涑水河绛县城区段1#液压坝工程地质问题分析

田润暹

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 工程概况

涑水河属黄河水系，是黄河一级支流，发源于山西省绛县横岭关陈村峪，流域范围包括了盐湖区、临猗县、夏县、闻喜县四县（区）以及永济市的绝大部分与万荣县、绛县两县的一部分。涑水河干流总长196.6 km，纵坡1/400。属北方间歇性季节河流，非汛期河道成为排污河道。

涑水河绛县城区段生态治理工程位于绛县城区东南部陈村镇。涑水河治理段共两段，其中一段上游始于涑水河畔东坡村漫水路上游1.4 km 处，下游至南官庄桥下游1 km 处，治理长度为6.95 km；另一段为紫家峪支流与涑水河汇水口处至支流上游1 km 段。治理生态的内容主要包括河道防洪、蓄水、生态绿化等。主要建筑物有:11 座液压坝、13 个跌水堰和左右两侧的防洪堤。该工程主要目的为修复绛县城区段涑水河的生态环境，提高河道防洪能力，改善当地居民生活环境，提高居民生活质量。工程区属于暖温带大陆性季风气候，春季温暖干燥多风；夏季高温，日照充足；秋季凉爽，雨量充沛；冬季寒冷，雨量稀小。年平均气温11.4℃，最冷为一月，均温-4℃；最热为七月，均温25℃，年均降雨量为630 mm。霜冻期十月至次年三月，无霜期190 d。冻土深度0.6 m。

2 工程地质

拟建1#液压坝坝轴线位于设计桩号2+603.3 m处，蓄水区范围从坝址至蓄水区末端长约344 m；设计液压坝坝高约4.0 m，坝顶相对高程为30.585 m，坝长为69.0 m，正常蓄水位相对高程为30.585 m。

2.1 坝址工程地质条件

坝址区涑水河流向为S85°W，主河槽位于河床中间，其两侧现为河漫滩，河谷宽约70 m，地形较为平缓，地面相对高程为28.4～29.0 m。两岸为土质边坡，高1.5～6.0 m，两岸地形较为平缓。

坝址区地层在勘探深度范围内（最大深度15m）自上而下为:1）全新统晚期洪冲积（Q42pal）:岩性为卵石混合土，卵砾石成分为变质岩，最大粒径可见15 cm，一般2～12 cm，呈次棱角状，粗砾砂充填，结构松散，局部具架空现象，该层层厚8.0～9.0 m，分布于河谷。2）全新统早期洪冲积（Q41pal）:岩性上部为褐黄色低液限黏土，表层多为耕植土，结构松散，厚0～6.0 m；下部为卵石混合土，夹低液限黏土透镜体，卵砾石成分为变质岩，最大粒径为13 cm，一般4～10 cm，呈次棱角状，粗砾砂充填，结构松散，局部具架空现象；该层总厚度大于15.0 m，分布于河谷和两岸。坝址区地下水位埋深大于15 m。

2.2 坝址工程地质地质问题及评价

1）坝基土的不均匀变形

坝基土持力层地层岩性为第四系全新统晚期洪积与冲积（Q42pal）卵石混合土层，结构较为松散，分选性较差，土层局部具有架空现象，根据现场颗分试验，其颗粒组成为:漂石含量0～14.99%，卵石含量31.42%～39.15%，砾粒含量33.26%～40.26%，砂粒含量17.90%～19.22%，粉粒含量1.37%～2.43%，不均匀系数为154.8～299.7，曲率系数为3.6～5.8。钻孔圆锥动力触探试验实打击数为8～16 击，平均值12.6 击；经杆长修正后为7.6～12.0 击，平均值10.5 击，属松散-稍密状态。

坝基持力层为全新统晚期洪冲积卵石混合土层，存在不均匀变形问题。建议清除表层含杂质、植物根系的低液限粉土和卵石混合土层，并对其进行碾压与夯实，消除架空现象，增加其密实度。建议其承载力标准值为200～300 kPa；坝基与卵石混合土层抗剪指标摩擦系数可采用0.50～0.55。

