门头峪水库坝基渗漏与渗透变形分析评价

贾晓华

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

门头峪水库坝基渗漏与渗透变形分析评价

贾晓华

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

门头峪水库大坝坝体位于天然河床上，两边为混凝土重力坝，中间为拦河闸。坝基地层上部为第四系全新统卵石混合土，下部及两岸为基岩。坝基为卵石混合土层，具强透水性，存在渗漏及渗透变形问题。采用多种方法对卵石混合土层渗透变形稳定及渗漏进行了综合评价，并提出相应的防治措施，有效解决了坝基渗漏及渗透变形、不均匀变形等问题。

渗透；粗粒土；渗透稳定；渗漏；门头峪水库

1 概况

门头峪水库位于灵丘县东南沙涧村唐河入山口处，设计坝型为闸坝，河床两边为混凝土重力坝，长约8～14m。中间为拦河闸，为开敞式平底宽顶堰，全长63m，共5孔。闸坝高14.4m，正常蓄水位876.5m，坝顶高程880.9m，总库容410万m3，属小（一）型水库。

门头峪水库库区坝址河床河谷形状为“U”型，左右岸天然坡度40°～60°，基岩裸露，右岸紧邻S201省道。坝址上游河床平坦，坝址处河床缩窄，宽度约41m。坝址地层上部为第四系全新统卵石混合土层，卵砾石主要成分为灰岩、变质岩，多呈次圆状，据野外颗分试验资料，卵石混合土层卵石含量 23.95%～29.82%，平均值26.8%，砾石含量37.57%～42.01%，平均值39.3%，砂粒含量26.29%～34.76%，平均值31.1%，粉黏粒含量1.88%～3.72%，平均值2.69%，不均匀系数106.54～118.18，曲率系数0.35～0.67，限制粒径20.6～40.2mm，平均值29.0mm，中间粒径1.2～3.1mm，平均值1.9mm，有效粒径0.19～0.36mm，平均值0.26mm。卵石混合土层经钻杆杆长修正后的锥贯击数为7.6～42击，密实度稍密—密实。据钻孔抽水试验，卵石混合土层渗透系数35.4m/d，为强透水层。全新统卵石混合土层存在渗漏和渗透变形问题。

该层在现河床处形成“V”形深槽，最厚13.0m。下部及两岸为奥陶系下统亮甲山组第三岩组青灰色、灰黑色中厚层灰岩夹泥质灰岩、白云质灰岩，多为中硬岩。基岩强风化层厚2.2～4.5m，渗透系数0.6～8.7m/d，大值平均值为6.9m/d，多具中等透水性。基岩弱风化层透水率4.8～16.2Lu，平均值为9.4Lu，具弱—中等透水性。

2 坝基渗漏计算

坝址卵石混合土层渗透系数为35.4m/d，具强透水性，厚度0～30m，平均厚度7.0m。下伏强风化基岩渗透系数6.9m/d，平均厚度3.0m，弱风化基岩多具弱透水性。假定弱风化基岩为相对隔水层，卵石混合土层和强风化基岩为渗漏层，在坝基处库水渗漏特征以水平运动为主，渗漏层平均渗透系数应以卵石混合土层及强风化基岩渗透系数的厚度加权平均值计算，计算得26.9m/d。采用单一含水层坝基渗漏公式进行计算，经计算，在正常蓄水位876.5m时，坝基渗漏量为2531.7m3/d。

3 卵石混合土层渗透变形分析

渗透变形分析是在渗透变形类型判定的基础上，依据公式计算得出临界水力比降，继而得出允许水力比降。计算卵石混合土层实际水力比降，对比允许水力比降，分析评价渗透变形稳定性并采取相应的防治措施。

3.1 渗透变形类型判定

3.1.1 级配曲线形态确定法

一般认为，颗粒级配累积曲线形态为“瀑布式”，渗透变形类型为管涌；颗粒级配累积曲线形态为“直线式”，渗透变形类型为流土；颗粒级配累积曲线形态为“阶梯式”，渗透变形类型多为管涌，有时为流土。从级配累积曲线形态看，渗透变形类型判定为管涌。

