王新強(qiáng)
(平遙縣惠柳嬰水管處,山西 平遙 031100)
五曲灣水庫地處平遙縣東泉鎮(zhèn)水磨頭村西南1km,位于黃河流域汾河水系一級(jí)支流惠濟(jì)河西支中游,是一座以防洪、灌溉為主的?。ㄒ唬┬退畮?。水庫控制流域面積92km2,主河道長16.2km,寬5.68km,河道縱坡36‰。
五曲灣水庫始建于1972年9月,1974年10月停建,原設(shè)計(jì)總庫容188萬m3,其中死庫容5.59萬m3,興利庫容48萬m3,防洪庫容134.41萬m3,設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪輸水洞三部分組成。大壩為均質(zhì)碾壓土壩,最大壩高30m,壩頂長316m,壩頂寬6m。溢洪道位于大壩右端,全長150m,由進(jìn)口段、一級(jí)跌水、平流段、二級(jí)跌水組成。泄洪輸水洞建于大壩左側(cè),原設(shè)計(jì)為漿砌石半圓拱形涵洞,后在涵洞中套入直徑1m的圓形鋼管。
2.1.1 地形地貌條件
水庫大壩壩軸線方向S70°W,壩址區(qū)河流呈“S”型,流向約為N75°E左右,河川寬150~230m。河谷為“U”型谷,谷底為卵石混合土,局部基巖裸露,河谷兩岸為基巖,基巖表面強(qiáng)風(fēng)化,谷頂高程1182~1127m,相對(duì)高差132~172m,屬侵蝕—?jiǎng)兾g中山區(qū)。
2.1.2 地層巖性條件
壩址區(qū)出露和揭露的地層為三疊系下統(tǒng)和尚溝組與第四系全新統(tǒng)。和尚溝組上部為淺灰黃色中厚層長石砂巖,中部為泥巖,下部為灰黃、灰紫色中細(xì)粒長石砂巖夾泥巖,厚約85m。第四系全新統(tǒng)洪沖積物主要為卵石混合土、級(jí)配不良礫,多分布于河床及Ⅰ級(jí)階地之上,厚約0~6m。
2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造條件
壩址區(qū)基巖呈緩傾的單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀為N50°W/NE∠5°,巖層傾向右岸偏上游。
2.1.4 水文地質(zhì)條件
壩址區(qū)地下水類型主要有松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種類型。碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統(tǒng)和尚溝組中的長石砂巖。泥巖、泥質(zhì)砂巖起到一定的隔水作用,其地下水具有隨機(jī)、無規(guī)律性。地下水位不統(tǒng)一,由兩岸向河床逐漸降低;基巖類裂隙水主要接受大氣降水和庫水滲漏補(bǔ)給,河床下接受河水及孔隙水補(bǔ)給。松散巖類孔隙水主要分布在壩下河川卵石混合土中,卵石混合土級(jí)配差,孔隙大,滲透系數(shù)較大,層厚小于6m,分布寬度小于250m。根據(jù)ZKb1號(hào)孔注水試驗(yàn),滲透系數(shù)為19.6m/d,其準(zhǔn)確性比抽水試驗(yàn)差。
2.1.5 物理地質(zhì)現(xiàn)象
壩址區(qū)主要為基巖岸坡崩塌、蠕滑、巖體風(fēng)化。崩塌主要在大壩右岸溢洪道出口基巖陡岸段。由于巖體較硬、完整,構(gòu)造不發(fā)育,故崩塌不強(qiáng)烈,規(guī)模較小,無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。在大壩左岸基巖岸坡,由于在筑壩時(shí)進(jìn)行過爆破,現(xiàn)岸坡基巖形成一順層臨空面,存在小規(guī)模的蠕動(dòng)滑坡變形,由于規(guī)模較小,可忽略大壩及導(dǎo)流輸水涵洞的影響。巖體的強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般2~4m,強(qiáng)風(fēng)化巖體主要分布在河谷兩岸,局部風(fēng)化較嚴(yán)重,呈碎裂結(jié)構(gòu)。
2.2.1 壩基地層及特性
河床高程1050m,河床中心覆蓋層主要為第四系洪沖積物,根據(jù)ZKb1揭露,層厚約6m,不均勻系數(shù)大于20,為極不均勻卵石混合土層,強(qiáng)滲透性,為壩基主要滲漏層。
