黃登偉

（甘肅甘蘭水利水電勘測設(shè)計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

關(guān)峽水庫位于天水市秦州區(qū)以南約65 km，大門鄉(xiāng)西南約3 km處的大山溝下游河段，該水庫是一座攔河蓄水工程，主要任務(wù)為解決天水鎮(zhèn)5個行政村居民、牲畜供水。水庫總庫容270萬m3，由大壩、導流泄洪洞、溢洪道、上壩公路等組成，工程等別為四等?。?）型，水源為大山溝地表水和第四系孔隙潛水，壩址為大山溝古河道沖淤后形成的天然盆地。水庫蓄水至正常高水位1698.71 m時，水庫面積為0.413 km2，南～北寬1.18 km，東～西方向水面寬度約0.3 km。本文主要通過鉆探、物探、坑探等方法研究大壩壩基覆蓋層地層結(jié)構(gòu)、地基承載力和壩基巖體透水性。

1 工程概況

關(guān)峽水庫是一座瀝青心墻砂礫石壩，壩頂高程1700.8 m，最大壩高31.88 m，全長147.97 m。壩頂寬6.0 m，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻高1.4 m。壩體上游壩坡為1∶2.5、下游壩坡自上而下分別為1∶2.0、1∶2.5。上游壩坡采用干砌塊石護面，下游壩坡采用C20鋼筋混凝土網(wǎng)格草皮護坡。壩體填筑料為砂礫石。心墻采用澆筑式瀝青砼心墻結(jié)構(gòu)，最大高度31.88 m，厚度0.4 m，靠近基座2.0 m范圍內(nèi)心墻加厚，由0.4 m漸變至1.2 m。心墻上下游設(shè)置1.5 m寬砂礫石過渡層。

目前，水庫處于大壩填筑階段，通過現(xiàn)場開挖、碾壓和帷幕、固結(jié)灌漿確定壩基砂礫石層承載力及基巖透水性均能滿足設(shè)計要求。

2 工程地質(zhì)條件分析

左壩肩位于河道左岸山坡處，天然岸坡坡角44°左右，上部為坡積碎石土，厚4.5 m～14.2 m，下部為基巖，巖體主要物理力學指標見表1，巖性以中泥盆統(tǒng)灰綠色砂巖或粉砂巖為主，巖層產(chǎn)狀NE37～65°∠32～47°，傾向河道，與壩軸線呈11°夾角。

表1 關(guān)峽水庫壩址區(qū)巖體主要物理力學指標

（1）根據(jù)鉆孔巖體聲波測試報告顯示[1]，基巖強風化層壓縮波波速為1834.49 m/s～1894.66 m/s，弱分化層壓縮波波速為2199.95 m/s～2327.55 m/s。壩基位于大山溝河床、河漫灘及Ⅰ級階地上，河床砂礫石層厚6 m～7 m，下部為基巖，巖性與右壩肩基本相同。

（2）根據(jù)鉆孔巖體聲波測試報告顯示，基巖強風化層壓縮波波速為1864.47 m/s～2053.76 m/s，弱分化層壓縮波波速為 2370.27 m/s～2582.63 m/s，中風化層壓縮波波速為2834.42 m/s～2877.26 m/s，微風化層壓縮波波速為3150.19 m/s。右壩肩地處大山溝右岸,天然岸坡坡角44°左右，上部為坡積碎石土，厚1.0 m～10.0 m，下部為基巖，巖性與左壩肩基本相同。

（3）根據(jù)鉆孔巖體聲波測試報告顯示，基巖全風化層壓縮波波速為1253.42 m/s，強分化層壓縮波波速為1837.13 m/s，弱分化層壓縮波波速為2335.76 m/s。

3 地基承載力及透水性評價

3.1 地基承載力

根據(jù)甘肅甘蘭水利水電勘測建筑設(shè)計院2015年10月份提供的《天水市秦州區(qū)關(guān)峽水庫巖土工程勘察報告》中對左壩肩碎石土和壩基砂礫石中進行了重型動力觸探試驗分析[2]，其統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 N63.5動力觸探試驗修正值統(tǒng)計表

動力觸探試驗結(jié)果表明，壩基砂礫石層2 m以上動探平均值為6.5擊，處于稍密狀態(tài)，地基承載力為fk=0.22 MPa；2 m～5 m動探平均值為16.5擊，處于中密狀態(tài)，地基承載力為fk=0.87 MPa；5 m～7 m動探平均值為25.5擊，處于密實狀態(tài)，地基承載力為fk=0.93 MPa。山頂下部6 m～7.1 m碎石土動探平均值為30.1擊，處于密實狀態(tài)，地基承載力為fk=0.93 MPa。山坡坡腳2 m以上動探平均值為3.52擊，處于松散狀態(tài)，地基承載力為fk=0.12 MPa；下部2 m～7 m動探平均值為28.3擊，處于密實狀態(tài)，地基承載力fk=0.9 MPa。設(shè)計將結(jié)構(gòu)松散、中密的砂礫石及殘坡積碎石土挖除后，通過現(xiàn)場載荷試驗確定密實狀態(tài)砂礫石層地基承載力為fk=1.0 MPa，與動力觸探試驗基本一致，可作為大壩持力層。

