夏县温峪水库坝址优选

2011-04-23解晨阳张王敏

山西水利科技 2011年3期

解晨阳张王敏

（山西省运城市水利勘察院运城 044000）

1 工程概况

夏县温峪水库工程是山西省应急水源工程之一，该工程对运城和夏县的经济发展将起到重要的作用。大坝为混凝土重力坝，位于夏县东南方向的清水河上游，大坝上游河段长16 km，流域面积77.5 km2，年平均径流2 050万m3，清水流量0.4 m3/s。附近有三级旅游公路通过，交通较为便利。

坝址选择考虑两个方案，1号坝址方案拟建坝长约119.5 m，坝高27.6 m，总库容186.2万m3；2号坝址方案拟建坝长105.2 m，坝高38.58 m，，总库容232.2万m3。1号坝址与2号坝址相距400 m左右，均属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等。

2 1号坝址工程地质

拟选1号坝址处河流流向S46°E，河宽30 m，河谷左右岸地貌发育不对称，左缓右陡，左岸岸坡坡度18°～30°，发育有河流Ⅱ级阶地，阶面高程高出河床20 m，阶面宽约50 m，基岩面高程高出河床1.0 m左右；右岸为基岩边坡，岸坡坡度60°～70°。

坝址区地层岩性主要为第四系卵石混合土、含卵砾石低液限粉土和吴家坪组的石英岩。岩层产状N20°E.SE∠45°，走向斜穿河道。节理裂隙主要发育有两组：1号裂隙产状为N10～30°W.NE∠80～85°，与坝轴线斜交，倾向上游，裂隙宽0.5～1 mm，缝壁平直缝内无充填物。2号裂隙产状为 S80°E.SW∠5°，垂直于坝轴线，倾向右岸，裂隙宽0.5～2 mm，缝壁平直缝内无充填物。

主要工程地质问题及评价如下：

（1）坝基渗漏

坝址地质资料表明，坝基主要渗漏层为第四系松散层和基岩强风化层。根据河床左岸钻孔及人工竖井揭露，其左岸坝基覆盖层为低液限粉土、含卵砾低液限粉土及卵石混合土。根据注水试验，低液限粉土的渗透系数K在3.26×10-5～3.44×10-5cm/s之间，为弱透水层，卵石混合土的渗透系数K为5.9 m/d，属中等透水层。坝轴线处主河床坝基覆盖层以混合土卵石为主，卵石混合土次之，厚度3.5～4.5 m。根据抽水试验结果，其渗透系数K为70.13 m/d，为强透水层。根据在钻孔中的声波测试成果，其基岩强风化层厚度为9.5 m，据钻孔压水试验，强风化层的透水率为20.0～40.2 Lu，透水性中等，其渗透系数根据巴布什金公式计算为2.85 m/d。坝基渗漏量的计算可按式（1）计算：

式中：B—渗漏带宽度，m；

q—坝基单宽渗透量，m3/（d·m）；

kcp—渗透带平均渗透系数，m/d；

H—坝前坝后水位差，m；

2b—坝基宽，m；

T—渗透层厚度，m。

经计算坝基第四系松散层渗漏量5 488.64 m3/d，坝基基岩强风化层渗漏量为1 215.42 m3/d。

由于基岩弱风化层中发育有节理裂隙，据钻孔压水试验，11.9～26 m以上绢英岩透水率为13.26～40.2 Lu，透水性中等，11.9～26 m以下绢英岩透水率为1.11～9 Lu，透水性弱。

（2）渗透稳定

涉及坝基渗透稳定的地层岩性有卵石混合土、混合土卵石层。据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）渗透变形类型的判别进行，坝基含巨粒类土粗粒土层渗透变形类型以管涌为主。

据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008），流土与管涌的临界水力比降宜采用式（2）、式（3）计算确定。

式中：Jcr—土的临界水力比降；

Gs—土的颗粒密度与水的密度之比；

n—土的孔隙率，%；

d5d20—分别占总土重的5%和20%的土粒粒径，mm；

计算结果产生流土变形的临界水力比降为1.24，管涌为0.15～0.33。宜以土的临界水力比降除以1.5～2.0的安全系数后作为土的允许水力比降，根据工程重要性，本次计算流土安全系数取2.0，管涌取1.5，因此，坝基土产生流土变形的允许水力比降为0.62。管涌为0.10～0.22，平均值为0.16。建议管涌允许水力比降按0.16考虑。

