蓄水池黄土地基湿陷性及边坡稳定处理

贾生瑞，马 雁，唐仲霞

(1.武威市建筑设计监理有限公司，甘肃 武威 733000；2.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 甘肃黄土分布

甘肃省黄土分布东起甘、陕省界，西至乌鞘岭，覆盖庆阳、平凉、天水、定西、白银、兰州、临夏、武威等八个地、市，分布面积约11.3万km2，占全省面积的24.9%。构造上属鄂尔多斯台地和祁连褶皱系的交界地段，地域上以六盘山为界，分为陇东黄土高原(1200～1800m)和陇西黄土高原(1200～2500m)。

甘肃境内很多区域的黄土都属于深厚黄土，黄土层厚度从几米到数十米，甚至达到上百米[1]，深厚黄土在整个甘肃境内的分布均很广泛，而且厚度差异大，对实际工程建设会产生较大影响。

2 工程概况

2.1 工程总体概况

黑燕蓄水池属于引洮供水二期工程的配套项目，位于通渭县黑燕中学东南侧阳坡村附近，设计池容为30万m3，为半挖半填的注入式水池型式，主要任务是实现南部供水，主要供水对象为乡镇和农村，其主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别均为5级，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为100年一遇，抗震设防烈度为8度。工程区地貌主要为黄土覆盖的低中山区，海拔1500～2600m，相对高差一般小于400m。

2.2 地质概况

黑燕蓄水池位于陇西黄土高原西部，属黄土地貌，具体为黄土梁峁台地，地基岩性主要为洪积黄土状土和马兰黄土，植被不易生长，暴雨相对集中，导致水土流失严重，因此地貌形态较为复杂。场地湿陷等级为Ⅳ级，可能造成边坡滑坡的可能性较大。地下水位埋深较大，约25m。根据GB18306—2015《中国地震动参数区划图》及《甘肃省引洮供水二期工程场地地震安全性评价报告》，黑燕蓄水池一带的地震动峰值加速度为0.2g，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期均为0.45s。工程区活断层分布较多，且历史上发生过大于7级的地震，黑燕蓄水池采用的是半挖半填长方形结构，地震对水库边坡稳定具有较大的破坏性，整体稳定性较差。

3 边坡稳定分析及处理方法

3.1 边坡稳定的影响因素

水池南侧填方边坡和北侧挖方边坡的稳定会影响其安全运行。影响因素主要有两方面，即内在因素和外在因素。内在因素主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、地震活动性等。外在因素主要包括自然灾害和蓄水情况等。

3.1.1内在因素

(1)地质条件

(2)构造运动

黑燕蓄水池处于祁连北西向构造体系、秦岭东西向构造体系及贺兰-六盘山南北向构造体系的复合部位。这一带在加里东期构造运动表现甚为剧烈，使前震旦系、震旦系、前寒武系地层褶皱成山，奠定了本区构造轮廓；中新生代以来，巨大幅度的断块运动，使加里东褶皱基底隆升或断陷，形成了一系列褶皱隆起山地与红色断陷盆地。相对隆起的山地基岩大面积裸露，丘陵区及盆地区多为黄土和第四系冲洪积物所覆盖。总体来说工程区构造运动规模较大，稳定性较差。工程周边区域性断裂特征见表1。

(3)地震活动

黑燕蓄水池工程区处于青藏高原北部地震区南北地震带之兰州—通渭地震亚带和和政—武山—天水地震亚带范围。据统计，有记载以来，发生过37次大于4.7级的影响到本区的地震，其中大于6级的地震14次，大于7级的地震6次，大于8级的地震2次。工程区共发生破坏性地震7次，其中1920年海原大地震对工程区的影响烈度达到了Ⅷ度。黑燕水库工程区及周边历史地震均发生在活动性断裂附近，且成带分布强度不同。

根据GB 18306—2015(1∶400万)工程区地震动峰值加速度为0.2g(50年超越概率10%)，相应地震基本烈度为Ⅷ度。地震动反应谱特征周期为0.45s。由于工程区活断层分布较多，且历史上发生过大于7级的地震，综合而言工程区区域构造稳定性较差。

