新疆多浪水库坝址地质条件分析与评价

马越

（新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆库尔勒841000）

新疆多浪水库坝址地质条件分析与评价

马越

（新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆库尔勒841000）

通过分析多浪水库基本概况和库区、坝址地质条件，对水库的险情和隐患工程地质进行了评价，对水库各段坝体、坝基土的工程地质条件、物理力学性质及渗漏情况进行分析，从而得出水库水文地质情况对坝体安全的影响，以供水库除险加固参考。

多浪；水库；坝址；水文；地质；分析

1 概况

多浪水库位于阿克苏河流域下游的塔北灌区，水库始建于1965年，先后经过三次扩容增建，使得水库蓄水位达1036.0 m，库容达到1.2亿m3。经过几十年运行，水库坝体多处有裂隙分布，坝面高低不平，坝体不规整，水库存在坝体不稳定问题，这就需要对影响水库安全的地质问题进行分析评价，以确定水库病险的原因。

2 库区基本地质条件

2.1 地形地貌

多浪水库地貌上属天山南麓的山前洪、冲积平原尾部与阿克苏河、塔里木河的冲积平原交汇地带，由第四系全新统松散堆积物组成。库区地貌大体可分为南部沙丘区及南北河间洼地区。因受灌排水、上游回归水与水库浸润的影响，该区地下水位普遍较高，部分地带水库坝后已呈盐沼化或沼泽化，长年积水。

2.2 地质构造及地震

多浪水库处在塔里木地台西北缘，阿瓦提凹陷南部，其地表主要为深厚的第四系地层覆盖，山前区域性大断裂及东西向、北东向断裂均距工程区较远（140 km以外），工程区无区域性活动断裂，库坝区区域构造稳定性较好。地震基本烈度为6度，地震动反应谱特征周期为0.45 s。

2.3 水文地质条件

多浪水库库区地下水属孔隙潜水，含水层以粉土质砂、含细粒土砂为主，厚度50m以上，渗透系数K=2.49×10-3~5.23×10-4cm/s，富水性中等，渗透条件较差。地下水埋深一般在地表以下1.0 m左右，局部埋深0.5 m，变副±0.8 m。多浪水库地下水矿化度一般在4.22 g/L~15.99 g/L。根据库区地下水及水库库水水质简分析，环境水水化学类型为CL·SO4—Na·Ca型，为弱碱性咸水-盐水，对混凝土结构有硫酸盐型强腐蚀作用，对钢结构有中等腐蚀作用。

3 坝址工程地质条件

3.1 主坝址工程地质条件

0+000~14+780 m段：该段为主坝段，坝体为均质土坝。该段地层分三层，地层岩性描述如下：

第一层筑坝填土：厚1.5 m~6.5 m,坝体填筑材料物质成分以低液限粉土为主。天然密度：1.89 g/cm3~1.96 g/cm3，渗透系数：5.07×10-5cm/s~9.02×10-5cm/s，为弱透水层。

第二层为坝基地层，表层覆盖低液限粉土层，层厚1.0m~3.0m左右，堆积松散，局部夹粉土质砂、低液限粘土夹层。天然密度：1.85g/cm3，渗透系数：3.78×10-5cm/s。

第三层坝基下层以粉土质砂为主，含细粒土砂、级配不良砂次之，局部夹0.5 m厚的低液限粉土、低液限粘土夹层。粉土质砂层厚大于50.0 m，天然密度：1.86 g/cm3，渗透系数：5.07× 10-4cm/s。

3.2 副坝工程地质条件

0+000~5+533 m段：坝基地层以全新统冲洪积层（Q4al+pl）为主，地层岩性描述如下：

第一层筑坝填土：层厚1.5 m~2.5 m，成分以低液限粉土为主。天然密度：1.79 g/cm3~1.86 g/cm3，渗透系数：7.39× 10-5~1.38×10-4cm/s。