（3）坝基抗滑稳定

坝基覆盖层透水性强，基岩强风化层岩体破碎，节理发育，且岩层走向与坝轴线小角度斜交，夹角10°，且岩层倾向下游方向，倾角45°左右。勘察深度内，吴家坪组石英岩层中没有发现明显的软弱夹层存在。

综上所述，清除坝基表层第四系松散堆积物和基岩强风化带岩体后，将坝体座于基岩弱风化带岩体上。影响坝基抗滑稳定的最不利结构面是沿岩层层面，坝基石英岩饱和抗剪强度指标建议值：凝聚力c=9.55 MPa，内摩擦角Φ=30.9°；坝基岩体层面的抗剪强度指标建议值：抗剪断摩擦系数f′=0.5，抗剪断凝聚力 c′=0.1 MPa。

3 2号坝址工程地质

拟选2号坝址河流流向S50°E，河谷左缓右陡，左岸岸坡18°～30°，发育II级阶地，高出河床18～20 m，阶面宽 20～30 m；右岸岸坡 70°～85°。

坝址区地层岩性主要有卵石混合土、混合土卵石、吴家坪组的石英岩。覆盖层厚度5.0 m。左岸分布有0～10.0 m厚的低液限粉土夹卵（碎）石混合土，右岸基岩裸露，岩层产状N10°E.SE∠35°～38°，走向斜穿河道。坝址岩体主要受四组结构面（一组层理二组裂隙）控制：①N20°E.SE∠75°～90°。②N10°E.SE∠35°～45°。③S76°E.NE∠76°。节理裂隙缝宽 0.5～2 mm，平直无充填物，均斜切河流。

坝址区右岸基岩强风化层厚度5～8 m，河床和左岸山腰部位强风化层厚一般8～10 m，河床部位揭露强风化层厚度8～11.5 m。弱风化带厚度15～20 m。

坝址主要工程地质问题及评价如下：

（1）坝基渗漏

坝址地质资料表明，坝基主要渗漏层为第四系松散层和基岩强风化层。根据钻孔及人工竖井揭露，其左岸覆盖层为低液限粉土含卵砾及卵石混合土。主河床坝基覆盖层以混合土卵石为主，卵石混合土次之，厚度5.0～8.0 m。其各层的渗透系数取1号坝址试验结果进行计算。坝基渗漏量按公式（1）计算，第四系松散层渗漏量9 993.4 m3/d，坝基基岩强风化层渗漏量为1 051.24 m3/d。

据钻孔压水试验，14.2～30.4 m以上绢英岩透水率为11.56～29.58 Lu，透水性中等，14.2～30.4 m以下绢英岩透水率为1.11～7.03 Lu，透水性弱。

（2）渗透稳定

涉及坝基渗透稳定的地层岩性有：左岸低液限粉土含卵砾、卵石混合土及主河床卵石混合土、混合土卵石层。

据式（2）、式（3）计算，坝基砾类土及含巨粒类土的渗透变形为管涌，其临界水力比降为0.02～0.45。本次计算管涌安全系数取1.5，因此，坝基土产生管涌变形的允许水力比降为0.01～0.30，平均值为0.15。建议坝基允许水力比降总体按0.15考虑。

（3）坝基抗滑稳定

坝基覆盖层透水性强，基岩强风化层岩体破碎，节理发育，且岩层走向与坝轴线小角度斜交，夹角3°，倾向下游，倾角35°～45°，其岩层层面构成了影响坝基抗滑稳定的主要不利结构面。再由于坝基渗漏问题，对坝基抗滑稳定也有不利影响，建议对覆盖层和强风化层予以清除，将坝基座于吴家坪组石英岩弱风化层上，并进行固结灌浆。坝基石英岩饱和抗剪强度指标建议值：凝聚力c=9.55 MPa，内摩擦角Φ=30.9°；坝基岩体层面的抗剪强度指标建议值：抗剪断摩擦系数 f′=0.5，抗剪断凝聚力 c′=0.1 MPa。