韩家园水库大坝渗漏问题浅析

董立龙

【摘 要】本文论述了韩家园水库库区的工程地质条件，并在此基础上对大坝存在的渗漏问题及工程参数进行了分析和评价。

【关键词】韩家园水库；大坝；渗漏

1 工程地质条件概述

1.1 地形地貌

韩家园水库位于太行山东麓的洨河二级支流封龙河上，属丘陵河谷地貌形态。地势稍有起伏，总体自南西向北东倾斜。封龙河为季节性河流，自南西向北东流经库区，坝址处主河道宽400～450m，河床底高程约70～75m，地面高程100～115m。主坝两坝头为低山，左侧山顶高程约250m，右侧山顶高程约160m。

1.2 地层岩性

场地上覆地层主要为第四系全新统人工填土，第四系上更新统坡洪积壤土、含粘土砾石、卵石，下伏基岩主要为下元古界甘陶河群南寺掌组上段千枚岩、下元古界甘陶河群南寺掌组下段石英砂岩。

第四系人全新统人工填土（QS）主要为坝体填筑的壤土，灰黄～棕黄色，层厚5～11m。第四系上更新统坡洪积（Qpdl3）壤土、含粘土砾石、卵石，具马兰黄土的一般特征，夹不连续的砂砾层或透镜体，层厚3～40米，该层在工程区广泛分布，略具竖直节理，钻孔深度内揭露厚度不大于15m。下元古界甘陶河群南寺掌组上段（Ptn2）千枚岩，全～强风化层呈灰绿色～棕黄色，弱风化层呈浅灰色，产状：NW335°～345°SW∠45°～52°，成分主要为绢云母、钠长石和绿泥石，丝绢光泽明显；局部发育45°和近90°节理，间距0.5～3m，主坝左侧及副坝均揭露到此层，主坝右侧山包也有出露。下元古界甘陶河群南寺掌组下段（Ptn1）石英砂岩，浅灰～灰黄色，鳞片花岗变晶结构，岩性稳定，在主坝坝基右侧有所揭露，30m孔深未揭穿该层。

1.3 地质构造

从地质发展的历史过程总体来看，本区可辨认三次褶皱运动，即太古界末的阜平运动、下元古界末的吕梁运动、中生界的燕山运动；一次大规模的断裂下陷活动，即喜马拉雅运动。其中吕梁运动形成的构造形式为本区基底构造，表现形式以褶皱为主，断裂为辅。

1.4 地震效应

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和中国地震局制定、国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），库区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g；地震动反应谱特征周期为0.40s，设计地震分组为第一组，属中硬场地。

1966年邢台隆尧发生6.8级地震，距库区约45km，破坏程度不大。

2 工程地质问题及评价

2.1 主坝工程地质问题

本工程的主要工程地质问题就是坝体和坝基的渗漏问题。综合分析本次和2004年勘察试验成果可以发现，主坝坝体中第②工程地质单元位于地下水位以下，厚度1.5～2.5m，最厚4m；含水率大，粉粒含量高，孔隙比大，液性指数均大于0.75，多呈软塑局部呈流塑状态，其渗透系数建议值为7.5×10-5cm/s，属弱透水，但接近中等透水；在坝体中形成了一条接近饱和的软弱带，不但造成了坝体的渗漏，对坝体本身的安全也已构成严重威胁。

横向上，桩号0+145横剖面上显示为软塑的壤土与其下部的卵砾石层共同组成渗透带；桩号0+312显示为软塑的壤土层与含壤土的粗砂、含粗砂的壤土层共同组成渗透带。此软弱带与坝下游地下水的出露点高程也比较接近。因此可以推断，因为与库水相连，坝体和坝下游戗台中的软弱带形成了坝体的渗漏通道，致使下游出现了流量约为0.002m3/s的集中渗漏点，并在桩号0+312附近出现了冒砂现象。

