源神庙水库泄水建筑物工程地质条件及评价

张艳宁

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概况

源神庙水库位于汾河一级支流惠济河东支中游，地处县城东南朱坑乡源神庙村附近。水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪输水洞及放水涵洞组成，控制流域面积55 km2，总库容376万m3，是一座具有灌溉、防洪、供水等综合利用的小（一）型水库。

大坝枢纽工程为碾压均质土坝，坝高28 m，设计坝顶高程980.721 m，坝底高程952.721 m，水库设计正常蓄水位975.221 m，坝顶长250 m，宽4 m。上游坝坡 1∶3.0～1∶2.5，马道高程 972.72 m，宽 3.5 m；下游坝坡1∶2.5～1∶2.0，马道高程 966.72 m，宽 1 m。上下游马道以上草皮护坡，以下干砌石护坡。

溢洪道位于大坝左端，为河岸正槽开敞式溢洪道，系开凿山体而成，左边墙及渠底岩面无衬砌、右边墙间断浆砌石衬砌。全长120 m，底宽9 m，进口高程为976.221 m，纵坡 1/200，最大泄量123 m3/s，开挖边坡坡度45°～60°，部分近于直立。溢洪道轴向由进口段的S83°W转向出口段的N48°W，中部通过两个弧形段绕过坝肩，并连接进出口段。出口段约有30 m为堆碴体，无消力池，其溢洪道工程未能正常运用。

泄洪输水洞位于溢洪道右侧23 m处，由进水塔和涵洞组成。进水塔为钢筋混凝土结构，高28.48 m，前段为圆弧形进口，进口断面尺寸为1.8 m×1.8 m，设1.8 m×2 m平面钢闸门，工作平台与闸室由4根直径50 cm的钢筋混凝土柱连接为框架结构，启闭机平台高程980.721 m，工作桥长32.965 m、宽1.5 m。涵洞长80 m，断面为城门洞形，洞径2 m×2.5 m，进口底高程956.619 m，出口底高程956.364 m，纵坡1/50，最大控制泄量20 m3/s。

放水涵洞位于大坝桩号泄洪洞右侧114 m处，进水口采用卧管型式，进口底高程952.721 m，出口底高程 951.996 m，长 145 m，断面 1 m×1.5 m，纵坡 1/200，卧管18节，每节高差0.55 m，最大泄量2.4 m3/s。

2 溢洪道工程地质

2.1 工程地质条件

溢洪道地基大部分为基岩，后面上半部分为松散层。基岩部分由三叠系下统和尚沟组第三岩组长石砂岩和第二岩组泥岩组成，岩体中未见泥化夹层。松散层部分为溢洪道开挖的石碴堆积和第四系上更新统卵石混合土及低液限黏土层。其中桩号0+000～0+130.7段溢洪道地基为三叠系下统和尚沟组长石砂岩，岩性较坚硬，其中桩号0+101.8以后地基有堆碴；桩号0+130.7～0+134段溢洪道经过堆碴，桩号0+134～0+178段设计开挖底线位于和尚沟组泥岩上，岩性软弱，易风化，其中1+140以后地表有覆盖层。桩号0+178～0+200段地基为第四系上更新统低液限黏土和卵石混合土。

溢洪道地段岩层平缓，岩层产状N50°E/NW∠5°，倾向右侧偏下游。岩体中发育两组节理，第1组为N35°～50°E/NW∠81°；第 2 组为 N30°～40°W/NE∠84°。以第2组为主，岸边岩体节理多呈张开状，表层开裂5～10 mm，岩体内无充填或泥钙质充填。溢洪道与第1组节理近于平行或呈小角度斜交，第2组节理与溢洪道斜交。

溢洪道沿线岩石风化强烈，裂隙发育，岩体强风化层厚度3.0～5.0 m，溢洪道整体位于地下水位之上。

2.2 工程地质评价

溢洪道岩基段地层岩性较单一，地质构造简单，地基岩石较坚硬，溢洪道整体处于地下水位之上，不受地下水影响。岩体中无软弱夹层分布，溢洪道底部强风化层大部分已挖除，地基稳定，边坡岩体无泥化夹层，不存在影响边坡整体稳定的不利结构面。左边坡高陡，部分地段近于直立，受两组陡倾节理切割，裂隙发育，岩体风化强烈，完整性差，边坡发生了小规模的崩塌，现溢洪道底部分布着由左侧边坡崩塌的块石，其大小约0.5～1.0 m。

溢洪道经过石碴段，石碴最大厚度达4～5 m，其结构松散、混杂，不能做溢洪道地基，需全部清除。溢洪道土基段处于坝下游左岸，覆盖层为第四系上更新统低液限黏土，厚1～2 m，其下为卵石混合土，厚度大于5 m。建议低液限黏土承载力100 kPa，卵石混合土承载力 400 kPa，覆盖层开挖边坡坡度 1∶0.75～1∶1.00；低液限黏土层可能存在湿陷问题，还需注意不同岩性接触部位的地基不均匀变形问题。

