荥阳市唐岗水库工程地质问题及评价

2016-07-05孙战争葛仁涛河南省水利勘测有限公司

河南水利与南水北调 2016年5期

□孙战争　□葛仁涛（河南省水利勘测有限公司）

荥阳市唐岗水库工程地质问题及评价

□孙战争□葛仁涛（河南省水利勘测有限公司）

摘要：唐岗水库是一座防洪、灌溉等综合利用的中型水库，为均质土坝。大坝主坝设计为粘土心墙坝，坝顶高程122.50 m左右，最大坝高15.50 m，坝长375 m，坝顶宽度约6.50 m。主要存在坝填土填筑质量整体较差、坝基渗漏及黄土状土湿陷等问题，文章针对水库存在的工程地质问题进行分析、评价，对水库加固设计、施工具有指导作用。

关键词：水库；地质问题；评价

1工程概况

唐岗水库位于荥阳市广武镇西2 km的唐岗村，是黄河水系一级支流枯河上的一座中型水库，枯河发源于荥阳市高村镇，向东北流经树河、高村、青台、唐岗、车庄、代沟、张河、郑王庄、樊河等村，横穿京广铁路注入黄河，全长31 km，水库控制流域面积163.40 km2。坝址距唐岗村约400 m，水库主要建筑物包括大坝、溢洪道、泄洪渠等。

2工程地质条件

2.1地形地貌

唐岗水库所在河流是黄河支流枯河，属黄河流域。库面向西蔓延至荥阳至北邙公路的高村桥（水位超过118 m时），呈西南至东北流向，库面长约7 km，最宽处达560 m，控制流域面积163.40 km2，区间河道干流长度19.80 km，河道平均比降1.20‰。

唐岗水库库区属丘陵区向平原区过渡带，库区两岸为第四系黄土状土。

2.2地层岩性

库坝区地层主要为第四系全新统冲积成因的低液限粉土、含细粒土砂和上更新统冲、洪积成因的低液限粉土及低液限粘土，共划分为5个土体单元。

2.3地质构造与地震

2.3.1地质构造

勘察区位于华北准地台，黄淮海坳陷；新构造区分属豫皖隆起至坳陷区。主体构造线方向为北西向或近东西向。近场区断裂构造主要有：古荥断裂、老鸦陈断裂及须水断裂带等：古荥断裂（F65）：全长约30 km，走向330°，倾向北东，倾角70°，为正断层。该断裂为前第四系断裂。老鸦陈断裂（F64）：该断裂为一东倾正断层，走向西北向，断距不等，表现为断层下部断距大，上部断距小；断层错断第四系地层，断点距地表3.50～4.40 m。该断裂第四纪晚期（晚更新世～全新世）有活动。须水断裂带（F62）：由上街断裂、须水断裂和中牟断裂等组成，该断裂切割了上第三系以下地层，影响到早更新世地层，也没有切错到中更新世地层，属早更新世断裂。

2.3.2地震

工程区处于豫皖地震构造区。据中国历史地震目录记载，本区附近地区近500年来发生有感地震7次，震中震级多为5级左右。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）：工程区地震动峰值加速度为0.10 g；相当于地震基本烈度Ⅶ度。

2.4水文地质条件

场区地下水位不同，大坝迎水坡马道钻孔水位高程115.80～116.02 m，坝顶钻孔地下水位高程110.56～111.10 m，背水坡地下水位高程在107.20 m左右。从大坝与背水坡之间的高差来看，这些水位均不是场区天然地层中的水位，而是库水渗入坝体的结果。对工程区各粘性土层取原状土作室内渗透性试验，并对河床段坝基下部砂层作了现场注水试验，各土体单元的渗透系数统计成果见表1。

由表1可知，一般坝体填土为弱至中等透水，截水槽部分填土为弱透水，第②层淤泥质低液限粉土为中等透水，第③层含细粒土砂为中等偏强透水，第④层低液限粉土为中等透水，第⑤层低液限粘土为弱透水。

