賈曉華

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

門頭峪水庫壩基滲漏與滲透變形分析評價

賈曉華

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

門頭峪水庫大壩壩體位于天然河床上，兩邊為混凝土重力壩，中間為攔河閘。壩基地層上部為第四系全新統(tǒng)卵石混合土，下部及兩岸為基巖。壩基為卵石混合土層，具強透水性，存在滲漏及滲透變形問題。采用多種方法對卵石混合土層滲透變形穩(wěn)定及滲漏進行了綜合評價，并提出相應的防治措施，有效解決了壩基滲漏及滲透變形、不均勻變形等問題。

滲透；粗粒土；滲透穩(wěn)定；滲漏；門頭峪水庫

1 概況

門頭峪水庫位于靈丘縣東南沙澗村唐河入山口處，設計壩型為閘壩，河床兩邊為混凝土重力壩，長約8～14m。中間為攔河閘，為開敞式平底寬頂堰，全長63m，共5孔。閘壩高14.4m，正常蓄水位876.5m，壩頂高程880.9m，總庫容410萬m3，屬?。ㄒ唬┬退畮?。

門頭峪水庫庫區(qū)壩址河床河谷形狀為“U”型，左右岸天然坡度40°～60°，基巖裸露，右岸緊鄰S201省道。壩址上游河床平坦，壩址處河床縮窄，寬度約41m。壩址地層上部為第四系全新統(tǒng)卵石混合土層，卵礫石主要成分為灰?guī)r、變質巖，多呈次圓狀，據(jù)野外顆分試驗資料，卵石混合土層卵石含量 23.95%～29.82%，平均值26.8%，礫石含量37.57%～42.01%，平均值39.3%，砂粒含量26.29%～34.76%，平均值31.1%，粉黏粒含量1.88%～3.72%，平均值2.69%，不均勻系數(shù)106.54～118.18，曲率系數(shù)0.35～0.67，限制粒徑20.6～40.2mm，平均值29.0mm，中間粒徑1.2～3.1mm，平均值1.9mm，有效粒徑0.19～0.36mm，平均值0.26mm。卵石混合土層經(jīng)鉆桿桿長修正后的錐貫擊數(shù)為7.6～42擊，密實度稍密—密實。據(jù)鉆孔抽水試驗，卵石混合土層滲透系數(shù)35.4m/d，為強透水層。全新統(tǒng)卵石混合土層存在滲漏和滲透變形問題。

該層在現(xiàn)河床處形成“V”形深槽，最厚13.0m。下部及兩岸為奧陶系下統(tǒng)亮甲山組第三巖組青灰色、灰黑色中厚層灰?guī)r夾泥質灰?guī)r、白云質灰?guī)r，多為中硬巖?；鶐r強風化層厚2.2～4.5m，滲透系數(shù)0.6～8.7m/d，大值平均值為6.9m/d，多具中等透水性?；鶐r弱風化層透水率4.8～16.2Lu，平均值為9.4Lu，具弱—中等透水性。

2 壩基滲漏計算

壩址卵石混合土層滲透系數(shù)為35.4m/d，具強透水性，厚度0～30m，平均厚度7.0m。下伏強風化基巖滲透系數(shù)6.9m/d，平均厚度3.0m，弱風化基巖多具弱透水性。假定弱風化基巖為相對隔水層，卵石混合土層和強風化基巖為滲漏層，在壩基處庫水滲漏特征以水平運動為主，滲漏層平均滲透系數(shù)應以卵石混合土層及強風化基巖滲透系數(shù)的厚度加權平均值計算，計算得26.9m/d。采用單一含水層壩基滲漏公式進行計算，經(jīng)計算，在正常蓄水位876.5m時，壩基滲漏量為2531.7m3/d。

3 卵石混合土層滲透變形分析

滲透變形分析是在滲透變形類型判定的基礎上，依據(jù)公式計算得出臨界水力比降，繼而得出允許水力比降。計算卵石混合土層實際水力比降，對比允許水力比降，分析評價滲透變形穩(wěn)定性并采取相應的防治措施。

3.1 滲透變形類型判定

3.1.1 級配曲線形態(tài)確定法

一般認為，顆粒級配累積曲線形態(tài)為“瀑布式”，滲透變形類型為管涌；顆粒級配累積曲線形態(tài)為“直線式”，滲透變形類型為流土；顆粒級配累積曲線形態(tài)為“階梯式”，滲透變形類型多為管涌，有時為流土。從級配累積曲線形態(tài)看，滲透變形類型判定為管涌。

