王圪堵水库承压水分布特征及对坝基的影响

摘 要：王圪堵水库地处陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘的结合部位。坝基由左岸冲湖积细砂夹砂质、粉质壤土、河床冲积细砂和右岸基岩斜坡构成。左坝段和河床坝基下伏地层为侏罗系上统安定组（J3a）砂、泥岩，多呈互层或夹层状，局部呈薄层嵌入结构。具有明显的滨海积沉相，为承压含水层。通过各阶段资料分析，承压水对坝基影响较小。

关键词：承压水；分布特征；坝基影响

中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0216-02

王圪堵水库坝基下伏岩体为侏罗系上统安定组（J3a）砂、泥岩，多呈互层或夹层状，局部呈薄层嵌入结构，为承压水含水层。承压水的存在是否水库运行具有潜在的威胁。通过对承压水的特征和各阶段的观测资料分析，最终得出结论性意见。

1 工程概况[1]

王圪堵水库位于无定河中游，为黄河一级支流的水沙控制水利工程，主要以供水、拦沙为主，兼顾灌溉、发电、防洪等综合功能。设计坝型为碾压均质土坝，最大坝高46m，坝顶长1162m，正常蓄水位1046m，总库容3.89亿m3。属大（2）型，工程等级为Ⅱ等。枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、放水洞和坝后电站等主要建筑物组成。

2 地质简况

2.1 地形地貌

王圪堵水库大坝左坝段为沙漠地貌，由沙丘、沙梁及洼地组成，分布高程1070～1090m。岸坡較为陡峻，自然坡度35～50°，河床段地形相对开阔平坦，分布高程1007～1009m，右坝段为基岩斜坡，相对高差60～80m。

2.2 地层岩性

左坝段地层主要以第四系全系统风积（Q4eol）细砂和上更新统冲湖积（Q31al+l）细砂夹粉质壤土组成。层厚度93.7～71.3m，下卧层为侏罗系砂泥岩。河床段覆盖层为第四系全新统冲积（Q42al）粉细砂，厚度1.0～13.0m，下卧侏罗系砂泥岩。右坝段为基岩斜坡，岩性为侏罗系上统安定组（J3a）砂泥岩，表层覆盖0.5～2.5坡积粉细砂及砂壤土。砂泥岩紫红色、浅灰色、暗紫红色，中厚层状粉砂岩、泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩，多呈互层状，层面分布高程996.3～998.7m。

2.3 水文地质

工程区地下水分为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水和承压水。第四系孔隙潜水为沙漠区孔隙潜水含水层（Q31al+l）和阶地孔隙潜水含水层（Q4al），分布于左岸沙漠区中下部和右岸一级阶地下部，接受大气降水补给。基岩裂隙潜水（J3a）：主要分布于河流右岸基岩风化、卸荷带内，水位埋深5～14m，地下水位受降雨影响明显，含水层富水性相对较好，以下降泉的形式补给河流。

承压水（J3a）：分布于河床段坝基下伏基岩中，属层间水，接受地表和第四系孔隙潜水补给，排泄条件尚差。

3 承压含水层岩性特征

承压水含水层地层为侏罗系上统安定组（J3a）砂岩、泥岩、粉砂质泥岩和泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩，紫红、浅灰、暗紫红色，薄层～中厚层状，一般单层厚度30～60cm，最大厚度1.2m。近水平层理，局部可见斜交层理。多呈互层或夹层状，局部呈薄层嵌入结构。具有明显的滨海积沉相。含水层为砂岩，相对隔水层为泥岩或粉砂质泥岩。

4 承压水分布和变化特征

主要分布于河谷部位，从下坝址～库区王家沟下游的新地台处均有分布，如图1。承压水顶板埋深16～28.2m，承压水头高出地面2.5～16.5m。钻孔揭示承压水顶板埋深、高程及相对隔水层岩性、水头高度及流量统计如表1。承压水主要出露于左坝段，水头高1015.93～1019.35m，最高水头为1025m，承压水顶板上覆基岩厚度7～12m，且具有不连续性，向两侧深度变大。承压水主要接受河流上游及两岸深部地下水补给，排泄条件差，形成不连续的层间承压区。

