源神庙水库坝基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

源神庙水库地处汾河一级支流惠济河东支中游，位于平遥县城东南朱坑乡源神庙村，控制流域面积55km2，总库容376万m3，是一座集防洪、供水、灌溉等综合利用为一体的小（一）型水库。枢纽主要工程由大坝、溢洪道、泄洪输水洞及放水涵洞组成。

2 坝址区工程地质情况

2.1 工程地质条件

源神庙水库坝址位于朱坑乡源神庙附近惠济河东支中游的峡谷上，河床高程951.0m，左岸山梁高程1180.0m，相对高差229m。河流方向N79°W，坝轴线方向N19°E，河流较顺直。河谷左岸较陡，右岸较缓，呈不对称“U”型谷。

坝址分布地层为三叠系下统和尚沟组与第四系上更新统和全新统。和尚沟组（T1h）上部为浅灰黄色中厚层长石砂岩，中部为泥岩，下部为灰黄、灰紫色中细粒长石砂岩夹泥岩。按工程地质性质由下至上分为三个岩组：第一岩组浅灰黄、灰紫色中厚层长石砂岩夹薄层泥岩（T1h-1），厚度大于9m；第二岩组灰紫、灰绿色泥岩（T1h-2），厚度13.4m；第三岩组下部灰黄色细粒长石砂岩，上部长石砂岩夹泥岩（T1h-3），厚度大于60m。

第四系上更新统洪积（Q3pl）低液限黏土。

第四系上更新统冲积（Q3al）卵石混合土，砾卵石呈次棱角—次圆状，分选性差，厚度7.8～12.7m。卵砾石成分主要为砂岩，分布于右岸二级阶地。

第四系全新统冲积（Q4al）卵石混合土、级配不良砾，砾卵石呈次棱角—次圆状，分选性差，厚度3～7m，分布于河床坝基。颗分试验结果见表1。

选择与坝基地质条件相似的坝下游河床卵石混合土做试坑注水试验，得到的渗透系数为43.45m/d。

表1 颗粒分析结果表

大坝座落于第四系全新统冲积卵石混合土层上，卵石混合土层之下为和尚沟组长石砂岩夹泥岩。岩体风化强烈，强风化层厚度3～5m。

坝基河床高程951.0m，坝基宽度分为两段，桩号0+030.4～0+133段坝基为第四系全新统卵石混合土，厚3.4m，基岩面高程945.4m；桩号0+133～0+180段坝基表层为第四系全新统低液限黏土覆盖，厚2.0～2.5m，土层之下为厚度7.0m左右的卵石混合土层，基岩面高程947.0～948.0m。

坝基靠右岸有一处泉水，大坝填筑施工时，用棉花等物堵塞，并用一口大铁锅盖住，对坝基强透水的卵石混合土层未做截水槽或其他防渗处理，给坝基渗漏留下了隐患。

坝址区地层平缓，岩层产状 N50°E/NW∠4°～6°，倾向右侧偏下游。岩体中节理较发育，主要有两组，其产状分别为：第一组 N35°～50°E/NW∠81°；第 2组N30°～40°W/NE∠84°，其中第二组节理与河流方向交角较小，容易形成顺节理面的渗漏。

2.2 坝基工程地质评价

源神庙水库工程属典型的“三边工程”，是在对坝基地质条件没有查清的情况下设计、施工的。建库时对坝基和坝肩强透水的卵石混合土未采取截渗槽或其他任何防渗措施，坝基及坝肩渗漏严重，给大坝安全带来很大隐患。

2.2.1 坝基渗漏计算

坝基渗漏采用下式计算：

式中：Q——渗漏量，m3/d；

B——渗漏带宽度，m；

k——渗透系数，m/d；

H——坝上下游水头差，m；

2b——坝基宽，m；

T——渗透层厚度，m。

经计算，得出卵石混合土层在水库设计正常蓄水位条件下的渗漏量为4712.3m3/d，渗漏计算参数及结果见表2。

表2 坝基渗漏计算表

因计算时未将覆盖层下风化裂隙岩体的渗漏计入，也未考虑水库8.68m厚淤积层的影响，故渗漏量只是粗略估算，计算值偏大。

2.2.2 坝基渗透变形

渗透变形类型判别公式为：

式中：Pc——土的细粒含量，%；

n——土的孔隙率，%。

对于连续级配的土，区分粗细粒径的界限粒径df按下式计算：

式中：df——粗细粒的区分粒径，mm；

d70，d10——占总土重70%，10%的土粒粒径，mm。

经分析，卵石混合土的渗透变形类型为管涌。

坝基渗透变形分析评价：管涌型临界水力比降用式（5）计算：

式中：Jcr——土的临界水力比降；

Gs——土的颗粒密度；

n——土的孔隙率，%，n=e/（1+e）；

d5，d20，d60——分别占总土重5%，20%，60%的土粒粒径，mm；

e——孔隙比；

k——土的渗透系数，cm/s。

式中渗透系数采用下式计算其近似值：

其中Cu为土的不均匀系数，Cu=d60/d10。

根据颗粒分析资料，经临界水力比降计算，得到的允许水力比降为0.127。根据颗分资料，按规范提供的允许水力比降经验值为0.12，二者比较接近，建议坝基卵石混合土允许水力比降为0.12。

此次除险加固设计计算的坝基实际水力比降为0.17～0.20，坝基实际水力比降大于允许水力比降，坝基存在渗透稳定问题。

针对坝基渗漏和渗透变形问题，建议进行帷幕灌浆处理，帷幕灌浆深度按至基岩面以下5m考虑。勘察中未做压水试验，参考省内三叠系砂页岩层构造发育程度相近的工程，提出坝基岩体透水率范围参考值：强风化砂岩 10～100Lu，弱风化砂岩 3～10Lu；强风化泥岩5～20Lu，弱风化泥岩0.5～3Lu。建议施工初期补充钻孔压水试验资料，最终确定防渗处理深度。若只处理渗透变形问题，也可考虑坝下游坡脚设反滤及压重处理。

2.3 水腐蚀性评价

工程区河水、水库水及地下水水质良好，未受污染。本次取水库水进行分析，根据水质分析资料可知，水的 pH 值为 8.42，Cl-含量 12.176mg/L，SO42-含量92.93mg/L，HCO3-含 量 185.46mg/L，CO32-含 量11.40mg/L，Ca2+含量 64.10mg/L，Mg2+含量 15.56mg/L，地下水为弱碱性硬水。依据《水利水电工程地质勘察规范》水腐蚀性判定标准，环境水对混凝土无腐蚀性。

3 结语

坝基卵石混合土属强透水层，厚度3.4～7.0m，建坝时未做截渗槽或其他防渗处理，坝基存在渗漏和渗透变形问题，且坝体土与坝肩基岩陡坡接触，坝体质量不良，建议坝基和坝肩进行帷幕灌浆处理。若只处理坝基渗透变形问题，也可考虑坝下游坡脚设反滤及压重处理。