第二层坝基表层覆盖低液限粉土层，不连续分布，层厚1.0 m~2.0 m。天然密度：1.85 g/cm3，渗透系数：4.76×10-5cm/s。

第三层坝基下层以粉土质砂为主，含细粒土砂、级配不良砂次之，局部夹0.5 m厚的低液限粉土、低液限粘土夹层。粉土质砂层厚大于50.0 m，天然密度：1.83 g/cm3，渗透系数：7.65× 10-4cm/s。

4 水库的险情和隐患工程地质评价

4.1 坝体结构及坝体土的物理力学性质

根据现场测试和取样分析结果，主、副坝填筑材料以低液限粉土为主，局部为粉质粘土层及含粉土质砂层。根据试验结果，坝体土的最大干密度平均值为Pdmax=1.65 g/cm3，本工程取压实系数标准值为0.98，求得水库大坝设计干密度为1.61 g/cm3。主坝体实测干密度按1.61 g/cm3~1.65 g/cm3计算，其压实系数符合坝体的填筑密实度要求。副坝体实测干密度按1.41 g/cm3~1.53 g/cm3计算，其压实系数为0.92，小于现行规范标准0.98，达不到现行规范规定的设计及施工标准，坝体的填筑密实度较差。

4.2 坝体冻胀性评价

多浪水库最大冻土深度80 cm，坝体填筑低液限粉土，属季节性冻土。由颗粒分析试验资料可知，坝体土粒小于0.075 mm颗粒含量65.3%～83.9%，天然含水量：17.3%～29.2%，根据规范，在季节冻融层内，土粒小于0.075 mm的土粒含量按重量大于总土重的10%的为季节性冻土，因此，坝体填低液限粘土属冻胀性土，冻胀类别为弱冻胀—冻胀，建议采取防冻胀措施。

4.3 坝体、坝基渗透稳定分析

根据《水利水电工程地质勘察规范》，坝体、坝基低液限粉土不均匀系数小于5，宜发生流土破坏。流土临界水力比降采用：Jcr=(Gs-1)(1-n)计算，过渡型临界水力比降采用：Jcr=2.2 (Gs-1)(1-n)2d5/d20计算，安全系数取值为2。根据上述公式计算允许水利比降（参数选定剔除部分异常值）如表1所示。通过计算，主、副坝坝体、坝基低液限粉土、粉土质砂渗流破坏形式以流土为主。建议水工设计进行坝体横断面设计时考虑允许比降查表值。

表1 允许水利比降计算表

4.4 坝基工程地质评价

4.4.1 坝基渗漏分析

多浪水库库盘及周边地层为全新统冲洪积层，地层岩性表层主要为低液限粉土、粉土质砂层，夹低液限粘土层、含细粒土砂层，覆盖厚度50 m以上，低液限粉土、粉土质砂层渗透系数K=3.78×10-5~8.38×10-4cm/s，属于中-弱透水层，坝体为均质土坝。区域地下水埋深一般在1.0 m左右，地下水流向基本为西北向东南与地面坡降基本一致。在这样的水文地质条件下，水库渗漏受区域地下水顶托作用，不可能形成大的深层垂直强渗漏通道，故库区渗漏以地下水水平运动为主，即坝基渗漏。在建设时，由于坝基表层低液限粉土、低液限粘土层，水平不连续分布，主坝采用0.18 mm厚的水平塑膜铺盖防渗，其抗老化、抗穿孔能力较差，未起到防渗效果。水库副坝坝基原设计没有采用纺渗措施。坝基基本以粉土质砂、含细粒土砂为主，造成水库坝基渗漏较严重。

根据现场调查，水库主坝、副坝坝基透水层主要为粉土质砂层，渗透系数：主坝采用5.00×10-4cm/s（0.44 m/d），副坝采用8.00×10-4cm/s（0.66 m/d）。坝基渗漏量根据两个典型横断面（见图1）主坝3+000、副坝2+000和全年水库平均蓄水位（1036.5 m）来计算。计算采用均质坝基渗流计算公式计算：

