溫發(fā)甫

摘要：本文以那榔水庫(kù)大壩地質(zhì)為例，通過(guò)分析水庫(kù)壩基的工程地質(zhì)問(wèn)題，包括壩基穩(wěn)定、壩基滲漏、壩后浸沒(méi)和筑壩材料，并提出相應(yīng)的解決方案，希望可以為相關(guān)單位提供參考借鑒，推動(dòng)我國(guó)水庫(kù)建造行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：山地水庫(kù)；壩基；工程地質(zhì)；對(duì)策

山區(qū)水庫(kù)的修建選址通常選擇在峽口地帶，地質(zhì)較為穩(wěn)定可靠，盡可能減少工程量，又便于就地取材，同時(shí)減少投資 ，以盡可能的實(shí)現(xiàn)水利工程效益最大化，部分選址為河谷、丘陵地帶，壩基地層主要以洪積砂、樂(lè)石夾黏土及全風(fēng)化砂泥巖碎碎石基層為主，其主要構(gòu)成部分包括有沙壤土、裂隙粘土和粉細(xì)砂，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，較為松散，滲透性較強(qiáng)，易壓縮變形等。其主要的工程地質(zhì)問(wèn)題有壩基穩(wěn)定、壩基滲漏、壩后浸沒(méi)和筑壩材料等。

那榔水庫(kù)基本地質(zhì)情況

1、壩軸線位于那榔河山谷出口處上游約200m處，壩址河谷為“U”型谷，河道順直。谷底寬約30m，壩軸線方位N85°W，正常蓄水位高程處谷寬128.0m。兩岸地形基本對(duì)稱(chēng)，坡度25°～35°，地形條件滿足建壩要求。

2、壩址基礎(chǔ)巖性為T(mén)2b2中～厚層狀細(xì)粒巖屑砂巖夾泥巖；兩岸岸坡基巖零星出露，大部分為第四系松散層覆蓋。左岸厚5～7m，右岸厚度4～5m；河床部位為第四系沖、洪積砂、卵礫石及砂質(zhì)粘土，厚5.0m。

3、 壩址區(qū)巖層走向北西，傾向南西，傾角35°～47°，發(fā)育有北西及南西走向兩組節(jié)理。

4、 根據(jù)鉆孔揭示，兩岸地下水埋深13-28m，表層風(fēng)化裂隙發(fā)育，河床20m、兩岸22m以?xún)?nèi)單位透水率多為5～74.4Lu，屬弱～中等透水，以下單位透水率小于5Lu，屬弱～微透水。

壩址所在河谷較狹窄，兩岸覆蓋層較厚，基巖零星出露，鑒于兩壩肩基巖全、強(qiáng)風(fēng)化帶較厚，巖質(zhì)軟弱，巖體強(qiáng)度較低，作為土石壩基礎(chǔ)相對(duì)適宜，擬研究的壩型為粘土心墻堆石壩及面板堆石壩。

3.4.3.2、粘土心墻堆石壩方案工程地質(zhì)條件

壩頂高程1312.63m，水庫(kù)正常蓄水位1308.94m，最大壩高49.80m，壩軸線長(zhǎng)140.0m。

1、壩基工程地質(zhì)條件

（1）岸坡穩(wěn)定性

左岸為順向坡，岸坡地形坡度25-30°，上覆第四系殘、坡積含碎石粘土，一般垂厚3-7m，下伏基巖為T(mén)2b2中～厚層狀細(xì)粒巖屑砂巖夾泥巖；淺部全～強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深13.9～15.0m。強(qiáng)度較低，巖體為碎裂結(jié)構(gòu)。下部基巖弱風(fēng)化，層間無(wú)泥化夾層，邊坡開(kāi)挖時(shí)易產(chǎn)生局部順層滑動(dòng)，岸坡穩(wěn)定性差。