兩岸及壩基基巖主要由三疊系下統(tǒng)和尚溝組灰紫色長石砂巖夾紫紅色泥巖構(gòu)成。壩基基巖埋深6m,呈單斜構(gòu)造,產(chǎn)狀為N50°W/NE∠3°,新鮮砂巖較硬,多呈中層構(gòu)造,粉細(xì)結(jié)構(gòu),泥質(zhì)膠結(jié),抗風(fēng)化能力較弱,泥巖巖性較軟,與水作用易軟化,抗風(fēng)化能力極弱。強(qiáng)風(fēng)化層厚2~4m,最厚可達(dá)10余米。
2.2.2 壩基滲漏分析與計(jì)算
壩基滲漏主要通過卵石混合土層滲漏。從水庫大壩質(zhì)量安全鑒定收集的資料看,筑壩時(shí)壩基覆蓋層砂礫石未完全清理,會(huì)導(dǎo)致壩基滲漏。建庫時(shí)壩基未進(jìn)行過任何防滲處理。目前從大壩下游坡腳處可以觀察到部分積水情況,說明壩基存在滲漏問題,尤其是在汛期庫水位較高時(shí)滲漏問題較為嚴(yán)重。壩基滲漏采用達(dá)西公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:
式中:Q滲——壩基滲漏量,m3/d;
K——卵石混合土滲透系數(shù),取19.6m/d;
H——壩上下游水頭差,取21m;
2b——壩底寬度,取100m;
Tcp——滲透層平均厚度,取2.5m;
B——壩底長度,取110m。
計(jì)算得:Q滲=1104.3m3/d。
目前壩前淤積嚴(yán)重,多年平均淤積量1.27萬m3,計(jì)算所得壩基滲漏量40.3萬m3/a較實(shí)際滲漏量大。
壩基滲透穩(wěn)定分析:根據(jù)壩址區(qū)卵石混合土層分析,不均勻系數(shù)為35~126,均大于臨界值20,故判別五曲灣水庫地基為極不均勻卵石混合土層,滲流破壞形式是管涌。
臨界水力坡降的確定:本工程壩基卵石混合土滲透系數(shù)為19.6m/d,對(duì)應(yīng)臨界水力坡降為0.18。
允許水力坡降的確定:根據(jù)要求,采用上述方法確定的臨界水力坡降進(jìn)行滲流穩(wěn)定評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)考慮一定的安全系數(shù),對(duì)于管涌破壞,其安全系數(shù)可取1~1.5。本次安全系數(shù)采用1.0,允許水力坡降為0.18。
實(shí)際水力坡降的確定:當(dāng)庫水位穩(wěn)定在正常水位時(shí),壩后水位約為1054.5m,實(shí)際水力坡降等于壩上下游水頭差與壩底寬度之比,計(jì)算得0.21,大于允許水力坡降,故壩基存在滲流破壞,破壞形式是管涌。
2.3.1 左壩肩
左壩肩為基巖岸坡,由三疊系下統(tǒng)和尚溝組長石砂巖及泥巖組成,巖層產(chǎn)狀為N50°W/NE∠4°。左壩肩主要發(fā)育2組節(jié)理裂隙,裂隙寬度0.5~2cm,其產(chǎn)狀分別為第 1 組 S55°~70°W/SE∠78°~83°,第 2 組 S50°~65°E/SW∠75°~83°,其中第 2 組節(jié)理裂隙與壩軸線斜交?;鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚度4.0m。由于岸坡基巖較厚,巖層傾角較緩,因此左壩肩基巖穩(wěn)定性較好。壩肩下游導(dǎo)流輸水洞處有滲漏現(xiàn)象。根據(jù)ZKb2孔壓水試驗(yàn),其透水率為10.0Lu,為弱透水性,故暫不進(jìn)行繞壩滲漏計(jì)算。
2.3.2 右壩肩
右壩肩為基巖岸坡,由三疊系下統(tǒng)和尚溝組長石砂巖及泥巖組成,巖層產(chǎn)狀為N47°W/NE∠3°。左壩肩主要發(fā)育3組節(jié)理裂隙,其產(chǎn)狀為第1組N70°~80°E/SE∠80°~83°,第 2 組 S58°~65°E/SW∠75°~83°,第3 組 N10°~18°W/NE∠83°,其中第 2 組節(jié)理裂隙與壩軸線斜交。基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度4.0m。岸坡基巖較厚,巖層傾角較緩且向上游傾斜,因此右壩肩基巖穩(wěn)定性較好。壩肩下游溢洪道處巖層層面在庫水位較高時(shí)有滲漏現(xiàn)象。根據(jù)ZKb2孔壓水試驗(yàn),其透水率為11.5Lu,為弱透水性,故暫不進(jìn)行繞壩滲漏計(jì)算。
第一,由于壩基底部河床上原有砂礫石層未完全清理,同時(shí)壩基基巖未作任何防滲處理,壩基存在滲漏問題,且存在滲流破壞,破壞形式是管涌,建議對(duì)壩基進(jìn)行防滲處理。
第二,左、右壩肩存在滲水現(xiàn)象,建議對(duì)左、右壩肩進(jìn)行帷幕固結(jié)灌漿處理。