式中：Q为渗漏段渗流量（m3/d）；K为坝基土渗透系数（m/d）；B为渗漏段长度（m）；H1为上游水位（m）；H2为下游水位（m）；m1为上游坡坡率；T为透水层厚度（m）。

经计算，主坝坝基渗漏为14980 m3/d，副坝坝基渗漏为4093 m3/d，水库坝基渗漏较严重。

4.4.2 坝基冻胀性评价

由《建筑地基基础设计规范》可知，水库最大冻土深度80 cm，坝基以低液限粉土为主，坝体为均质土坝，主要为低液限粉土，属季节性冻土。根据规范，在季节冻融层内，土粒小于0.075 mm的土粒含量按重量大于总土重的10%的为季节性冻土，因此，坝基土、坝体填土均属冻胀性土，冻胀类别为弱冻胀—冻胀，建议采取防冻胀措施。

4.4.3 坝基承载力评价

多浪水库主、副坝坝基表层岩土主要为低液限粉土层，低液限粉土层厚一般在1.0 m~2.0 m。低液限粉土层标准贯入击数：4击~8击，平均值：N=6.6击，地基承载力特征值fak=90 kPa；2.0 m~4.0 m以下粉土质砂层标准贯入击数：6击~12击，平均值：N=6.7击，地基承载力特征值fak=120 kPa；5.0 m~7.0 m以下粉土质砂层标准贯入击数：8击~14击，平均值：N=8.4击，地基承载力特征值fak=140 kPa；5.0 m~7.0 m以下粉土质砂层标准贯入击数：8击~18击，平均值：N=9.8击，地基承载力特征值fak=160 kPa。

4.4.4 土的腐蚀性评价根据《岩土工程勘查规范》及土样化学分析成果表，水工建筑物处于干湿交替的情况下，水库地基土对混凝土结构有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有中等腐蚀性。

5 结论

经过对多浪水库地质分析评，得出以下结论：

（1）多浪水库处在塔里木地台西北缘，阿瓦提凹陷南部，其地表主要为深厚的第四系地层覆盖，水库区域构造稳定性较好。根据2001年国家质量技术监督局发布的1/400万《地震动参数区划图》（GB18306-2001），闸址区地震动峰值加速度值为0.05 g，地震基本烈度为6度，设计地震分组为第三组，地震动反应谱特征周期为0.45 s。场地土为中软场地土，场地类别为Ⅲ类场地。

（2）水库主坝基渗漏较少，原坝T线基渗漏较大。

（3）水库坝基地层岩性主要为低液限粉土、粉土质砂，坝体由低液限粉土和粉土质砂组成。水库坝体、坝基渗透破坏形式主要为流土，局部为过渡型，建议允许比降见表1，对挡水建筑物基础及坝体横断面进行设计时应充分考虑上述参数。

（4）测区地下水为孔隙潜水，含水层为含细粒土砂和粉土质砂。地下水水位明显受库水位的影响，呈明显的水文型动态，年内地下水位变幅±0.8 m。勘察期间为中水位期，地下水位埋深一般在1.0 m左右。可不考虑饱和含细粒土砂液化对建筑物的影响。

（5）库区地下水为弱碱性咸水-盐水，对混凝土结构有硫酸盐型强腐蚀作用；对混凝土结构无重碳酸型腐蚀作用；对混凝土结构中的钢筋有强腐蚀作用；对钢结构有中等腐蚀作用。

（6）水库坝基持力层主要为低液限粉土层，0 m~4.0 m地基承载力特征值fak=90 kPa。4.0 m~20.0 m粉土质砂承载力特征值fak=130~150 kPa。水库坝基土层为不液化土。

（7）水库坝基、坝体填土均属冻胀性土，冻胀类别为弱冻胀-冻胀，建议采取防冻胀措施。

TV221.1

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1673-9000（2017）03-0074-02

2016-12-28

马越（1987-），男，新疆和硕人，助理工程师，主要从事水文相关工作。