壩址右岸為逆層坡，地形坡度30°～35°，表層為含碎石粘土覆蓋，一般垂厚3～5m，結(jié)構(gòu)松散。下伏基巖為T(mén)2b2中～厚層狀細(xì)粒巖屑砂巖夾泥巖；淺部全～強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深7～12m。強(qiáng)度較低，巖體為碎裂結(jié)構(gòu)，下部基巖弱風(fēng)化，層間無(wú)軟弱夾層，基本穩(wěn)定。

（2）、壩基強(qiáng)度及壓縮變形

兩岸第四系殘、坡積含碎石粘土較厚，河床內(nèi)為厚5.0米左右的第四系沖、洪積砂、礫石夾粘土及全風(fēng)化砂泥巖碎礫，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，易壓縮變形及不均勻沉陷，需清除。兩岸上部山坡強(qiáng)風(fēng)化巖體完整性較差，可作為堆石心墻堆石體壩基持力層。心墻基礎(chǔ)需清除表層第四系松散堆積體及全、強(qiáng)風(fēng)化巖體，基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上部。

（3）、壩基抗滑穩(wěn)定性

壩基內(nèi)第四系殘、坡積及沖、洪積層兩岸上部山坡全風(fēng)化巖體抗剪強(qiáng)度較低，不能滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求，壩基基巖T2b2弱風(fēng)化中～厚層狀細(xì)粒巖屑砂巖夾泥巖為層狀結(jié)構(gòu)，巖層走向與壩軸線斜交，結(jié)構(gòu)面組合不利于滑動(dòng)，壩基抗滑穩(wěn)定性好。

（4）、壩基滲漏及繞壩滲漏

正常蓄水位以下弱～中等透水帶厚度小于22m，單位透水率q一般為5-74.4u，存在壩基及繞壩滲漏，經(jīng)計(jì)算建基面以下壩基滲漏量為18.4萬(wàn)m3/y，繞壩滲漏量左岸為5.4萬(wàn)m3/y，右岸為5.1萬(wàn)m3/y，總滲漏量為28.9萬(wàn)m3/y（見(jiàn)《下壩址壩軸線滲透剖面圖》），需作帷幕防滲處理。

（5）、壩基滲透變形

壩基除上部第四系松散層及全風(fēng)化巖石存在滲透不穩(wěn)定外，下部強(qiáng)、弱風(fēng)化巖體經(jīng)勘探，不存在滲透變形。

（6）、壩基建基面及開(kāi)挖深度

根據(jù)壩基變形、抗滑穩(wěn)定性、滲透變形及岸坡穩(wěn)定問(wèn)題的分析，建議堆石壩壩基建基面：堆石區(qū)可置于強(qiáng)風(fēng)化巖體的上部，需將第四系松散層及全風(fēng)化巖石清除；心墻基礎(chǔ)應(yīng)置于弱風(fēng)化巖體的上部，兩岸清基開(kāi)挖垂直深度5～8m，河床開(kāi)挖最低高程為1263米。開(kāi)挖邊坡坡比松散層不陡于1：1，強(qiáng)、全風(fēng)化基巖不陡于1：0.75～1：0.5，弱風(fēng)化基巖不陡于1：0.3。

（7）、壩基處理及防滲處理

心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖中易產(chǎn)生爆破松動(dòng)，采用 心墻下設(shè)置砼墊層并作固結(jié)灌漿處理。由于壩基存在滲漏問(wèn)題，需作帷幕防滲處理。防滲底界至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）以下3-5米，防滲邊界向左岸延至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）與正常蓄水位交點(diǎn)處（里程0+000），向右岸延至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）與正常蓄水位交點(diǎn)處（里程0+225），帷幕線長(zhǎng)計(jì)225米，采取沿心墻軸線布設(shè)帷幕灌漿孔一排，孔距1.50米。

