田潤暹

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原030024）

1 工程概況

涑水河屬黃河水系，是黃河一級支流，發(fā)源于山西省絳縣橫嶺關(guān)陳村峪，流域范圍包括了鹽湖區(qū)、臨猗縣、夏縣、聞喜縣四縣（區(qū)）以及永濟(jì)市的絕大部分與萬榮縣、絳縣兩縣的一部分。涑水河干流總長196.6 km，縱坡1/400。屬北方間歇性季節(jié)河流，非汛期河道成為排污河道。

涑水河絳縣城區(qū)段生態(tài)治理工程位于絳縣城區(qū)東南部陳村鎮(zhèn)。涑水河治理段共兩段，其中一段上游始于涑水河畔東坡村漫水路上游1.4 km 處，下游至南官莊橋下游1 km 處，治理長度為6.95 km；另一段為紫家峪支流與涑水河匯水口處至支流上游1 km 段。治理生態(tài)的內(nèi)容主要包括河道防洪、蓄水、生態(tài)綠化等。主要建筑物有:11 座液壓壩、13 個跌水堰和左右兩側(cè)的防洪堤。該工程主要目的為修復(fù)絳縣城區(qū)段涑水河的生態(tài)環(huán)境，提高河道防洪能力，改善當(dāng)?shù)鼐用裆瞽h(huán)境，提高居民生活質(zhì)量。工程區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季溫暖干燥多風(fēng)；夏季高溫，日照充足；秋季涼爽，雨量充沛；冬季寒冷，雨量稀小。年平均氣溫11.4℃，最冷為一月，均溫-4℃；最熱為七月，均溫25℃，年均降雨量為630 mm。霜凍期十月至次年三月，無霜期190 d。凍土深度0.6 m。

2 工程地質(zhì)

擬建1#液壓壩壩軸線位于設(shè)計樁號2+603.3 m處，蓄水區(qū)范圍從壩址至蓄水區(qū)末端長約344 m；設(shè)計液壓壩壩高約4.0 m，壩頂相對高程為30.585 m，壩長為69.0 m，正常蓄水位相對高程為30.585 m。

2.1 壩址工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)涑水河流向為S85°W，主河槽位于河床中間，其兩側(cè)現(xiàn)為河漫灘，河谷寬約70 m，地形較為平緩，地面相對高程為28.4～29.0 m。兩岸為土質(zhì)邊坡，高1.5～6.0 m，兩岸地形較為平緩。

壩址區(qū)地層在勘探深度范圍內(nèi)（最大深度15m）自上而下為:1）全新統(tǒng)晚期洪沖積（Q42pal）:巖性為卵石混合土，卵礫石成分為變質(zhì)巖，最大粒徑可見15 cm，一般2～12 cm，呈次棱角狀，粗礫砂充填，結(jié)構(gòu)松散，局部具架空現(xiàn)象，該層層厚8.0～9.0 m，分布于河谷。2）全新統(tǒng)早期洪沖積（Q41pal）:巖性上部為褐黃色低液限黏土，表層多為耕植土，結(jié)構(gòu)松散，厚0～6.0 m；下部為卵石混合土，夾低液限黏土透鏡體，卵礫石成分為變質(zhì)巖，最大粒徑為13 cm，一般4～10 cm，呈次棱角狀，粗礫砂充填，結(jié)構(gòu)松散，局部具架空現(xiàn)象；該層總厚度大于15.0 m，分布于河谷和兩岸。壩址區(qū)地下水位埋深大于15 m。

2.2 壩址工程地質(zhì)地質(zhì)問題及評價

1）壩基土的不均勻變形

壩基土持力層地層巖性為第四系全新統(tǒng)晚期洪積與沖積（Q42pal）卵石混合土層，結(jié)構(gòu)較為松散，分選性較差，土層局部具有架空現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場顆分試驗，其顆粒組成為:漂石含量0～14.99%，卵石含量31.42%～39.15%，礫粒含量33.26%～40.26%，砂粒含量17.90%～19.22%，粉粒含量1.37%～2.43%，不均勻系數(shù)為154.8～299.7，曲率系數(shù)為3.6～5.8。鉆孔圓錐動力觸探試驗實打擊數(shù)為8～16 擊，平均值12.6 擊；經(jīng)桿長修正后為7.6～12.0 擊，平均值10.5 擊，屬松散-稍密狀態(tài)。

壩基持力層為全新統(tǒng)晚期洪沖積卵石混合土層，存在不均勻變形問題。建議清除表層含雜質(zhì)、植物根系的低液限粉土和卵石混合土層，并對其進(jìn)行碾壓與夯實，消除架空現(xiàn)象，增加其密實度。建議其承載力標(biāo)準(zhǔn)值為200～300 kPa；壩基與卵石混合土層抗剪指標(biāo)摩擦系數(shù)可采用0.50～0.55。

