陳世偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

任莊水庫位于山西省澤州縣的丹河上，系沁河一級支流丹河上的一座中型水利工程。水庫始建于1959年10月，1960年3月竣工并投入運(yùn)行，控制流域面積1 298.6 km2，總庫容8 050萬m3。樞紐工程主要包括大壩、溢洪道及灌溉輸水洞等。其中大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高35.3 m，壩長660 m。

2 地質(zhì)簡述

任莊水庫壩址區(qū)丹河主河槽靠近右岸，左側(cè)為河漫灘及Ⅰ級堆積階地，寬約100 m。左壩端為一土質(zhì)岸坡，坡度為 15～30°，坡頂高出河床 15～20 m；右壩端為巖質(zhì)岸坡，下部岸坡較陡，上部岸坡較緩，坡度多為20～35°。河谷斷面呈“U”型。

壩體土（Qs）主要由低液限黏土組成，局部含少量細(xì)礫及塊碎石，厚0～36 m。壩基巖性主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）級配不良礫、混合土卵石等，礫卵石呈次棱角狀，厚5～12 m。河谷下部及左岸巖性為第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）低液限黏土，厚10～25 m。右岸及壩基下伏巖性為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）灰黑、灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，局部夾角礫狀泥灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，厚度大于100 m。

壩址區(qū)出露基巖巖層產(chǎn)狀為N15～25°E/NW∠3～15°。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有兩組，其中一組走向大致平行河流，產(chǎn)狀為 N5～15°E/SE∠60～75°；另一組走向近垂直于河流，產(chǎn)狀 N30～60°W/SW∠65～78°，兩組節(jié)理面較粗糙，寬0.13～0.32 cm，有少量泥質(zhì)充填，延伸較大。

壩址區(qū)碳酸鹽巖類巖溶裂隙水貯存于巖體的節(jié)理裂隙、溶孔及溶隙中，富水性一般不均勻，水位埋約200 m。松散巖類孔隙水主要貯存于第四系級配不良礫、混合土卵石及級配不良砂中，富水性較好，壩后地下水位埋深2.5～3.5 m。

3 右壩肩存在地質(zhì)問題及其所產(chǎn)生的危害

3.1 右壩肩工程地質(zhì)特性

右壩肩至近壩庫岸段為一凸出小山梁，山梁走向?yàn)镹30°E，順河流方向?qū)捈s0.5 km，垂直河流方向長約1.5 km。該山梁地形起伏不平。出露地層巖性為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）灰黑、灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，局部夾角礫狀泥灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r。巖體中巖溶發(fā)育，主要為溶隙、溶溝、溶槽、溶孔及溶洞等。巖性總體較硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)化層厚5～8 m，弱風(fēng)化層厚15～20 m。右壩肩巖體受岸坡卸荷和風(fēng)化影響，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

據(jù)右壩肩巖芯采取率及RQD值統(tǒng)計(jì)成果表（詳見表1），該壩肩巖體強(qiáng)風(fēng)化層巖芯采取率為3.6%～75.4%，RQD值為0～48.3%，巖體完整性屬極差～差；弱風(fēng)化層巖芯采取率為16.8%～100.0%，RQD值為28.0%～74.0%，巖體完整性屬差-較差。由于該壩肩白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r巖溶較發(fā)育，且?guī)r體中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，巖體破碎，故其滲透性較強(qiáng)。據(jù)鉆孔壓（注）水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表（詳見表2），右壩肩巖體的滲透系數(shù)為0.17～1.29 m/d，屬中等-強(qiáng)透水層。

3.2 右壩肩存在地質(zhì)問題

1）繞壩滲漏問題

該右壩肩出露地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r，巖溶發(fā)育，主要為溶隙、溶溝、溶槽、溶孔及溶洞等；再者，該巖體受岸坡卸荷及風(fēng)化影響，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，且有一定張開。故該壩肩巖體透水性較強(qiáng)，其滲透系數(shù)為0.17～1.29 m/d，屬中等-強(qiáng)透水層。任莊水庫常年處于高水位運(yùn)行，右壩肩存在繞壩滲漏問題?，F(xiàn)采用公式（1）對其繞壩滲漏量進(jìn)行估算，估算時(shí)庫水位按水庫正常蓄水位即從壩底算起水深23.7 m考慮。