3.2 透水性分析

根據(jù)基巖壓水試驗分析[3]，當壓力在1.0 MPa時左壩肩25.5 m～49 m、右壩肩4 m～13.5 m，壩基5 m～18 m透水率大于10 Lu，為中等透水層[4]，其余各段透水率均小于10 Lu，為弱透水層見圖1，通過大壩透水率進行分析，可知大壩兩岸主要存在繞壩滲漏和壩基滲漏問題，現(xiàn)分述如下。

圖1 關(guān)峽水庫壩軸線滲透剖面圖

（1）繞壩滲漏

根據(jù)左壩肩4個鉆孔壓水試驗資料顯示，在正常蓄水位1698.71m以下，左壩肩基巖10m～40m范圍內(nèi)透水率為10.6Lu～42.6 Lu，屬中等透水層(q=10 Lu～100 Lu)；40 m～50 m范圍內(nèi)透水率為10.6 Lu～5.03 Lu，屬弱透水層(q=1 Lu～10 Lu)。右壩肩4個鉆孔壓水試驗資料顯示，右壩肩7.0 m～26.0 m范圍內(nèi)透水率為10.0 Lu～14.0 Lu，屬中等透水層(q=10 Lu～100 Lu)；26.0 m～55 m范圍內(nèi)透水率為10.0 Lu～5.5 Lu，屬弱透水層(q=1Lu～10Lu)，其余透水率多小于 5 Lu，為弱透水帶(q＜5 Lu)，可作為相對隔水層考慮。

按q=5 Lu為巖體相對不透水的隔水邊界，假定水流呈層流狀態(tài)，按維利金公式計算繞壩滲漏量見表3[5]。

式中：Q為繞壩滲漏量，m3/d；K為巖體滲透系數(shù)，m/d；H為上、下游水頭差，m；H1為上游滲透層厚度，m；H2為下游滲透層厚度，m；B為繞壩滲漏寬度，m；r0為繞壩滲漏半徑，m。

表3 左、右壩肩繞壩滲漏量計算表

經(jīng)計算，左壩肩繞壩滲漏量為132.5 m3/d～531.9 m3/d，右壩肩繞壩滲漏量為65.8 m3/d～168.1 m3/d，左右壩肩總滲漏量為198.3 m3/d～700 m3/d，滲漏量較大，建議對兩壩肩透水率q＞10 Lu的巖體進行帷幕灌漿處理，對5 Lu＜q＜10 Lu范圍內(nèi)的巖體進行帷幕灌漿處理，施工階段對兩壩肩進行帷幕、固結(jié)灌漿處理后，其透水率大都小于5 Lu，處理后的巖體滿足設(shè)計要求，可作為相對隔水層。

（2）壩基滲漏

根據(jù)壩基9個鉆孔壓水試驗資料顯示，壩基基巖7 m～23 m范圍基巖透水率為12.5 Lu～20 Lu，屬中等透水層(q=10 Lu～100 Lu)；23 m～32 m范圍內(nèi)基巖透水率為12.5 Lu～7.3 Lu，屬弱透水層(q=1 Lu～10 Lu)；以下巖體透水率多小于5 Lu，可作為相對隔水層考慮。

壩基滲漏量按水流呈層流狀態(tài)的水文地質(zhì)為邊界條件，砂礫石層采用達西定律估算其滲漏量，基巖用卡明斯基近似公式法估算其滲漏量見表4[6]：

表4 壩基滲漏量計算成果表

①砂礫石層滲漏量

式中：Q為壩基砂礫石層滲漏量，m3/d；K為壩基砂礫石滲透系數(shù)，m/d；M為壩基相對透水層厚度（滲透深度），m；2b為壩底寬度，m；H1-H2為壩基上下游水頭差（m）；B為壩基滲漏長度，m。

②基巖滲漏量

式中：Q為壩基滲漏量，m3/d；K為壩基巖體滲透系數(shù)，m/d；B為壩基滲漏長度，m；M為壩基相對透水層厚度（滲透深度），m；H為壩基上下游水頭差，m；2b為壩底寬度，m。

經(jīng)估算，壩基砂礫石層滲漏量為1617 m3/d～2695 m3/d，基巖隔水層以上巖石滲漏量為384.4 m3/d～1045.1 m3/d。壩基總滲漏量2001.4 m3/d～3740.1 m3/d，在水庫高水位運行時，壩基滲漏量是比較大的，建議清除河床透水率較大的砂礫石層和基巖強風化層，將瀝青心墻以齒墻的形式嵌入下部基巖上，并對下部透水率5 Lu＜q＜10 Lu范圍內(nèi)的巖體進行帷幕灌漿處理。通過施工階段對壩基帷幕灌漿處理后，其透水率大都小于5 Lu，處理后的巖體滿足設(shè)計要求，可作為相對隔水層。

4 結(jié)語

施工期間現(xiàn)場載荷試驗確定的承載力與地質(zhì)勘探過程中采用動力觸探試驗得出的承載力基本一致，因此，在勘察時采用鉆孔動力觸探試驗，以錘擊數(shù)預測地基土承載力是可行的。通過施工期間帷幕、固結(jié)灌漿的灌漿率對比分析，在同等壓力條件下灌漿率與透水率基本一致，因此，勘察階段采用鉆孔壓水試驗分析施工期間漿液的灌漿率也是可行的。建議水庫工程在勘察階段，加強野外勘探過程中的現(xiàn)場試驗，對大壩設(shè)計提供合理的設(shè)計依據(jù)，確保大壩的穩(wěn)定性及安全性，保障工程的順利實施，為社會創(chuàng)造效益。