由表1可见，承压水顶板埋深由库区上游向下游、坝址区由两岸向河谷逐渐变浅，上覆基岩厚度变薄，最薄处位于坝址下游，顶板上覆基岩厚6.7m，顺河流方向承压水顶板分布高程变化不大；承压水流量总体看坝址区大于库区，河谷大于两岸，承压水头高程1010～1025m，低于水库正常蓄水位21～36m，从水头和流量变化来看，承压水流量有逐年减少、水头降低的变化特征（这可能受先期钻孔揭露影响，排水减压，压力逐步释放）。由以上现象及地层岩性、岩层产状、库坝区地形地质条件及承压水水头等综合分析认为：承压水补给来源为库区河床或两岸地带，属近源补给，补给水源为河水或地下水，由于下游无明显的排泄出路，水流循环不畅。

承压水矿化度较高，微咸，苦涩。水化学类型为SO42-——Ca2+——K++Na+型，从水质可看出承压水循环不畅，与各类潜水连通条件、交换性较差，属局部区域内较封闭的含水岩组。水质SO42-含量553.31～605.18mg/L，对普通水泥具硫酸盐强腐蚀性。

勘探孔及施工段先导孔均揭示坝基承压水属层间水，具有不连续性，天然状态水源补给及排泄均不畅，勘察观测资料和施工阶段先导孔观测资料显示，承压水压力释放后会逐渐减小。

施工阶段2010年3月29日，左坝段0+146m，HFX2-7先导孔揭示承压水头最大高程1019.35m，较2004年勘探ZK4钻孔（0+169.2m）承压水头最大高程1014.28m高5.07m，HFX5-7先导孔（0+240m）承压水头1016.30m，较2005年勘探ZK20钻孔（0+275.2m）承压水头1022.13m低5.83m。由于河床段先导孔施工阶段，坝体已填筑至1014.8m，承压水低于该高程时则无法观测。因此，河床段0+240m右侧河段未出现承压水，由此可见河床段承压水自左向右水头压力逐渐降低，出水量随水头压力降低而自左向右逐渐减小，说明承压水压力一旦释放，难以恢复至初始的水头压力。

施工阶段在坝后坝轴线下游146m，坝轴线0+150m、0+250m、0+350m、0+450m、0+550m布设减压排水孔5个。2011年10月成孔初期，水库水位高程1015m，GCK1～GCK5孔承压水头高分别为6.2m，5.0m、3.5m、1.8m和0.7m，平均流量分别为10.11m3/d，9.06m3/d，8.41m3/d，6.93m3/d，和0.2m3/d，变化曲线如图2。

2012年3月15日，水库蓄水高程至1018m时，GCK4孔流量减小至0.6m3，18日断流。GCK5孔6月8日断流。GCK1～GCK3孔承压水水头高分别为4.5m、2.5m和1.9m，平均流量分別为4.9m3/d，4.5m3/d，3.6m3/d，变化曲线如图3。

2013年7月水库位高程1020m时，GCK1～GCK3孔承压水头高分别为3.9m、2.2m和1.68m，高程分别为1012.9m，1011.2m，1010.68m，流量分别为3.5m3/d，3.2m3/d和0.3m3/d。

2013年10月水库下闸后，库水抬高至1024m时，GCK2、GCK3孔流量表损坏无数据。GCK1孔承压水头高3.8m，高程1012.8m，流量3.6m3/d。

5 压水对坝基的影响

承压水対坝基的影响主要表现为承压水顶板岩体破裂后，沿破裂通道或裂隙上升，于坝基出露，产生渗透破坏。通过上述观测数据分析，水库水位抬高时，坝后承压水头没有抬高的趋势，流量趋于稳定或减小。因此，坝基承压水在现库水位范围内属独立的含水体，受库区现蓄水高程以外较远的补给源补给形成局部或层间承压含水层，受水库水位影响较小，受季节影响也微弱。承压水对库坝的影响较小。

本次施工中，未对承压水进行专门处理，仅对先导孔和帷幕灌浆孔承压水出露的孔段采用抗腐蚀的硫酸盐水泥压堵，其余部采用普通硅酸盐水泥灌浆。

6 结束语

通过勘察、先导孔资料及坝后观测孔资料分析，坝基承压水属局部层间水，补给条件有限。承压水被揭示后，水头有逐渐降低的趋势。针对工程区承压水，于坝下游布设观测孔，具有排水减压功能；对做反滤工作后，不会影响大坝安全。水库正常库水时，承压水有待观察，及时观测分析。

参考文献

[1]杨聚利.王圪堵水库竣工工程（施工地质）地质报告.勘察分院，2014.

[2]《水利水电工程地质勘察规范》（SL50487-2008）.2008.

收稿日期：2018-6-20

作者简介：杨聚利（1966-），男，工程师，本科，主要从事工程地质勘察工作。