2.2 主坝工程地质评价

（1）主坝坝体土为壤土，其中位于7～14.5m深度的第②工程地质单元相对软弱，土体干密度低，粉粒含量高，含水率高，孔隙比大，渗透系数大，属弱透水接近中等透水；桩号0+145附近上部的软弱土层与其下部的卵砾石层、桩号0+312附近上部的软弱土层与其下部的含壤土粗砂层一起，共同组成了与库水相连的渗漏通道，在坝下游形成了集中渗漏点。

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录M及试验成果，对该部分土体进行渗透变形判别：①由试验成果可知，所有土的不均匀系数均大于5；②由公式df=■ 得出粗细粒的区分粒径，由“颗粒分析试验报告”查出对应的Pc值；③根据Pc值的大小进行判断。判别结果为：其变形型式大部分为管涌，部分为过渡型（详见“颗粒分析试验报告”）。这从桩号0+312下游出露点形成管涌也得到了印证。

“96.8”洪水期间，引岗渠库区段渠道崩溃，崩溃的引岗渠又将水库流域以外的山洪导入水库，致使水库水位急剧上涨，很快洪水漫过坝顶，水库管理处被迫采取紧急措施，炸开左侧部分坝段（长75m，深6.6m）泄洪，洪水才得以控制。

第②工程地质单元的存在已经极大地影响了坝体质量，如不及时整治，若再遇“96.8”规模洪水，库水位抬高，其含水率将进一步加大，其抗剪强度指标Cq=12～14kPa，Φq=18°～20°，均很低，压缩系数为0.50～0.54MPa，已属高压缩性土，则很容易造成浅层滑动。一旦发生垮坝，对下游比大坝低50m的石家庄市和京广铁路、京珠、石太、青银高速公路、107国道势必造成严重威胁。因此主坝的除险加固已刻不容缓。

（2）第①、③工程地质单元的土体干密度多大于1.55g/cm3，粘粒含量为13.8%～24.6%，满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）中10%～30%的要求（仅主ZK10孔14.5～14.7m的粘粒含量为31.2%，略高于规范标准，但位于下游戗台部位）；塑性指数7.9～13.0，满足7～17的要求；渗透系数1×10-7～1.4×10-5cm/s，满足碾压后<10-4cm/s的要求。但桩号0+200处的主ZK4孔0.5～4m段孔隙比很大，而且很可能存在小规模土洞。

（3）坝基地层主要为全强风化的千枚岩和石英砂岩，埋深10～14m，透水率值一般为2.16～5.3Lu，属弱透水层；桩号0+200处的主ZK4孔18.8～20.3m深度基岩中存在破碎带，其透水率值为90Lu，属中等透水。此段岩芯均呈块状，分析认为可能是一条破碎带，但上游该层上部被相对隔水层覆盖，因此现状条件下不会产生渗漏。

桩号0+050和0+145附近坝体土以下、基岩以上分布卵砾石透镜体，现场注水试验显示其渗透系数为9.8×10-5cm/s，属弱透水；该层曲率系数Cc=0.75，不均匀系数Cu=4.4，属级配不良。综合考虑级配及现场条件，当细颗粒逐渐被地下水带走后，其渗透系数将达到6.5×10-3cm/s，此层在垂直坝轴线方向亦构成渗漏通道。

（4）坝基土、岩承载力均满足建筑物应力要求。

（5）本区抗震设防烈度属6度区，地层不存在地震液化问题。

2.3 副坝工程地质问题

本工程的主要工程地质问题就是坝体和坝基的渗漏问题。综合分析本次钻探、物探、试验和2004年勘察试验成果可以发现，第③工程地质单元位于地下水位以下，含水率大，粉粒含量高，孔隙比大，液性指数平均值0.88，最大1.13，大于0.75，多呈软塑局部呈流塑状态，其渗透系数建议值为8.2×10-5cm/s，属弱透水，接近中等透水；在坝体中形成了一条接近饱和的软弱带，造成了坝体的渗漏，并在下游形成了流量约为0.0085m3/s的集中出露点，给当地农田带来了不利影响。