3.1.2 依据规范判定法

卵石混合土层粉黏粒含量1.88%～3.72%，为无黏性土，不均匀系数为106.54～118.18，均大于5。据《水利水电工程地质勘察规范》，不均匀系数大于5的无黏性土采用细颗粒含量（P）进行判别，当P≥35%时，渗透破坏类型为流土；当25%≤P＜35%时，渗透破坏类型为过渡型；当P＜25%时，渗透破坏类型为管涌，其中细颗粒含量根据颗粒级配大小分布曲线来确定。对于级配不连续的土，颗粒大小分布曲线上至少有一个以上粒组的颗粒含量不大于3%，以上述粒组在颗粒大小分布曲线上形成平缓段的最大粒径和最小粒径的平均值或最小粒径作为粗细颗粒的区分粒径，相应于该粒径的颗粒含量为细颗粒含量。

从卵石混合土颗粒级配分布曲线图可以看出，粒径0.4～0.8mm之间的含量不大于3%，粗细颗粒区分粒径取0.6mm或0.4mm，从颗粒级配分布累积曲线查得P=13%或17%，均小于25%，渗透类型为管涌。

3.1.3 不均匀系数判别法

据《水利水电工程地质手册》，坝体下游无盖层的条件下，卵石混合土层渗透变形破坏类型与土的不均匀系数有关。当不均匀系数Cu＜10时，渗透变形破坏类型为流土；当10＜Cu≤20时，可能产生流土破坏或管涌破坏；当Cu＞20时，渗透变形破坏类型为管涌。

据坝基卵石混合土层大型筛分试验资料，卵石混合土层不均匀系数在106.54～118.18之间，均大于20，判定卵石混合土层渗透变形类型为管涌。

综上几种方法判定，该坝基卵石混合土渗透变形破坏类型为管涌。

3.2 临界水力比降确定

卵石混合土层管涌的临界水力比降采用《水利水电工程地质勘察规范》中管涌型或过渡型计算公式计算，卵石混合土层临界水力比降为0.20。采用管涌型计算公式进行计算，经计算，坝基卵石混合土层临界水力比降为0.15。结合工程实际，坝基卵石混合土层临界水力比降按上述计算值的平均值取0.17。

3.3 允许水力比降确定

据《水利水电工程地质勘察规范》，卵石混合土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，当渗透稳定对水工建筑物危害较大时，安全系数取2。本工程卵石混合土渗透稳定将直接影响坝体稳定，故安全系数取2，计算得卵石混合土允许水力比降为0.09。

4 天然坝基渗透变形可能性判别

据坝基地质剖面计算天然坝基渗透段水力坡降的大小。坝基主要渗漏及渗透变形破坏层为单一卵石混合土层，渗透系数以钻孔抽水试验结果为依据，取35.4m/d，属强透水带。坝基下水平渗流段平均水力坡度根据相关公式计算。经计算，天然坝基下卵石混合层水平渗流段的平均水力比降为0.36，大于坝基允许水力比降，有可能产生渗透变形破坏，需进行处理。

5 防治措施

坝基为卵石混合土层，具强透水性，存在渗漏及渗透变形问题。卵石混合土层分布不均匀，且较厚，存在变形问题。拟建的闸坝弧形闸门对变形比较敏感，建议对整段位于卵石混合土上的闸室底板基础选用高压旋喷灌浆进行处理，高压旋喷桩深入基岩1.0m；对闸室底板部分位于基岩、卵石混合土上且卵石混合土深度不大的闸室段，将卵石混合土挖除，回填混凝土。对未开挖的强风化基岩进行固结灌浆处理。拦河闸底板防渗结合高压旋喷灌浆，在闸室段底板上游侧平行坝轴线方向设双排旋喷防渗墙接下部基岩中的帷幕灌浆。通过上述措施，可解决坝基渗漏及渗透变形、不均匀变形等问题。

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1004-7042（2016）01-0034-02

贾晓华（1982-），女，2006年毕业于太原理工大学水利工程专业，工程师。

2015-11-18；

2015-12-25