3.1.2 依據(jù)規(guī)范判定法

卵石混合土層粉黏粒含量1.88%～3.72%，為無黏性土，不均勻系數(shù)為106.54～118.18，均大于5。據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》，不均勻系數(shù)大于5的無黏性土采用細顆粒含量（P）進行判別，當P≥35%時，滲透破壞類型為流土；當25%≤P＜35%時，滲透破壞類型為過渡型；當P＜25%時，滲透破壞類型為管涌，其中細顆粒含量根據(jù)顆粒級配大小分布曲線來確定。對于級配不連續(xù)的土，顆粒大小分布曲線上至少有一個以上粒組的顆粒含量不大于3%，以上述粒組在顆粒大小分布曲線上形成平緩段的最大粒徑和最小粒徑的平均值或最小粒徑作為粗細顆粒的區(qū)分粒徑，相應于該粒徑的顆粒含量為細顆粒含量。

從卵石混合土顆粒級配分布曲線圖可以看出，粒徑0.4～0.8mm之間的含量不大于3%，粗細顆粒區(qū)分粒徑取0.6mm或0.4mm，從顆粒級配分布累積曲線查得P=13%或17%，均小于25%，滲透類型為管涌。

3.1.3 不均勻系數(shù)判別法

據(jù)《水利水電工程地質手冊》，壩體下游無蓋層的條件下，卵石混合土層滲透變形破壞類型與土的不均勻系數(shù)有關。當不均勻系數(shù)Cu＜10時，滲透變形破壞類型為流土；當10＜Cu≤20時，可能產(chǎn)生流土破壞或管涌破壞；當Cu＞20時，滲透變形破壞類型為管涌。

據(jù)壩基卵石混合土層大型篩分試驗資料，卵石混合土層不均勻系數(shù)在106.54～118.18之間，均大于20，判定卵石混合土層滲透變形類型為管涌。

綜上幾種方法判定，該壩基卵石混合土滲透變形破壞類型為管涌。

3.2 臨界水力比降確定

卵石混合土層管涌的臨界水力比降采用《水利水電工程地質勘察規(guī)范》中管涌型或過渡型計算公式計算，卵石混合土層臨界水力比降為0.20。采用管涌型計算公式進行計算，經(jīng)計算，壩基卵石混合土層臨界水力比降為0.15。結合工程實際，壩基卵石混合土層臨界水力比降按上述計算值的平均值取0.17。

3.3 允許水力比降確定

據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》，卵石混合土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，當滲透穩(wěn)定對水工建筑物危害較大時，安全系數(shù)取2。本工程卵石混合土滲透穩(wěn)定將直接影響壩體穩(wěn)定，故安全系數(shù)取2，計算得卵石混合土允許水力比降為0.09。

4 天然壩基滲透變形可能性判別

據(jù)壩基地質剖面計算天然壩基滲透段水力坡降的大小。壩基主要滲漏及滲透變形破壞層為單一卵石混合土層，滲透系數(shù)以鉆孔抽水試驗結果為依據(jù)，取35.4m/d，屬強透水帶。壩基下水平滲流段平均水力坡度根據(jù)相關公式計算。經(jīng)計算，天然壩基下卵石混合層水平滲流段的平均水力比降為0.36，大于壩基允許水力比降，有可能產(chǎn)生滲透變形破壞，需進行處理。

5 防治措施

壩基為卵石混合土層，具強透水性，存在滲漏及滲透變形問題。卵石混合土層分布不均勻，且較厚，存在變形問題。擬建的閘壩弧形閘門對變形比較敏感，建議對整段位于卵石混合土上的閘室底板基礎選用高壓旋噴灌漿進行處理，高壓旋噴樁深入基巖1.0m；對閘室底板部分位于基巖、卵石混合土上且卵石混合土深度不大的閘室段，將卵石混合土挖除，回填混凝土。對未開挖的強風化基巖進行固結灌漿處理。攔河閘底板防滲結合高壓旋噴灌漿，在閘室段底板上游側平行壩軸線方向設雙排旋噴防滲墻接下部基巖中的帷幕灌漿。通過上述措施，可解決壩基滲漏及滲透變形、不均勻變形等問題。

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1004-7042（2016）01-0034-02

賈曉華（1982-），女，2006年畢業(yè)于太原理工大學水利工程專業(yè)，工程師。

2015-11-18；

2015-12-25