2）渗漏

1#液压坝坝基为全新统洪冲积卵石混合土，根据钻孔注水和探坑渗水试验结果，其渗透系数为12.2～21.4 m/d，平均值为16.8 m/d，属强透水层。该层在坝基及上下游连续分布，构成渗漏层位。在蓄水区正常蓄水以后，分析1#液压坝的坝基存在渗漏问题，可以采用公式（1）对1#液压坝坝基的渗漏量进行初步的估算，计算结果见坝基第四系松散层渗漏量计算成果表（表1）。通过计算可知，蓄水后，坝基渗漏量为2 318m3/d。建议对1#液压坝坝基进行防渗处理。

式中:Q——坝基土的渗漏量，m3/d；

B——计算段的宽度，m；

k——坝基土渗透系数，m/d；

M——坝基土的透水层厚度，m；

H——正常蓄水位时液压坝上下游之间的水位差，m；

2b———堤基宽度的平均值，m。

表1 坝基第四系松散层渗漏量计算成果表

3）坝基渗透变形

坝基地层主要为全新统洪冲积卵石混合土层，蓄水区蓄水后该层将成为坝基渗漏的主要层位，蓄水区水入渗和坝基渗流出逸条件较好。坝基卵石混合土层在上、下游水位差形成的渗透压力作用下，可能会引起渗透变形。

（1）渗透变形类型

按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录G（以下简称《规范》）中的规定，对于连续级配的土，粗、细颗粒的区分粒径可按公式（2）进行确定:

式中:df——粗、细粒土的区分粒径，mm，；

d70、d10——分别为小于该粒径的含量占总土重70%和10%的颗粒的粒径，mm。

根据坝基持力层卵石混合土的物质组成以及粉、粘粒含量和结构等，再根据《规范》进行判别，可知坝基卵石混合土层的渗透变形类型应为管涌。

（2）临界水力比降

按照《勘察规范》，管涌型临界水力比降宜采用公式（3）进行计算确定。

式中:Jcr——土的临界水力比降；

n——土的孔隙率（以小数计）；

Gs——土粒的比重；

d20、d5——分别为小于该粒径的含量占总土重的20%与5%的颗粒粒径，mm。

依据筛分试验成果资料，卵石混合土的孔隙率为0.32，比重为2.68，d5和d20比值取0.20。经过计算，其临界水力比降为0.34。

（3）允许水力比降

根据工程重要性，可取安全系数为2，故求得卵石混合土的允许水力比降为0.17。

4）坝后洪水冲刷

1#液压坝坝后地层岩性主要由第四系全新统晚期洪冲积卵石混合土和低液限粉土组成，其结构松散，抗冲刷能力弱，在洪水的冲刷和淘蚀共同作用下，较为容易形成冲刷坑，直接影响坝基土体的稳定，因而存在洪水冲刷坝基的地质问题。建议在液压坝坝体后设计并修建海漫等抗冲刷设施，从而确保液压坝坝后土体的稳定。

5）施工临时边坡稳定

基坑边坡主要由卵石混合土组成，局部为低液限粉土等，开挖时由于受坡高、坡体岩性等条件的影响，分析可能存在边坡稳定问题。地质建议临时开挖边坡:1∶0.75～1∶1.0。开挖时如果产生失稳现象，可适当放缓，必要时应做临时性的支护措施。

3 结语

综上分析，1#液压坝坝基持力层为全新统晚期洪冲积卵石混合土层，存在不均匀变形问题，建议清除表层含杂、植物根系的低液限粉土和卵石混合土层，同时对其进行碾压与夯实，消除架空现象，增加其密实度；坝基存在渗漏与渗透变形问题，建议对其进行防渗处理；坝体后存在洪水冲刷坝基的地质问题，建议在液压坝坝体后设计并修建海漫等抗冲刷设施，从而确保液压坝坝后土体的稳定。另外，还存在基坑边坡稳定问题。