(4)水文条件

3.1.2外在因素

(1)自然灾害

工程区不良物理地质现象主要为沟道泥石流、沟道两侧山体滑坡、蠕滑、冲沟岸坡崩塌以及黄土区黄土喀斯特地貌等。若附近沟道无排水设施，则汛期可能对蓄水池造成威胁。

(2)蓄水

表1 区域性断裂特征表

随着蓄水深度的增加，边坡承受的水压力逐渐增大，可能对稳定性产生破坏。

3.2 边坡稳定处理

黑燕蓄水池在结构形式上，采用半挖半填形式，迎水面边坡1∶2.75，不设马道，背水面边坡1∶2.0，在2267.0m高程以下设排水棱体，排水棱体与水库边坡及土质地基之间均设置反滤层。马兰黄土可作为防渗填筑土料。最优含水率17.3%，最大干密度1.71g/cm3。按0.96压实度压实后：重度19.5N/cm3，饱和重度20.6N/cm3。抗剪强度C∶50～60kPa，φ：26°～28°，饱和抗剪强度C∶15～19kPa，φ：22～24°，渗透系数水平(1.1～2.3)×10-6cm/s，渗透系数垂直(1.3～2.8)×10-6cm/s。池顶以上马兰黄土永久边坡采用1∶1.5。

池壁衬砌措施：池壁自下而上依次为清基+强夯处理(影响深度8m以内)+10%水泥土垫层厚400mm+复合土工布(0.5mm 900g/m2)+M10水泥砂浆垫层厚50mm+预制C20砼块厚80mm。池堤填筑方式采用震动碾分层碾压，粘性土料压实度不小于98%。考虑黑燕水库大面积铺设土工膜水气顶托作用，在土工布下部纵横向设置直径100mmPVC排水排气花管，排气管上梅花型开孔，孔径2mm，孔间距环向22mm，长度方向50mm。排气管数量以池底尺寸具体布置，纵横向各布置5～6排，间距约30m。

4 地基湿陷处理

4.1 常见湿陷性地基处理方法

湿陷性黄土地基的处理方法多种多样，李春[3]总结了近年来被广泛利用并取得一定成效的几种大厚度黄土地基的处理方法，依次为垫层法、重锤表层夯实及强夯、挤密桩法、桩基础、预浸水法、化学加固法以及其他如CFG法等。杨校辉[4- 5]等对大厚度湿陷性黄土地基处理深度进行了研究并总给出地基处理的临界深度。黄雪峰等[6- 8]认为对于大厚度湿陷性黄土地基预浸水法、DDC法和挤密桩法为行之有效的方法，并认为地基处理时采用整片处理较局部处理效果好，不同地区因黄土组成成分和厚度的不同，可组合采用不同的方法。张豫川等[9]对湿陷性地基基础设计进行了分析。余侃柱[10]针对调蓄水池湿陷地基处理方法也进行了详细的对比和研究。

4.2 地基处理方法选择

池基衬砌防渗措施：池底自下而上依次为清基+强夯处理(影响深度8m以内)+10%水泥土垫层厚400mm+复合土工布(0.5mm900g∕m2)+壤土垫层800mm。

5 结论

(1)湿陷性处理。根据GB50025—2004要求，蓄水池场地湿陷性黄土层最小处理深度7～13m。应尽量挖穿上部马兰黄土的强湿陷层及高压缩性土层，未处理湿陷黄土层剩余湿陷量应满足不大于150mm的要求，换填土层应分层夯实，并做好防渗处理。南部池堤填筑高度大，应挖穿上部eolQ32马兰黄土，并对原地基土进行翻夯处理，填筑体应分层填筑，充分压实。

(2)边坡处理。边坡在2267.0m高程以下设排水棱体，排水棱体与水库边坡及土质地基之间都应该设置反滤层。排水棱体既能起到排水的作用，而且当水库地基强度足够时，还可以起到支撑水库、增加边坡稳定的作用。

池堤填筑方式采用震动碾分层碾压，粘性土料压实度不小于98%。土工布的铺设应根据SL/T225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》的规定，在池顶、坡脚处应将土工布埋入预先设置好的锚固沟，然后回填夯实。