从副坝Ⅵ-Ⅵ′工程地质横剖面图看，下部的砂卵石层横贯坝体，但副坝下游地下水的出露点高于此层，因此推断，虽然此砂卵石层未直接造成下游的集中渗漏，但仍可能形成渗漏通道，使库水沿此渗漏通道向下游潜流。

2.4 副坝工程地质评价

（1）副坝坝体土为壤土，第③工程地质单元位于地下水位以下，含水率大，粉粒含量高，孔隙比大，液性指数平均值0.88，最大1.13，大于0.75，多呈软塑局部呈流塑状态，渗透系数建议值为8.2×10-5cm/s，属弱透水，接近中等透水；造成了坝体的渗漏，并在下游形成了集中出露点，给当地农田带来了不利影响。

物探结果显示：坝轴线桩号0+000～0+100段、坝下游桩号0+205～0+275段低电位异常幅度值较大，地下水渗流速度相对较大。这与本次副ZK1、6孔及2004年的ZK1孔的勘探结果是相符的，而且与“96.8”期间此段下游出现大面积渗水也是相吻合的。

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）附录M及试验成果，对该部分土体进行渗透变形判别。判别结果为：其变形型式大部分为管涌，部分为过渡型。

该层土抗剪强度指标Cq=8～10kPa，Φq=18°～20°，压缩系数为0.30MPa，属中等压缩性土。库水位升高将对坝体造成很大的侧向压力，则坝体极易沿软弱带发生浅层滑动，因此副坝的安全稳定也存在一定隐患。

（2）第②工程地质单元土体干密度多大于1.55g/cm3，粘粒含量为11.0%～28.2%，满足现行规范10%～30%的要求；塑性指数7.0～12，满足717的要求；渗透系数3.2×10-7～3.7×10-6cm/s，满足碾压后<10-4cm/s的要求。

（3）副坝右侧地基中的粗砂层，渗透系数为8.5×10-4cm/s，属弱透水层。卵砾石层均级配不良，渗透系数为2.0×10-3cm/s，属中等透水层，该层上游若与库水相连，则必然形成渗漏通道，使库水沿此层向下游潜流。

（4）坝基地层主要为全风化的千枚岩，埋深约13.5m，透水率2.2Lu～8.0Lu，属弱透水层，因此浅部基岩本身也存在渗漏问题。

（5）坝基土岩承载力均满足建筑物应力要求。

（6）副坝下游渗漏点流量约为0.0085m3/s，则每年的渗漏量约为27万m3，目前已经使下游的农田无法正常耕种，给当地农民带来了不利影响。水库库容仅410万m3，若上游不能及时补充水源，加之主坝的渗漏，则水库蓄水量每年损失约50万m3，已经严重影响了水库的正常运用。

（7）本区抗震设防烈度属6度区，地层不存在地震液化问题。

3 建议

（1）搜集前期防渗及加固处理资料，弄清新老防渗体之间的结合情况，并采取有效方法观测主、副坝渗漏量与库水位的相关性。

（2）在主、副坝集中渗漏部位的上游，采取水平防渗和垂直防渗相结合的方法，如铺土工膜、坝体防渗灌浆、固结灌浆或混凝土防渗墙等措施，堵塞渗漏通道。

（3）为解决坝体稳定问题，建议对主副坝坝体薄弱部位采用振冲碎石桩或深层搅拌法进行补强，改善其颗粒级配，增加其抗剪强度，从而消除安全隐患。

（4）主坝桩号0+300～0+308段下游发育的冲沟，宽度3～10m，深度3～6m，系坝下游公路排水沟出水口冲刷而成。建议及早进行治理，避免对坝下游戗台造成更大破坏以致影响坝体稳定。

（5）因本工程前期地质资料较少，建议进行库区或坝址区工程地质测绘，查清区域地质情况，在此基础上进一步分析工程存在的地质问题。

【参考文献】

[1]GB 50021-2001 岩土工程勘察规范[S].2009.

[2]GB 50487-2008 水利水电工程地质勘察规范[S].

[3]GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].

[4]SL251-2000 水利水电工程天然建筑材料勘察规程[S].

[责任编辑：薛俊歌]