山东省阳信县雁洲湖水库工程地质特征及评价

阴福

摘要：雁洲湖水库工程位于簸箕李、小开河引黄灌区下游，小开河输沙渠以西，阳信县城东南12km，河流镇境内，主要工程内容包括围坝、建筑物，设计库容954.96m3×104m3。场区属浅平洼地类型，大地构造单元位于华北盆地断坳区济阳断陷内，为区域构造稳定区。围坝地基土主要由壤土、砂壤土及粉砂构成，透水性均为中等，水库蓄水后坝基渗漏严重，应采取有效防渗截渗处理，研究结果为工程设计及建设提供重要的参考。

关键词：阳信县；雁洲湖水库；工程地质

1.库区地质概况

1.1地形地貌

拟建雁洲湖水库属黄河下游冲积平原，微地貌属浅平洼地类型，地势平坦，坡度很缓，地面高程6.40m～7.20m之间。规划库区内大部分为农田，区内排灌沟渠纵横交错，相互贯通，渠底高程一般在4.00m～5.00m之间。

库区地貌类型单一，构造简单，不具备崩塌、滑坡、泥石流灾害产生的条件。且没有地下矿产资源开采活动，形不成采空区及塌陷区。经调查，库区内无文物古迹，无与透水层联通的井位。

1.2地层岩性

在勘探深度内，库区地层上部为第四系全新统洪积层，沉积物岩性为壤土、砂壤土及粉细砂，厚度变化较大，分布不稳定。下部为第四系全新统洪积堆积的粉砂和壤土等。

1.3地质构造及地震

场区大地构造单元位于华北盆地断坳区济阳断陷内，近场区内发育的主要断裂有阳信—义和庄断裂、临邑—滨县断裂等，无穿越库址区的地质构造，为区域构造稳定区。

据《中国地震动参数区划》（GB18306-2015），库区所在区域地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度Ⅵ度。按山东省人民代表大会常务委员会第213号公告《山东省建设工程抗震设防条例》，工程区地震动峰值加速度调整为0.10g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。

1.4水文地质条件

（1）水文气象

库区地处暖湿半湿润季风性气候区，气候温和，四季分明，光照充足，雨热同季。

根据滨州市气象局近40年以来的统计资料显示：阳信县极端最高气温为40.9℃，极端最低气温-20.9℃，年平均气温12.5℃；一日最大降水量为150.4mm，年均降水量为588.5mm；最大风速（10min）20.7m/s，极大风速为38.3m/s，最大风速（2min）为25m/s，年平均风速2.7m/s；區域内标准冻结土深度为0.60m。

（2）水文地质特征

区域内地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土及粉砂，渗透性能为中等，含水层间联系密切。含水层渗透系数为3.0cm/s×10-4cm/s～4.00cm/s×10-3cm/s，属中等透水层。

场区地下水位埋藏较浅，勘察时水位埋深在1.40m～ 2.40m之间，稳定水位标高4.80m～5.15m。地下水补给来源以大气降水和位于场区的沟渠、池塘侧渗为主，排泄途径以人工开采和地面蒸发为主。水位变化受季节影响较明显，变化幅度一般在自然地面下1.00m～4.00m之间。

地下水化学类型为Cl·SO4-Na+K·Ca及Cl·SO4-Na+K型，pH值在7.80左右，为弱碱性水。场区地下水对混凝土结构具强腐蚀，腐蚀类型为硫酸盐型。干湿交替作用环境条件下，对混凝土结构中钢筋具中等腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。

（3）水文地质参数

在水库围坝坝基第2层壤土安排双环渗水试验4处，通过试验综合确定各层渗透系数建议值见下表1：

2.围坝工程地质特性

2.1坝基土层特征及分布规律

规划水库围坝坝轴线总长4581m，在勘探深度内均为第四系全新统冲积层，沉积物以壤土、砂壤土及粉砂为主。在勘探深度内自上而下可分为8主层（含3亚层）分别详述如下：

1层耕土：黄褐色，以壤土为主，含植物根系。场区普遍分布，厚度：0.40m～1.10m，平均0.76m；层底标高：5.79m～ 6.30m，平均6.05m；层底埋深：0.40m～1.10m，平均0.76m。

2层壤土：棕褐色，可塑，切面稍有光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应，含铁质氧化物。场区普遍分布，厚度：1.00m～4.80m，平均3.04m；层底标高：0.82m～4.41m，平均2.56m；层底埋深：2.40m～6.20m，平均4.24m。

2-1层砂壤土：灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区分布不连续，厚度：0.40～ 1.30m，平均0.76m；层底标高：3.52m～4.88m，平均4.32m；层底埋深：1.80m～3.50m，平均2.47m。

3层砂壤土：灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区普遍分布，厚度：0.50m～1.90m，平均1.12m；层底标高：-0.05m～1.36m，平均0.69m；层底埋深：5.50m～6.70m，平均6.07m。

3-1层砂壤土夹粉砂：灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区分布不连续，厚度：4.60m～8.40m，平均6.80m；层底标高：-4.08m～-0.31m，平均-2.77m；层底埋深：7.30m～10.80m，平均9.55m。

4层壤土：黄褐色，可塑，切面稍有光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应，含铁质氧化物及姜石。场区普遍分布，厚度：0.80m～3.40m，平均2.30m；层底标高：-2.29m～-0.70m，平均-1.52m；层底埋深：7.60m～9.20m，平均8.35m。

5层砂壤土：灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区普遍分布，厚度：0.60m～1.70m，平均1.03m；层底标高：-3.58m～-1.69m，平均-2.35m；层底埋深：8.50m～10.60m，平均9.18m。