表1 右壩肩巖體采取率及RQD值成果統(tǒng)計(jì)表

表2 右壩肩鉆孔壓（注）水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

式中：Q——繞壩滲漏量，m3/d；

K——右壩肩巖體平均滲透系數(shù)，取0.56 m/d；

H——水庫正常蓄水位時(shí)繞滲帶上下游水位差，取值27 m；

H1、H2——分別為上、下游滲透層厚度，分別取50m及30 m；

B——繞滲軌跡帶寬度，取值1 500 m；

r0——繞滲軌跡線最小半徑，取水庫正常蓄水時(shí)壩體寬度的一半22 m。

經(jīng)計(jì)算，在庫水位為正常蓄水位時(shí)，右壩肩繞壩滲漏量為745 m3/d。這與水庫近年右壩肩繞滲觀測量710 m3/d相差不大。

2）接觸沖刷問題

右壩肩發(fā)育地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，巖性堅(jiān)硬；右壩肩左側(cè)壩體土巖性為低液限黏土，局部含少量細(xì)礫及塊碎石，呈硬塑-可塑狀態(tài)。

由上可知，右壩肩奧陶系白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r巖性堅(jiān)硬，而壩體土（低液限黏土）呈硬塑-可塑狀態(tài)，巖性相對較軟，這兩種介質(zhì)的工程地質(zhì)特性差異性較大，當(dāng)庫水滲流至二者的接觸部位時(shí)，巖性相對較軟的壩體土（低液限黏土）將被滲至該處在庫水源源不斷地沿二者的接觸面帶走，進(jìn)而發(fā)生接觸沖刷問題，該部位壩體土（低液限黏土）的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度被破壞。

3.3 產(chǎn)生地質(zhì)危害

水庫運(yùn)行53年來，由于任莊水庫右壩肩存在繞壩滲漏和接觸沖刷問題，對壩體土所產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)為：大壩右側(cè)壩面高低不平，最低點(diǎn)比最高點(diǎn)低約0.35 m，且壩面向下游傾斜；右側(cè)壩面出現(xiàn)裂縫，一般長5～15 m，隨深度增加逐漸閉合并消失，一般深2.5 m左右；防浪墻墻腳出現(xiàn)裂隙，且向下游方向開裂，裂隙寬一般0.3～0.6 cm，最寬處達(dá)5 cm；迎水坡局部出現(xiàn)沉陷坑，坑長約50 m，寬約15 m，深0.15～0.30 m；背水坡局部觀測管外露。以上危害最終導(dǎo)致任莊水庫大壩進(jìn)行了改建加固。

4 處理方法

在任莊水庫大壩改建加固時(shí)，為防止大壩右壩肩再次產(chǎn)生繞壩滲漏，從而引起右壩肩基巖岸坡與壩體土接觸部位再次產(chǎn)生接觸沖刷問題。本工程改建加固時(shí)，設(shè)計(jì)采取了上堵下疏的設(shè)計(jì)理念。具體處理措施如下：1）對右壩肩上游基巖岸坡段進(jìn)行防滲帷幕灌漿，帷幕灌漿范圍總長為120 m，防滲帷幕底低于壩底31.66 m。2）將右壩端岸坡處舊壩體土全部挖除，露出右壩肩基巖面，并開挖至新鮮基巖面，基巖平均開挖厚度為1.0 m。3）當(dāng)右壩肩岸坡開挖至新鮮基巖面后，采用0.6 m厚C25W6鋼筋混凝土封閉，順坡向設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)20 mm厚聚乙烯閉孔泡沫板和651型橡膠止水帶。4）在右壩肩混凝土坡腳處及右壩基設(shè)置縱、橫向排水盲溝，采用反濾料和過渡料包裹填筑。該排水盲溝出口與壩腳反濾體及排水溝連。5）右壩肩基巖岸坡的混凝土澆筑后，對其表面刷毛，并涂刷一層1∶3黏土漿，最后鋪設(shè)1 m厚高塑性黏土和壩體土的填筑料。

5 結(jié)語

在寒武系及奧陶系碳酸鹽巖發(fā)育的山區(qū)修建均質(zhì)土壩時(shí)，由兩壩肩繞壩滲漏所引起的壩體土與兩壩肩的接觸沖刷問題對壩體土的破壞程度，較其它壩型顯得更加突出和重要，其危害性也更大。任莊水庫右壩肩因繞壩滲漏引起了右端壩體土的接觸沖刷，進(jìn)而對右側(cè)壩體土產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞。在該工程改建加固時(shí)，對其右壩肩所采取的工程處理措施技術(shù)經(jīng)濟(jì)，在山西省內(nèi)具有較強(qiáng)的代表性和典型性，為該類工程建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，值得學(xué)習(xí)、借鑒和推廣。