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        淺談山丘區(qū)小型水庫“臺地型”滲漏的認識

        2020-08-17 04:56:52程守金
        陜西水利 2020年6期

        程守金

        (山東省臨沂市水利勘測設(shè)計院,山東 臨沂 276001)

        1 引言

        臺地是一種山丘區(qū)溝谷兩岸隆起的呈帶狀分布的階梯狀地貌,山丘區(qū)臺地往往一面順山坡、嶺坡,坡度平緩,其余三面較陡,直立于周圍的低地。以往許多土質(zhì)臺地多被小型水庫作為天然防滲體加以利用,一般建壩于此,或作為筑壩取土料場,從經(jīng)濟學(xué)角度來說,省時省力,有一定的普遍性。近幾年來,隨著小型水庫除險加固、抗旱提升等地質(zhì)勘察工作開展,發(fā)現(xiàn)有些臺地巖土組成性質(zhì)垂向有明顯差異,臺地存在透水層,水庫發(fā)生不同程度滲漏問題,此種滲漏形式稱之為“臺地型”滲漏。

        2 基本情況

        魯東南山丘區(qū)分布面積較大,沿山丘溝谷兩岸多分布有土質(zhì)臺地,構(gòu)成山間臺地地貌。這些土質(zhì)臺地多發(fā)育山丘溝谷前沿,微傾向于溝谷,臺地多呈階梯型,頂部較為規(guī)則平整,寬度20 m~50 m,個別寬度大于100 m,上下階梯之間相對高度3 m~5 m,個別高度大于10 m,臨近溝谷側(cè)陡立,臺地下伏基巖多為花崗質(zhì)侵入巖。

        山丘區(qū)小型水庫壩型多以土石壩為主,壩殼填筑料比較豐富,防滲體土料一般比較匱乏,土質(zhì)臺地因其多由弱透水性壤土組成,成為筑壩壩址首選,許多小型水庫大壩沿土質(zhì)臺地走勢修筑而成,這些水庫建成后,壩后出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象,如陳家莊水庫、黃崖水庫、金斗水庫等,由于勘測經(jīng)費不足,多年來滲漏原因沒有進一步查明,滲漏水現(xiàn)象未得到有效處理。

        3 臺地巖土組成及滲透性

        以往對臺地認識不足,臺地一般由巨厚層壤土組成,當?shù)乩习傩账追Q“黃土臺”“黃土梁”,一般認為是均質(zhì)的天然防滲體。小型水庫筑壩前未進行地質(zhì)勘察工作,未能查清臺地的巖土組成及性質(zhì),蓄水后,壩后腳出現(xiàn)滲漏水,一般根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗認為壩體填土質(zhì)量差。近幾年,隨著小型水庫除險加固、抗旱提升等工作開展,陸續(xù)對全市200 多座小型水庫進行了地質(zhì)勘察,發(fā)現(xiàn)有64 座修筑于土質(zhì)臺地,其中巖性由單一壤土組成的臺地約占1/3,如東近臺水庫、皇臺水庫等,巖性由巨厚層壤土中夾碎石土、中粗砂、砂質(zhì)壤土、黃土質(zhì)壤土其中一種或兩種組成的臺地約占2/3,如陳家莊水庫、黃崖水庫等,特別是壤土夾中粗砂比較普遍,臺地巖土性質(zhì)不均一,具有垂向異性。典型均質(zhì)臺地見圖1,典型非均質(zhì)臺地見圖2,臺地巖土組成統(tǒng)計見表1。

        圖1 東近臺水庫均質(zhì)臺地

        圖2 姜莊水庫非均質(zhì)臺地

        表1 臺地巖土組成統(tǒng)計表

        根據(jù)臺地巖土條件,通過現(xiàn)場分段分層注水試驗,查明碎石土、中粗砂、砂質(zhì)壤土、黃土質(zhì)壤土滲透系數(shù)3.1E-04 cm/s~3.5E-02 cm/s,具強~中等透水性,是臺地中的相對透水層,壤土滲透系數(shù)3.0E-05 cm/s~7.7E-05 cm/s,具弱透水性,是臺地中的相對隔水層。臺地巖土滲透性統(tǒng)計表見表2。

        表2 臺地巖土滲透性統(tǒng)計表

        4 滲漏分析

        均質(zhì)的單一壤土組成的臺地一般不存在滲漏問題,滲漏往往發(fā)生在非均質(zhì)臺地中。非均質(zhì)臺地存在強~中等性透水層是發(fā)生滲漏的內(nèi)部條件;另外大壩填筑時,壩前相對隔水的壤土層被取土用作筑壩料,透水層被揭穿,與庫水連通,這是發(fā)生滲漏的外部條件。以上因素共同作用,形成了滲漏通道,從而發(fā)生“臺地型”滲漏,表現(xiàn)為壩后腳出現(xiàn)片狀滲水匯成明流,近壩地面飽和軟化等。

