任庄水库右坝肩存在地质问题及处理方法

陈世伟

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

任庄水库位于山西省泽州县的丹河上，系沁河一级支流丹河上的一座中型水利工程。水库始建于1959年10月，1960年3月竣工并投入运行，控制流域面积1 298.6 km2，总库容8 050万m3。枢纽工程主要包括大坝、溢洪道及灌溉输水洞等。其中大坝为均质土坝，最大坝高35.3 m，坝长660 m。

2 地质简述

任庄水库坝址区丹河主河槽靠近右岸，左侧为河漫滩及Ⅰ级堆积阶地，宽约100 m。左坝端为一土质岸坡，坡度为 15～30°，坡顶高出河床 15～20 m；右坝端为岩质岸坡，下部岸坡较陡，上部岸坡较缓，坡度多为20～35°。河谷断面呈“U”型。

坝体土（Qs）主要由低液限黏土组成，局部含少量细砾及块碎石，厚0～36 m。坝基岩性主要为第四系全新统洪冲积（Q4pal）级配不良砾、混合土卵石等，砾卵石呈次棱角状，厚5～12 m。河谷下部及左岸岩性为第四系中更新统洪积（Q2pl）低液限黏土，厚10～25 m。右岸及坝基下伏岩性为奥陶系中统上马家沟组（O2s）灰黑、灰色中厚层状白云质灰岩、灰岩，局部夹角砾状泥灰岩及泥质灰岩，厚度大于100 m。

坝址区出露基岩岩层产状为N15～25°E/NW∠3～15°。岩体中节理裂隙发育，主要有两组，其中一组走向大致平行河流，产状为 N5～15°E/SE∠60～75°；另一组走向近垂直于河流，产状 N30～60°W/SW∠65～78°，两组节理面较粗糙，宽0.13～0.32 cm，有少量泥质充填，延伸较大。

坝址区碳酸盐岩类岩溶裂隙水贮存于岩体的节理裂隙、溶孔及溶隙中，富水性一般不均匀，水位埋约200 m。松散岩类孔隙水主要贮存于第四系级配不良砾、混合土卵石及级配不良砂中，富水性较好，坝后地下水位埋深2.5～3.5 m。

3 右坝肩存在地质问题及其所产生的危害

3.1 右坝肩工程地质特性

右坝肩至近坝库岸段为一凸出小山梁，山梁走向为N30°E，顺河流方向宽约0.5 km，垂直河流方向长约1.5 km。该山梁地形起伏不平。出露地层岩性为奥陶系中统上马家沟组（O2s）灰黑、灰色中厚层状白云质灰岩、灰岩，局部夹角砾状泥灰岩及泥质灰岩。岩体中岩溶发育，主要为溶隙、溶沟、溶槽、溶孔及溶洞等。岩性总体较硬，抗风化能力较强，强风化层厚5～8 m，弱风化层厚15～20 m。右坝肩岩体受岸坡卸荷和风化影响，岩体中节理裂隙发育，岩体破碎。

据右坝肩岩芯采取率及RQD值统计成果表（详见表1），该坝肩岩体强风化层岩芯采取率为3.6%～75.4%，RQD值为0～48.3%，岩体完整性属极差～差；弱风化层岩芯采取率为16.8%～100.0%，RQD值为28.0%～74.0%，岩体完整性属差-较差。由于该坝肩白云质灰岩及灰岩岩溶较发育，且岩体中节理裂隙发育，岩体完整性差，岩体破碎，故其渗透性较强。据钻孔压（注）水试验成果统计表（详见表2），右坝肩岩体的渗透系数为0.17～1.29 m/d，属中等-强透水层。

3.2 右坝肩存在地质问题

1）绕坝渗漏问题

该右坝肩出露地层为奥陶系中统上马家沟组白云质灰岩及灰岩，岩溶发育，主要为溶隙、溶沟、溶槽、溶孔及溶洞等；再者，该岩体受岸坡卸荷及风化影响，岩体中节理裂隙发育，且有一定张开。故该坝肩岩体透水性较强，其渗透系数为0.17～1.29 m/d，属中等-强透水层。任庄水库常年处于高水位运行，右坝肩存在绕坝渗漏问题。现采用公式（1）对其绕坝渗漏量进行估算，估算时库水位按水库正常蓄水位即从坝底算起水深23.7 m考虑。