2）滲漏

1#液壓壩壩基為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，根據(jù)鉆孔注水和探坑滲水試驗結(jié)果，其滲透系數(shù)為12.2～21.4 m/d，平均值為16.8 m/d，屬強(qiáng)透水層。該層在壩基及上下游連續(xù)分布，構(gòu)成滲漏層位。在蓄水區(qū)正常蓄水以后，分析1#液壓壩的壩基存在滲漏問題，可以采用公式（1）對1#液壓壩壩基的滲漏量進(jìn)行初步的估算，計算結(jié)果見壩基第四系松散層滲漏量計算成果表（表1）。通過計算可知，蓄水后，壩基滲漏量為2 318m3/d。建議對1#液壓壩壩基進(jìn)行防滲處理。

式中:Q——壩基土的滲漏量，m3/d；

B——計算段的寬度，m；

k——壩基土滲透系數(shù)，m/d；

M——壩基土的透水層厚度，m；

H——正常蓄水位時液壓壩上下游之間的水位差，m；

2b———堤基寬度的平均值，m。

表1 壩基第四系松散層滲漏量計算成果表

3）壩基滲透變形

壩基地層主要為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土層，蓄水區(qū)蓄水后該層將成為壩基滲漏的主要層位，蓄水區(qū)水入滲和壩基滲流出逸條件較好。壩基卵石混合土層在上、下游水位差形成的滲透壓力作用下，可能會引起滲透變形。

（1）滲透變形類型

按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄G（以下簡稱《規(guī)范》）中的規(guī)定，對于連續(xù)級配的土，粗、細(xì)顆粒的區(qū)分粒徑可按公式（2）進(jìn)行確定:

式中:df——粗、細(xì)粒土的區(qū)分粒徑，mm，；

d70、d10——分別為小于該粒徑的含量占總土重70%和10%的顆粒的粒徑，mm。

根據(jù)壩基持力層卵石混合土的物質(zhì)組成以及粉、粘粒含量和結(jié)構(gòu)等，再根據(jù)《規(guī)范》進(jìn)行判別，可知壩基卵石混合土層的滲透變形類型應(yīng)為管涌。

（2）臨界水力比降

按照《勘察規(guī)范》，管涌型臨界水力比降宜采用公式（3）進(jìn)行計算確定。

式中:Jcr——土的臨界水力比降；

n——土的孔隙率（以小數(shù)計）；

Gs——土粒的比重；

d20、d5——分別為小于該粒徑的含量占總土重的20%與5%的顆粒粒徑，mm。

依據(jù)篩分試驗成果資料，卵石混合土的孔隙率為0.32，比重為2.68，d5和d20比值取0.20。經(jīng)過計算，其臨界水力比降為0.34。

（3）允許水力比降

根據(jù)工程重要性，可取安全系數(shù)為2，故求得卵石混合土的允許水力比降為0.17。

4）壩后洪水沖刷

1#液壓壩壩后地層巖性主要由第四系全新統(tǒng)晚期洪沖積卵石混合土和低液限粉土組成，其結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力弱，在洪水的沖刷和淘蝕共同作用下，較為容易形成沖刷坑，直接影響壩基土體的穩(wěn)定，因而存在洪水沖刷壩基的地質(zhì)問題。建議在液壓壩壩體后設(shè)計并修建海漫等抗沖刷設(shè)施，從而確保液壓壩壩后土體的穩(wěn)定。

5）施工臨時邊坡穩(wěn)定

基坑邊坡主要由卵石混合土組成，局部為低液限粉土等，開挖時由于受坡高、坡體巖性等條件的影響，分析可能存在邊坡穩(wěn)定問題。地質(zhì)建議臨時開挖邊坡:1∶0.75～1∶1.0。開挖時如果產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，可適當(dāng)放緩，必要時應(yīng)做臨時性的支護(hù)措施。

3 結(jié)語

綜上分析，1#液壓壩壩基持力層為全新統(tǒng)晚期洪沖積卵石混合土層，存在不均勻變形問題，建議清除表層含雜、植物根系的低液限粉土和卵石混合土層，同時對其進(jìn)行碾壓與夯實，消除架空現(xiàn)象，增加其密實度；壩基存在滲漏與滲透變形問題，建議對其進(jìn)行防滲處理；壩體后存在洪水沖刷壩基的地質(zhì)問題，建議在液壓壩壩體后設(shè)計并修建海漫等抗沖刷設(shè)施，從而確保液壓壩壩后土體的穩(wěn)定。另外，還存在基坑邊坡穩(wěn)定問題。