现状溢洪道左边墙及槽底均未衬砌，右边墙为不连续浆砌石衬砌，厚0.3～0.6 m，浆砌石强度较低，表面风化脱落或水泥砂浆剥落。溢洪道进口段右侧紧临大坝，溢洪道渗水可能对坝体与右坝肩接触部位造成不利影响，建议进行混凝土衬砌防护。陡坡段和出口段未完建，在高速水流冲击下，可能遭受破坏。溢洪道不能正常运行。建议对左边坡进行削坡处理，削坡坡度1∶0.3～1∶0.5，坡面采取衬砌或其他防护措施。对于泥岩段，施工开挖中需采取预留保护层或其他防护措施，施工期及运行期应做好防水措施，避免泥岩泥化。

3 泄洪洞工程地质

3.1 工程地质条件

泄洪洞位于大坝0+033 m处，1988年泄洪输水洞进水塔改造后，给水库蓄水创造了条件。1988年冬至1989年春，先后两次蓄水至高程970.121 m（相应坝高17.4 m），比改造前的最高蓄水位968.821 m（相应坝高16.1 m）提高了1.3 m，在这一水位下运行约两个半月，导致进水塔工作桥排架部位出现裂缝。造成排架及框架裂缝的原因主要是：工作桥下沉对框架结构产生不利外力；冰冻剪切力作用；排架与框架连接为一个整体，受混凝土温度变形影响。经研究，将排架第5排横梁处切开。

进水塔基础筑在基岩上，排架筑在坝体土上，进水塔与排架连接。进水塔地基为比较坚硬的长石砂岩，长石砂岩作为进水塔地基，承载力较高，产生沉陷和滑移的可能性不大。而坝体沉陷变形可引起排架的变形裂缝，进而引起进水塔的倾斜变形，故坝体沉陷变形是进水塔倾斜的主要原因。

3.2 工程地质评价

泄洪输水洞主要存在以下几方面的问题：

第一，输水洞进口为混凝土，洞身及出口为浆砌石，洞身顶拱为砖砌，洞身衬砌质量差，多处出现裂缝，渗水严重。从许多小型水库的坝下涵洞看，浆砌石或砖砌筑结构的坝下涵洞，由于其力学强度低和防渗性能差，存在不同程度的裂缝、渗漏和接触流失问题，涵洞渗漏不仅是涵洞本身的缺陷，同时也是水库大坝的隐患，严重影响到大坝的安全。在设计正常蓄水位条件下，涵洞渗漏进一步发展，可能导致坝体土发生接触流失。建议对涵洞进行防渗处理，对涵洞上方坝体进行灌浆或其他加固处理。

第二，泄洪洞出口紧临大坝下游坡脚，洞出口无消能设施，高速水流冲淘，可能对坝坡稳定造成不利影响，并且出口处有塌方形成的石渣堆积。

第三，进水塔框架立柱为4根直径50 cm的钢筋混凝土圆柱，框架多处裂缝，同时交通桥不均匀沉陷，蓄水位提高后，4根立柱出现倾斜和裂缝。第三层横梁最大向西位移达1 cm，缝宽4 mm，启闭闸门时有摇晃现象。冬季水库结冰，进水塔有倾斜现象，多年来，在结冰期进水塔周围每天都要人工破冰。交通桥的5个支撑排架发生了不均匀沉降，3号排架最大沉降量达7.6 cm。经复核计算，泄洪输水洞进水塔抗倾稳定安全系数不满足规范要求。

第四，闸门止水老化、失效，四周漏水严重。

第五，进水塔改造时未设检修门和检修平台，一旦工作门损坏，将无法及时进行处理。

泄洪输水洞进水塔风化岩体承载力400～500 kPa；建议对洞身进行加固和防渗处理，出口增设检修门和消能设施，并对进水塔、工作桥等进行加固处理。

4 结语

溢洪道地基大部分为岩基，少部分为土基，岩基段地基稳定性较好，但其边坡岩体完整性较差，建议对左边坡进行削坡处理并适当防护。溢洪道经过的石碴段，石碴需全部清除。土基段低液限黏土层可能存在湿陷问题，需注意不同岩性接触部位的不均匀变形问题。

泄洪输水洞洞身为砖砌筑，出口为浆砌石，洞身衬砌质量差，多处出现裂缝，渗水严重。坝下涵洞严重渗漏可导致坝体土发生接触流失。建议对涵洞进行防渗处理，对涵洞上方坝体进行灌浆或其他加固处理。