1 壩基穩(wěn)定分析

1.1壩基失穩(wěn)的原因分析

壩基地層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，松散度較高。如某水庫(kù)壩基下伏涂層中分布一側(cè)鞥淺灰色的軟塑-流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)土壤，埋深5.6-7.4米，層厚1.0-5.0米，頂面高程-3.3--1.7米。當(dāng)圍壩壩頂填筑高程10.5米時(shí)，在樁號(hào)3+760-4+000段出現(xiàn)了施工期較大沉降，壩體出現(xiàn)較大裂縫，樁號(hào)3+880-3+950壩體背水側(cè)出現(xiàn)滑坡，距離壩腳30米范圍內(nèi)的地面發(fā)生隆起。

造成壩基失穩(wěn)的原因主要是壩基下伏的軟弱土層發(fā)生變形。在荷載的作用下，位于內(nèi)部的一些土顆粒之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)而變形，慢慢荷載的不斷增加，最終將會(huì)產(chǎn)生三個(gè)不同階段的變形特點(diǎn)以及相對(duì)于的穩(wěn)定特質(zhì)。

1.2穩(wěn)定措施分析

對(duì)于軟弱土而言，既非彈性體同時(shí)也不是塑性體，因此通常將其認(rèn)定為流變體。其壓縮、蠕動(dòng)以及膨脹等形變均可以認(rèn)定為基于時(shí)間的一個(gè)函數(shù)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷作用于軟土上時(shí)，隨著時(shí)間的推移，土層漸漸加固，整個(gè)強(qiáng)度也慢慢由于固結(jié)的加強(qiáng)而不斷加強(qiáng)。固結(jié)的快慢一定程度上與土層排水條件有關(guān)，對(duì)于排水情況好的，往往其固結(jié)效率高，否則其固結(jié)效率將會(huì)大大降低。所以，基于對(duì)排水層的有效利用以及對(duì)排水條件的改善，可以對(duì)筑垻效率進(jìn)行科學(xué)管控，同時(shí)也是確保壩基穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)。目前，提高土層固結(jié)的方式主要包括，排水固接法、振密擠密法、灌漿法等等。不同的方法有不同的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)，對(duì)于相關(guān)人員，應(yīng)當(dāng)預(yù)先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，繼而確定采取有效防治措施。

2 壩基滲漏問(wèn)題分析

2.1壩基滲漏分析

壩基底層通常以中等透水層為主，水庫(kù)內(nèi)水通過(guò)壩基水平流向水庫(kù)外，而實(shí)際壩基的滲透情況與其結(jié)構(gòu)、滲透特性以及水庫(kù)的實(shí)際蓄水情況有關(guān)。以某水庫(kù)為例，參照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，依據(jù)不同的地基土滲透情況與壤土的厚度情況，將壩基劃分為單層結(jié)構(gòu)以及無(wú)限滲透水層結(jié)構(gòu)。參照規(guī)范得出該水庫(kù)無(wú)限透水壩基計(jì)算深度約為20-100米左右。如下圖所示為其年滲透量與估算深度之間的關(guān)系。

由上圖可以看出，該壩基年滲透量速率逐漸放緩，壩基年滲透量上升速率也逐漸放緩，因此可以看出，壩基垂直截滲達(dá)到一定的深度后，其滲透量上升速率將逐漸放緩。

2.2壩基防滲措施分析

在壩型確定的情況下，實(shí)際該水庫(kù)的蓄水量、壩底的寬度均為一定值，而滲流的路徑以及土層的滲透系數(shù)則是可改變量，通常采用方式主要為垂直截滲以及水平截滲法，基于垂直截滲又分為垂直鋪塑、混凝土截滲墻等等。水平截滲則主要為在水庫(kù)底面鋪設(shè)一特定的土工膜、庫(kù)底素土翻壓等等