6-1层砂壤土：灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区分布不连续，厚度：0.70m～ 5.50m，平均3.03m；层底标高：-8.20m～-5.71m，平均-7.11m；层底埋深：12.40m～15.00m，平均13.85m。

6层壤土：黄褐色，可塑，切面稍有光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应，含铁质氧化物。场区普遍分布，厚度：0.90m～8.50m，平均4.66m；层底标高：-10.40m～-7.81m，平均-8.88m；层底埋深：14.50m～17.60m，平均15.68m。

7层砂壤土夹粉砂：灰黄色，湿，密实，无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应迅速。场区普遍分布，厚度：0.50m～11.70m，平均5.27m；层底标高：-19.62m～-8.70m，平均-13.89m；层底埋深：16.00m～26.30m，平均20.70m。

8层壤土：黄褐色，可塑，切面稍有光泽，干强度及韧性中等，无摇震反应。该层未穿透。

2.2坝基渗漏估算

坝址区地下水为第四系孔隙潜水，地下水位埋深一般1.40m～2.40m，2、2-1、3、3-1、4、5、6-1层土渗透系数1.15cm/s×10-4cm/s～3.77cm/s×10-3cm/s，具中等透水性，第6层壤土渗透系数7.96×10-5，具弱透水性，可作为相对隔水层。诸透水层间水力联系密切，透水性差别较小，依据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001第8.1.7条规定，可视为均质透水体。坝基渗漏计算采用如下公式。

计算中，渗漏坝段长取3481m。上游水位采用设计蓄水位高程13.03m，下游水位采用勘察期间平均地下水位高程4.98m。坝基第6层壤土可作为相对隔水层，计算深度至第6层壤土。

经计算，坝基年渗漏量为114.31m3×104m3，占水库容量（954.96×104m3）的11.97%，水库渗漏损失严重，建议采取有效的防渗截渗措施。

2.3坝基土渗透变形判别与评价

坝基表层土为壤土，均具中等透水性，水库建成蓄水后，会出现较大的动水压力，在渗流作用下，可能发生渗透变形破坏。

（1）坝基渗透变形类型

坝基表层②层壤土，局部为砂壤土，渗透性中等，存在渗漏和渗透变形问题，渗透破坏形式为流土。

（2）土的临界水力比降及允许水力比降

根据《水利水電工程地质勘察规范》（GB50487-2008）

式中：Jcr——土的临界水力比降；

GS——土粒比重；

n——土的孔隙率（以小数计）。

土的允许水力比降采用2.0的安全系数，计算结果见下表2：

根据试验结果结合工程类比，②层壤土允许水力比降建议值为0.24。

2.4坝后浸没及土壤盐渍化分析

规划库区地势低洼平缓，坝基地层第四系全新统冲积层，为中等透水层，水库周边和围坝外侧地面高程低于水库设计正常蓄水位，根据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008，库外符合浸没的初判条件，坝后均为易浸没区。

规划水库南侧为雾蓿洼水库，北侧为东支流，不存在坝后浸没问题。

勘察期间实测资料显示，库外东、西侧地面高程6.40m～ 7.10m，水库围坝外侧地下水位埋深1.60m～2.00m。根据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008的浸没临界深度经验值，在盐渍化地区，砂壤土、黏壤土的浸没临界深度1.5m～2.1m，勘探期间地下水位已经接近浸没临界深度。由此初步判定，水库建成可能存在坝后浸没问题。勘察期间地表无盐白色，农作物的生长良好。

2.5坝基土的液化判别

据土工试验资料，勘察范围内2、2-1、3、3-1、4、5、6、6-1层土的粘粒含量依次为22.8%、9.4%、10.1%、5.0%、22.2%、9.0%、21.8%、9.2%，依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录P的规定，粘粒含量≥16%的2、4、6层壤土，可判为不液化；粘粒含量≤16%的2-1、3、3-1、5、6-1层土，初判为可能发生液化土。对初判可能发生液化的饱和土采用标准贯入锤击数法进行复判。

当土的实测标准贯入锤击数（未经杆长修正）N值小于临界值Ncr时，判别为可液化土，否则为不液化土。经标准贯入试验判别法计算，坝基土2-1层土存在液化现象。

3.围坝工程地质评价

（1）围坝地基土主要由壤土、砂壤土及粉砂构成，0+ 700～2+000左右下伏3-1层砂壤土夹粉砂层，透水性均为中等，经计算，水库蓄水后坝基渗漏严重，应采取有效防渗截渗处理。

（2）经标准贯入试验判别法计算，坝基土存在液化现象，建议采用地基加固处理措施。

（3）坝基存在渗透变形问题，类型为流土，表层壤土允许坡降建议值为0.24。

（4）水库南侧、北侧不存在坝后浸没问题，水库渗漏可能造成水库东、西坝后土壤盐渍化，建议对水库采取坝后排渗措施。

（5）勘察期间潜水位起伏不大，埋深在1.40m～2.40m之间，稳定水位标高4.80m～5.15m，场区地下水对混凝土结构具强腐蚀，腐蚀类型为硫酸盐型。干湿交替作用环境条件下，对混凝土结构中钢筋具中等腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。场区地表水对混凝土结构具弱腐蚀，腐蚀类型为硫酸盐型。干湿交替作用环境条件下，对混凝土结构中钢筋具中等腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。

（6）场地土的标准冻结土深度为0.60m，建议采取防冻保护措施。

参考文献：

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