延安红庄水库坝轴线探讨分析

2016-12-12任梦宁

地下水 2016年6期

关键词：覆盖层陷性坝基

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043)

延安红庄水库坝轴线探讨分析

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043)

延安红庄水库地处鄂尔多斯地台向斜的陕北台凹东南部。枢纽区主要由第四系堆积物及侏罗系中统延安组枣园段组成。坝轴线的选取确定该水库的造价大小；依据地面物探、钻探、试验等勘察手段得到的资料，对枢纽区上坝线和下坝线两条坝轴线的工程地质条件进行探讨分析，最终确定下坝线为选定坝线。

坝基特性；坝线；湿陷；滑坡

红庄水库[1]位于陕西省延安市宝塔区河庄坪乡以北万庄沟出口，为了解决延安市冬季用水的紧张局面，而修建该水库。水库为小(1)型水利工程[2]总库容为683万 m3；工程主要由大坝、溢洪道、输水洞等组成。坝轴线的选取，直接关系到水库造价的大小，根据区域地质条件，对坝轴线选取进行比较分析，确定最佳坝轴线。

1 上、下坝轴线工程地质问题及评价

河谷呈“U”型发育，谷底宽80～90 m，河床漫滩宽度30～40 m，河床两岸一级阶地呈条带状分布，二级阶地堆积物仅在上坝线左岸有残留。河谷两岸塬(梁)顶面高程1 051～1 115 m,塬边斜坡左岸45°～50°,局部地段基岩裸露，右岸黄土覆盖的基岩山坡坡面30°左右，黄土覆盖层厚度20～30 m。上、下坝轴线存在的主要工程地质问题有湿陷、滑坡、渗漏、压缩等。

1.1 上坝线

坝基由河床漫滩、一、二级阶地三部分构成。河床漫滩宽20 m，覆盖层砂砾石③厚4.5 m左右，右岸一级阶地砂砾石层⑤-2厚2～3 m，松散；左岸二级阶地砂砾石⑦厚1～2.5 m，稍密，砂砾石③、④-2、⑤-2、⑦渗透系数K=10～15 m/d，强透水，允许水力坡降i=0.12～0.15，承载力值fo=180 kpa,变型模量Eo=10～12 Mpa，作为坝基应有截渗措施。

一级阶地上部堆积的壤土⑤-1厚2～4 m，为非自重湿陷性土，场地湿陷类型为非自重湿陷场地，湿陷等级Ⅰ级；二级阶地上部堆积的黄土⑥厚8～20 m，上部自重湿陷性土层约10 m，场地湿陷类型为自重湿陷性场地，湿陷等级Ⅳ级。斜坡表面堆积的坡积粉质壤土①-1厚1.6～4.5 m，具湿陷性。壤土①-1、⑤-1、黄土层⑥不能作为大坝的天然地基，均应进行工程处理。

覆盖层以下砂页岩⑨表面强风化厚度0.5～1.0 m，强～弱风化带上部有厚约10 m中等透水岩体，强～弱风化岩体基本质量级别为Ⅳ级。若防渗帷幕下限按透水率q<5 Lu考虑，则河床漫滩段坝基岩体帷幕厚度应大于15 m，其它段大于10 m。

左坝肩斜坡高120 m，高程1 005 m以上坡度较陡，自然坡面45°左右，坝肩斜坡大部分地段为黄土⑥覆盖，局部地段基岩裸露，自然斜坡基本稳定。坝肩斜坡表面黄土⑥覆盖层厚度15～20 m，上部自重湿陷性土层约10 m，场地湿陷类型为自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅳ级，必须进行工程处理的土方量12～16万 m3。根据工程地质类比，坝顶高程以下基岩斜坡表面透水率q>10 Lu的强～弱风化带垂直宽度10～15 m，岩体的基本质量级别为Ⅳ级，弱风化带下部岩体透水率q<5 Lu，属弱透水。

右坝肩斜坡高度大于130 m，高程1 070 m以上黄土斜坡表面20°～35°，基本稳定，以下滑坡堆积体厚20～35 m，上部疏松，有厚约7.0 m的自重湿陷性土层，下部结构破碎，属非自重湿陷性土，坝肩滑坡体表面的湿陷性土层厚约10 m，不能作为天然坝肩地基，应进行工程处理，初步估算滑坡体总方量约30万 m3。滑床以下强～弱风化岩体的基本质量级别为Ⅳ级，强～弱风化岩体上部的中等透水(q>10 Lu)岩体厚10～15 m，弱风化带下部岩体透水率q<5 Lu，可视作相对隔水层。