3 壩后浸沒(méi)問(wèn)題分析

3.1壩后浸沒(méi)原因及其條件

對(duì)于平原地區(qū)周邊以及壩下游地區(qū)底面高程相對(duì)于庫(kù)水位更低，以及位于封閉以及半封閉的洼地，原位壩基滲漏或者水庫(kù)周邊地下水流動(dòng)緩慢，地表水以及地下水補(bǔ)給量高于排出量，進(jìn)而使得水庫(kù)周邊區(qū)域地下水位升高，最終形成浸沒(méi)情況。水庫(kù)周邊及其山前沖積扇，對(duì)水庫(kù)及其周邊原來(lái)的地下水以及排泄方式產(chǎn)生一定影響，繼而使得地下水位升高，產(chǎn)生浸沒(méi)。而這也是造成我國(guó)濟(jì)南市玉清湖水庫(kù)的浸沒(méi)其主要原因。

3.2規(guī)避浸沒(méi)措施分析

避免壩后浸沒(méi)的相關(guān)措施應(yīng)當(dāng)有助于降低壩后地下水潛水位，一方面基于前文所述進(jìn)行截流以及防滲透情況，從而降低水庫(kù)的滲漏情況，減少原位水庫(kù)滲漏繼而造成的水路周邊區(qū)域地下水位升高，其次則在壩下游區(qū)域增設(shè)一截流溝以及排水井，從而降低地下水潛水位。在水庫(kù)以及山前沖積扇，洪積群相連接位置，還應(yīng)當(dāng)額外設(shè)置一系列縱向排水溝以及排水設(shè)備，從而可以及時(shí)對(duì)上游來(lái)水進(jìn)行有效排除。

此外，筑垻材料也是潛在可能造成問(wèn)題的主要原因之一。在水庫(kù)建造前期，庫(kù)區(qū)通常會(huì)有不同程度的鹽堿化情況，實(shí)際用于筑垻的土壤材料中往往粗在一定的易溶鹽，而實(shí)際大多數(shù)不屬于鹽漬土。對(duì)于鹽漬土而言，往往存在于溶陷性、鹽脹性以及腐蝕性。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題工程措施主要包括“銀包金”方式、混合土料施工以及風(fēng)干措施等。對(duì)于“銀包金”的施工方式，將裂隙黏土充分包裹與壤土中，這樣不但可以有效起到保護(hù)裂隙黏土不受外界的因素的干擾，同時(shí)也可以有效抑制裂隙黏土的膨脹情況。實(shí)際由于緩和土料在施工時(shí)施工質(zhì)量難以進(jìn)行有效管控，風(fēng)干措施應(yīng)當(dāng)預(yù)先對(duì)備用土進(jìn)行晾曬，因此需要耗費(fèi)大量時(shí)間，且在施工上存在一定難度。

4 結(jié)束語(yǔ)

土質(zhì)學(xué)問(wèn)題以及土力學(xué)問(wèn)題是當(dāng)前導(dǎo)致水庫(kù)問(wèn)題的主要構(gòu)成地質(zhì)原因。對(duì)于黃泛區(qū)地層巖性變化較大，實(shí)際改善措施的是否科學(xué)、經(jīng)濟(jì)以及合理取決于地質(zhì)資料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，因而，地質(zhì)勘察是采取相關(guān)措施的根本。

對(duì)于一些地基層多為軟弱土的水庫(kù)，所選擇的整治措施既要與地基的特點(diǎn)相符，同時(shí)又可以充分有效的發(fā)揮地基的承載力與其特性，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。通常造成水庫(kù)問(wèn)題的各項(xiàng)原因之間相互關(guān)聯(lián)，基于有效的勘察以及分析，繼而采用多種計(jì)算模型對(duì)工程規(guī)避措施進(jìn)行模擬分析，從而確定最終應(yīng)對(duì)方案?；诳茖W(xué)化的方案制定，不但可以對(duì)設(shè)計(jì)存在的不足進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改善，同時(shí)也可以一定程度上節(jié)約不分開(kāi)支，提高效益收入。

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