水力比降按2.6考慮，允許水力比降建議按1.3考慮。建議面板堆石壩型趾板清除全強風(fēng)化基巖，將趾板置于弱風(fēng)化基巖上。

2 結(jié)論及建議

柏葉口水庫大壩按混凝土面板堆石壩型進行建設(shè)，壩基大部分地段處于強風(fēng)化層基巖，滲漏問題是主要問題，下面將對壩基的影響因素以及滲漏問題的處理進行一些總結(jié)并提出一些建議。

2.1 地震動參數(shù)

工程區(qū)地震動峰值加速度值為0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.4 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

2.2 壩基滲漏

對于壩基覆蓋層及基巖覆蓋層及基巖存在滲漏問題，分兩步進行了處理，第一步通過基坑開挖將其覆蓋層及強風(fēng)化巖體全部挖除，使其趾板直接坐落在弱風(fēng)化基巖上，以此解決覆蓋層存在的滲漏問題；第二步通過帷幕灌漿解決壩基基巖存在滲漏問題。

2.3 大壩右岸基礎(chǔ)砂層處理方案

鑒于大壩基礎(chǔ)開挖過程中，右岸基坑靠近岸坡處，發(fā)現(xiàn)一段粉細(xì)沙、淤泥夾層，應(yīng)進行局部置換及加固處理措施。

大壩建基面高程以下深度2 m范圍內(nèi)的粉細(xì)沙全部挖除，至砂礫石層或基巖面為止。用砂礫石對挖除體進行回填并分層碾壓，壓實后相對密度大于或等于0.8。補齊后，需達到原設(shè)計高程。

對于形成的岸坡局部倒懸，采用上部削坡、下部回填C20混凝土的方式進行處理，坡度不陡于1:0.5。

2.4 大壩基坑防滲板最低趾板底高程建基面以下深坑處理方案

1）首先對其深坑內(nèi)全強風(fēng)化破碎巖體及淤泥進行挖除。

2）對深坑周邊表面用高壓水槍進行清洗，接著抽排坑中積水，然后用塊石回填局部坑深1~2 m，在此基礎(chǔ)上采用PC220挖機將回填塊石反復(fù)壓實，以形成較密實的地基，埋設(shè)直徑1 m的混凝土管〔立管〕，管內(nèi)放6英寸污水泵抽排泥水，控制水位在塊石面以下0.5 m。

3）深坑中塊石面以上用C15拋石混凝土回填，拋石比例為20%，混凝土表面與坑周圍地基平順連接，當(dāng)回填至相對高程0.05 m時，鋪設(shè)φ8@200鋼筋網(wǎng)與四周防滲板鋼筋網(wǎng)相連，回填頂高程為0.15 m（防滲板頂高程）。

4）對于基坑防滲板趾板底高程建基面以下深坑至龍頭坑一線風(fēng)化破碎帶巖體，進行固結(jié)灌漿處理。