表1 右坝肩岩体采取率及RQD值成果统计表

表2 右坝肩钻孔压（注）水试验成果统计表

式中：Q——绕坝渗漏量，m3/d；

K——右坝肩岩体平均渗透系数，取0.56 m/d；

H——水库正常蓄水位时绕渗带上下游水位差，取值27 m；

H1、H2——分别为上、下游渗透层厚度，分别取50m及30 m；

B——绕渗轨迹带宽度，取值1 500 m；

r0——绕渗轨迹线最小半径，取水库正常蓄水时坝体宽度的一半22 m。

经计算，在库水位为正常蓄水位时，右坝肩绕坝渗漏量为745 m3/d。这与水库近年右坝肩绕渗观测量710 m3/d相差不大。

2）接触冲刷问题

右坝肩发育地层为奥陶系中统上马家沟组中厚层状白云质灰岩、灰岩，岩性坚硬；右坝肩左侧坝体土岩性为低液限黏土，局部含少量细砾及块碎石，呈硬塑-可塑状态。

由上可知，右坝肩奥陶系白云质灰岩及灰岩岩性坚硬，而坝体土（低液限黏土）呈硬塑-可塑状态，岩性相对较软，这两种介质的工程地质特性差异性较大，当库水渗流至二者的接触部位时，岩性相对较软的坝体土（低液限黏土）将被渗至该处在库水源源不断地沿二者的接触面带走，进而发生接触冲刷问题，该部位坝体土（低液限黏土）的结构和强度被破坏。

3.3 产生地质危害

水库运行53年来，由于任庄水库右坝肩存在绕坝渗漏和接触冲刷问题，对坝体土所产生的危害主要表现为：大坝右侧坝面高低不平，最低点比最高点低约0.35 m，且坝面向下游倾斜；右侧坝面出现裂缝，一般长5～15 m，随深度增加逐渐闭合并消失，一般深2.5 m左右；防浪墙墙脚出现裂隙，且向下游方向开裂，裂隙宽一般0.3～0.6 cm，最宽处达5 cm；迎水坡局部出现沉陷坑，坑长约50 m，宽约15 m，深0.15～0.30 m；背水坡局部观测管外露。以上危害最终导致任庄水库大坝进行了改建加固。

4 处理方法

在任庄水库大坝改建加固时，为防止大坝右坝肩再次产生绕坝渗漏，从而引起右坝肩基岩岸坡与坝体土接触部位再次产生接触冲刷问题。本工程改建加固时，设计采取了上堵下疏的设计理念。具体处理措施如下：1）对右坝肩上游基岩岸坡段进行防渗帷幕灌浆，帷幕灌浆范围总长为120 m，防渗帷幕底低于坝底31.66 m。2）将右坝端岸坡处旧坝体土全部挖除，露出右坝肩基岩面，并开挖至新鲜基岩面，基岩平均开挖厚度为1.0 m。3）当右坝肩岸坡开挖至新鲜基岩面后，采用0.6 m厚C25W6钢筋混凝土封闭，顺坡向设伸缩缝，缝内设20 mm厚聚乙烯闭孔泡沫板和651型橡胶止水带。4）在右坝肩混凝土坡脚处及右坝基设置纵、横向排水盲沟，采用反滤料和过渡料包裹填筑。该排水盲沟出口与坝脚反滤体及排水沟连。5）右坝肩基岩岸坡的混凝土浇筑后，对其表面刷毛，并涂刷一层1∶3黏土浆，最后铺设1 m厚高塑性黏土和坝体土的填筑料。

5 结语

在寒武系及奥陶系碳酸盐岩发育的山区修建均质土坝时，由两坝肩绕坝渗漏所引起的坝体土与两坝肩的接触冲刷问题对坝体土的破坏程度，较其它坝型显得更加突出和重要，其危害性也更大。任庄水库右坝肩因绕坝渗漏引起了右端坝体土的接触冲刷，进而对右侧坝体土产生了严重破坏。在该工程改建加固时，对其右坝肩所采取的工程处理措施技术经济，在山西省内具有较强的代表性和典型性，为该类工程建设积累了丰富的经验和教训，值得学习、借鉴和推广。