北掌调蓄水库溢洪道工程地质评价

2016-04-07高永亮

山西水利 2016年8期

关键词：液限第四系陷性

高永亮

（山西省水利建筑工程局，山西太原030006）

北掌调蓄水库溢洪道工程地质评价

高永亮

（山西省水利建筑工程局，山西太原030006）

介绍了北掌调蓄水库工程概况，通过对溢洪道工程地质勘探，得出物理力学性质指标，并分段对其作出合理评价。针对溢洪道存在的黄土湿陷性和边坡开挖稳定问题分段提出处理措施，可为以后类似工程设计提供重要依据。

溢洪道；地质评价；北掌调蓄水库

1 工程概况

北掌调蓄水库位于汾西县对竹镇北掌村西约1.5 km的对竹河一支沟内，坝址距汾西县约20.0 km，工程区有县道涧对公路通过，对外交通便利。拟建的北掌调蓄水库为中部引黄工程配套工程，位于交汾灵支线末端汾西县境内，主要为汾西县工业园区、城市用水及部分农业灌区供水。总库容465.4万m3，拟建坝型为均质土坝，坝顶高程973.5m，最大坝高46m，正常蓄水位971.5m。工程属小（一）型水库，工程等别为Ⅳ等，均质土坝、溢洪道及导流泄洪洞等主要建筑物为4级，次要建筑物及临时建筑物为5级。

2 工程地质条件

溢洪道布置于沟谷左岸山坡，斜穿山梁布置，全长约213m，山坡自然坡度10°～30°，现多为耕地，呈阶梯状。沿线地面高程937～990m。溢洪道进口前现为一小型冲沟，沟底高程958～962m，筑坝时拟将冲沟填筑，并将冲沟右岸山梁削坡至高程971.5m，作为溢洪道前引渠段。

溢洪道沿线地层为第四系上更新洪积物，岩性为淡黄色、灰白色低液限粉土、低液限黏土，偶含钙质结核，厚5～12m。其天然含水率7.4%～15.5%，平均值9.5%，天然密度1.41～1.59 g/cm3，平均值1.46 g/cm3，干密度1.30～1.45 g/cm3，平均值1.33 g/cm3，孔隙比0.866～1.079，平均值1.032，塑性指数8.4～12.0，平均值10.6，压缩系数0.12～0.88MPa-1，平均值0.38MPa-1，具中等—高压缩性，垂直渗透系数1.10×10-4cm/s，水平渗透系数3.05×10-4cm/s，具中等透水性，黏粒含量9.3%～19.1%，平均值16.1%。快剪抗剪强度凝聚力36.4～39.1 kPa，平均值37.8 kPa，内摩擦角20.5°～ 21.0°，平均值20.8°。湿陷系数0.018～0.098，湿陷性轻微—强烈。钻孔标准贯入锤击数统计11～13击。

其下为第四系中更新统冲积微红色、鲜红色低液限黏土夹钙质结核层，厚10～40m。其天然含水率7.4%～22.6%，平均值7.4%，天然密度1.46～1.95 g/cm3，平均值1.71 g/cm3，干密度1.34～1.66 g/cm3，平均值1.50 g/cm3，孔隙比0.627～1.016，平均值0.810，塑性指数8.1～15.2，平均值11.1，压缩系数0.06～0.49MPa-1，平均值0.15MPa-1，具低—中等压缩性，垂直渗透系数7.4×10-5～6.03×10-4cm/s，平均值2.35×10-4cm/s，水平渗透系数2.6×10-5～3.15×10-4cm/s，平均值1.53×10-4cm/s，具弱—中等透水性，黏粒含量9.3%～31.1%，平均值17.5%。快剪抗剪强度凝聚力17.8～31.1 kPa，平均值25.0 kPa，小值平均值22.3 kPa，内摩擦角20.0°～24.0°，平均值22.5°，小值平均值21.5°。湿陷系数0.001～0.084，部分具湿陷性。钻孔标准贯入锤击数统计11～26击。

溢洪道出口消力池处冲沟口局部有基岩出露，基岩为石炭系太原组中段灰岩、页岩夹煤层。灰岩干密度2.65 g/cm3，饱和抗压强度61.9 MPa，软化系数0.82，泊松比0.28，饱和变形模量6.0×104MPa，饱和抗剪断凝聚力5.05MPa，内摩擦角45.2°；页岩干密度1.65 g/cm3，饱和抗压强度0.3MPa，软化系数0.17。

3 工程地质问题

3.1 黄土湿陷性问题

溢洪道位于坝址左岸山坡，地层岩性为第四系中更新统洪积物低液限黏土、上更新统洪积物低液限黏（粉）土。溢洪道基础埋深约10.5m，根据竖井土工试验资料及湿陷性判别，地基土具湿陷性，为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅲ级（严重），湿陷下限939.2～958.1m。建议对溢洪道地基土进行强夯或灰土垫层处理。

3.2 边坡开挖稳定问题

溢洪道开挖高度3.5～8.0m，最大高度达12m，局部存在边坡稳定问题。建议永久开挖坡度1∶1。边坡较高地段开挖时须设马道，每级坡高5～10m。溢洪道基础和边墙岩性均为低液限黏土，抗冲刷能力弱，建议进行防护及防冲刷处理。

4 溢洪道分段工程地质评价

4.1 引渠段

桩号0-029—0+000段为引渠段。该段位于坝址左岸山坡。引渠段左右边墙属土质边坡，边坡最高为6m。引渠地基系第四系中更新统冲积微红色、鲜红色低液限黏土，地基承载力建议值80 kPa。建议永久开挖边坡1∶1，低液限黏土抗冲刷性差，边坡应做必要的防护措施。地基土具湿陷性，为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅲ级（严重），建议对地基土进行强夯或灰土垫层处理。

4.2 控制闸室段

桩号0+000—0+010段为控制闸室段。闸室地基为第四系中更新统冲积微红色、鲜红色低液限黏土，地基土具湿陷性，为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅲ级（严重），建议采取素土挤密桩进行处理。地基承载力建议值80 kPa，建议永久开挖边坡1∶1。

4.3 泄槽段

桩号0+010—0+180段为泄槽段。渠道地基为第四系中更新统冲积微红色、鲜红色低液限黏土，地基土具湿陷性，为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅲ级（严重），建议进行夯实或灰土垫层处理。地基承载力建议值80 kPa，建议永久开挖边坡1∶1。该段边坡局部高度达12m，建议开挖时设马道，每级坡高5～10m。低液限黏土抗冲刷性差，边坡应做必要的防护措施。

4.4 挑流消能段

桩号0+180—0+188段为挑流消能段。该段表层为第四系中更新统冲积微红色、鲜红色低液限黏土，下伏基岩为太原组上段灰黑色、黑色页岩、砂质页岩。挑流消能段基础置于基岩上，地基承载力建议值500 kPa，建议永久开挖边坡低液限黏土1∶1。