3大坝工程地质条件

3.1坝体填土

坝体填土分为两部分，一般坝体填土和截水槽填土，岩性均以低液限粘土为主。

一般坝体填土（QS）：浅黄色，可塑状，稍具层理，可见碾压痕迹，偶含钙质结核，土质不均一，以低液限粘土为主，局部夹低液限粉土。该层以河床中心最厚，层底高程在106～110 m，围堤处该层一般厚2 m。

表1　各土体单元渗透试验统计成果表

截水槽部分填土（QS）：褐黄色，结构较密，可塑状，可见碾压痕迹，偶含钙质小结核。该层主要为低液限粘土，为大坝截水槽部分，层底最底高程在103.60 m左右。

3.2坝体填土物理力学性质

一般坝体填土（QS）：液性指数范围值0.10～0.66，平均值0.37，为可塑状；压缩系数平均值0.29 MPa-1，具中等压缩性；标贯击数平均值8击，属中等偏硬土；静探锥尖阻力平均值4.60 MPa，侧壁摩擦力平均值148.50 Kpa；渗透系数范围值8.20×10-5～2.70×10-4cm/s，属弱至中等透水。

截水槽部分填土（QS）：液性指数范围值-0.10～0.29，平均值0.04，为硬至可塑状；压缩系数平均值0.23 MPa-1，具中等偏低压缩性；静探锥尖阻力平均值5.34 MPa，侧壁摩擦力平均值256.80 KPa；渗透系数范围值5.10×10-5～7.60×10-5cm/s，属弱透水。

3.3坝体填土质量评价

水库主、副坝填土多为就近取材，以第④层低液限粉土填筑，根据干密度统计成果，考虑到总体填筑情况，将填土干密度作为填筑土质量评定依据，场区第④层低液限粉土击实试验控制干密度ρd=1.68 g/cm3。将干密度ρd≥1.68 g/cm3的定为填筑质量合格。

本次坝体质量检查，共做大坝填土试验12组，大坝填土天然干密度ρd范围值1.48～1.79 g/cm3，其中ρd≥1.68 g/cm3者占50%，ρd＜1.68 g/cm3者占50%。大坝填土填筑质量差异较大，填筑质量合格者仅占50%，总体评价填筑质量较差。

4坝址区主要工程地质问题

4.1坝基渗漏问题

现状大坝河床段背水坡坡脚出现的渗水区，经勘探查明主要由于大坝坝基存在渗漏问题。

河床段坝基为第①层低液限粉土，其下部依次为第②层淤泥质低液限粉土、第③层含细粒土砂及第⑤层低液限粘土，第②、③层渗透系数分别为3.30×10-4～4.60×10-4cm/s、9.30× 10-3～9.70×10-3cm/s，均具中等透水性，尤其第③层含细粒土砂趋于强透水，是坝基渗漏的主要原因；另外大坝河床两岸坡分布的第④层低液限粉土渗透系数为9.70×10-5～4.40×10-4cm/s，具弱～中等透水性，存在库水通过第④层低液限粉土渗漏问题。综上所述，主坝下游坡脚出现的渗水问题，是由坝体、坝基土体及两岸低液限粉土均存在渗漏问题等多种渗漏条件综合造成的，尤其以河床段坝基渗漏最为突出，因而防渗处理措施应主要针对河床段坝基渗漏原因考虑。

4.2黄土状土湿陷问题

河两岸、溢洪道及泄洪渠两岸广泛分布的第④层低液限粉土具黄土状土特征。本次勘察，通过各部位挖竖井，取块方块样作湿陷性试验，试验及计算成果见表2。

表2　黄土湿陷性试验成果表

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），由表3可知，湿陷系数≥0.015的有6个，占85.70%；湿陷系数范围值为0.009～0.064，一般在地表以下5m深度范围内具轻微至中等湿陷性。计算自重湿陷量ΔZS为25.50 mm，总湿陷量ΔS为93～142.50 mm，属（I）轻微湿陷性场地。