        通常小型水庫除險加固勘察設(shè)計一般需要對滲漏量做出定量評價,滲漏量的估算一般在劃分臺地巖土體結(jié)構(gòu)類型、確定計算邊界條件基礎(chǔ)上,根據(jù)運行水位條件,分區(qū)、分段進行。滲漏量計算采用簡化單層滲漏或雙層滲漏公式。

        式中:B 為計算分段長度;H 為上下游水位差;K 為土層滲透系數(shù);T 為土層厚度;2b 為壩底寬。

        年滲漏量計算水位按一年中8 個月(6 月至次年1 月)245 天采用現(xiàn)狀興利水位計算、4 個月(2 月~5 月)120 天采用興利水位與死水位的中值確定。根據(jù)43 座“臺地型”滲漏小型水庫滲漏程度統(tǒng)計結(jié)果,有24 座為中等滲漏,約占55.8%;14 座為嚴重滲漏,約占32.6%??陀^上由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性,對滲漏量計算結(jié)果進行合理分析,結(jié)合調(diào)查運行周期內(nèi)水位降落推算滲漏量,有條件的水庫應(yīng)進行現(xiàn)場實測滲漏量,互相印證,以保證計算結(jié)果科學(xué)合理性。43 座小型水庫滲漏程度分類統(tǒng)計見表3。

        表3 滲漏程度分類統(tǒng)計表

        5 滲漏引起的地質(zhì)問題

        水庫大壩滲漏通常引起的地質(zhì)問題為滲透穩(wěn)定及壩后腳近壩地面浸沒。

        小型水庫“臺地型”滲漏的滲透路徑較長,水頭不大,通常興利水位條件下實際滲透的水力比降為0.10~0.16,小于允許水力比降,故滲透穩(wěn)定問題一般不大。個別水庫壩前、壩后臺地表層無隔水層,透水層直接出露貫通,特殊條件下存在滲透穩(wěn)定問題。

        小型水庫管理程度低,部分水庫壩后腳滲漏水流未能有效疏導(dǎo)、排泄,常常引起的近壩地面飽和軟化,出現(xiàn)浸沒,甚至淹沒現(xiàn)象。多發(fā)生在距離壩腳30 m 范圍內(nèi),呈片狀分布,有的地面常年不干,造成楊樹等枯死,蘆葦、柳樹等親水作物生長茂盛。

        6 滲漏的處理

        “臺地型”水庫滲漏的處理應(yīng)在地質(zhì)勘察詳細查明臺地滲漏層分布、性質(zhì)等基礎(chǔ)上,結(jié)合滲漏量的大小及引起的地質(zhì)問題,科學(xué)合理選擇處理方法。地質(zhì)勘察是設(shè)計采取滲漏處理措施的基本依據(jù),以往小型水庫除險加固工程中,許多未進行地質(zhì)勘察的“臺地型”水庫設(shè)計采用了壩體灌漿、壩后坡貼坡排水、壩基帷幕灌漿等技術(shù)措施,收效甚微。近幾年來,根據(jù)地質(zhì)勘察成果,有針對性地采取了相應(yīng)工程措施,取得了良好效果。

        一般來說,對于壩后臺地完整,頂部寬闊,表層有厚層相對隔水層,滲漏量輕微,可不采取工程措施處理,如陳家莊水庫0+000~0+450 段;對于壩后臺地不太完整,表層相對隔水層局部被剝離,滲漏量中等,不存在滲透變形問題,僅壩后出現(xiàn)浸沒現(xiàn)象,可采取開挖截滲溝等一般工程措施處理,如金斗水庫等;對于壩后臺地不完整,表層相對隔水層被剝離,滲漏量嚴重,局部存在滲透變形問題及浸沒問題,可采取高壓噴射混凝土連續(xù)墻等工程措施處理,如黃崖水庫等。

        7 結(jié)語

        山丘區(qū)“臺地型”滲漏屬于壩基第四系土層滲漏,易于壩體滲漏混淆,地質(zhì)勘察應(yīng)詳細查明。

        “臺地型”滲漏的原因為臺地存在與庫水相貫通的透水層,其中壤土夾中粗砂臺地結(jié)構(gòu)比較常見,滲漏的處理應(yīng)在地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上,科學(xué)合理選定。

        魯東南黃土質(zhì)壤土比較少見,只零星分布于山間臺地上部,對其滲透性有了一定的認識,其它工程特性有待于進一步研究。

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