1.2 下坝线

下坝线高程995 m坝基河谷宽度147.5 m，坝顶高程1 040 m，河谷宽度267.5 m，

坝基由河床漫滩和一级阶地两部分构成。河床漫滩宽36.5 m，覆盖层砂砾石层③厚4.0～5.0 m，一级阶地下部的砂砾石层⑤-2厚2～3 m，砂砾石层③、⑤-2稍密，含泥量高，承载力基本值fo=160～200 kPa，变形模量Eo=12～16 MPa，渗透系数K=10～15 m/d，强透水，允许水力坡降i=0.12～0.15，作为坝基应有防渗措施。

一级阶地上部堆积壤土⑤-1厚2～4 m，属非自重湿陷性土，场地湿陷类型为非自重湿陷性场地，该段坝地基土层的总湿陷量△s=24.3～24.9 cm,湿陷等级为Ⅰ级；黄土⑥层属自重湿陷性土。壤土⑤-1、黄土⑥不能作为大坝的天然地基，应进行工程处理。

河床漫滩段覆盖层下砂页岩⑨表面强风化带垂直厚度0.5～1.0 m，阶地堆积层下强风化岩体的垂直厚度1.0～2.5 m；强～弱风化砂页岩⑨的基本质量级别Ⅴ～Ⅳ级。强风化带岩体透水率q>5 Lu，弱风化岩体透水率q<5 Lu，建议对强风化带岩体进行防渗处理。

左坝肩斜坡顶部高程1 070 m，坡高73 m，坡面倾角45°左右，高程1 045 m以下基岩裸露，以上覆盖厚约13 m的黄土及黄土状壤土，自然边坡稳定。左坝肩砂页岩互层斜坡表面坡比1∶1.0～1∶1.1，从平洞、钻孔勘探资料来看，基岩表面强风化带的水平宽度10～12 m，垂直厚度8.0～25.0 m，强风化岩体基本质量级别Ⅴ级，弱风化带上部岩体的基本质量级别Ⅳ级，弱风化带岩体上部有厚约10～15 m的中等透水岩体(透水率q>10 Lu)，弱风化带下部岩体的透水率q<5 Lu，属弱透水带。

表1 上坝线与下坝线工程地质条件比较表

为了查清左坝肩单薄山梁岩体的透水性，在单薄梁100 m范围内打钻孔4个，从钻孔压水试验资料来看，下坝线左坝肩上游高程1 023 m以上单薄梁有宽约40 m的中等透水带。

从钻孔ZK9高程1 023 m以下的注水试验成果与压水试验资料对比分析来看，注水试验实测的渗透系数是压水试验成果换算渗透系数的2.1倍。绕坝渗漏量计算的渗透系数采用注水试验成果。高程1 023.0 m以上k=0.61 m/d，以下k=0.24 m/d，根据渗漏量计算公式，初步计算单薄山梁的渗漏量Q=142 m3/d，高程1 023.0 m以下渗漏量Q=74 m3/d，占总渗漏量52%，单薄山梁的漏水量对于一个以供水为主的调蓄供水水库影响是明显的。同时据采用毕晓普法和克莱尔法验算，水库渗漏对库外背水坡黄土覆盖层斜坡稳定性有明显影响，斜坡稳定系数将降到1.09～1.12，属稳定性较差边坡。因此，单薄梁必须进行防渗处理，首先应重点作好高程1 020 m以上单薄山梁的防渗措施，若以q<5 Lu作为防渗标准下限，截渗槽底高程1 013 m以下也应有防渗措施。

右坝肩为黄土覆盖的基岩边坡,坡高大于70 m,自然坡面20°～40°,黄土覆盖层厚8～25 m，自然边坡稳定。右坝肩斜坡表面黄土层⑥厚5.0～10.0 m,属自重湿陷性土,古土壤⑦、黄土状壤土⑧属非湿陷性土;黄土层⑥的总湿陷量△s=24.34 cm，不能作为坝肩地基土层，应进行工程处理；古土壤⑦、黄土状壤土⑧属中压缩性土。覆盖层以下的砂岩页⑨上部有厚约10 m的强～弱风化岩体压水试验不起压，透水率q=26.7～30 Lu，属中等透水，下部岩体透水率q<5 Lu。岩体基本质量级别Ⅳ级。中等透水岩体应有防渗措施，防渗方案有帷幕灌浆和开挖截渗结合槽可供比选。

2 坝轴线选取分析

水库枢纽区地质构造简单，地层结构清晰，水文地质条件变化不大，上、下坝线均具修建碾压土石坝的工程地质、水文地质条件，下坝线和上坝线的工程地质条件比较如表1。

从以上对上、下坝址工程地质条件分析对比，下坝线存在的主要工程地质问题是左坝肩的渗漏问题和水库渗漏对单薄山梁库外山坡表面覆盖层稳定性的影响；上坝线存在的主要工程地质问题是左坝肩12～16万 m3自重湿陷性黄土的处理和右坝肩30万 m3滑坡堆积体的翻碾，同时坝基河床段覆盖层以下岩体防渗处理厚度大。综合分析比较下坝线工程地质条件稍优，推荐下坝线作为首选坝线。