任夢(mèng)寧

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043)

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延安紅莊水庫(kù)壩軸線探討分析

任夢(mèng)寧

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043)

延安紅莊水庫(kù)地處鄂爾多斯地臺(tái)向斜的陜北臺(tái)凹東南部。樞紐區(qū)主要由第四系堆積物及侏羅系中統(tǒng)延安組棗園段組成。壩軸線的選取確定該水庫(kù)的造價(jià)大?。灰罁?jù)地面物探、鉆探、試驗(yàn)等勘察手段得到的資料，對(duì)樞紐區(qū)上壩線和下壩線兩條壩軸線的工程地質(zhì)條件進(jìn)行探討分析，最終確定下壩線為選定壩線。

壩基特性；壩線；濕陷；滑坡

紅莊水庫(kù)[1]位于陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鄉(xiāng)以北萬(wàn)莊溝出口，為了解決延安市冬季用水的緊張局面，而修建該水庫(kù)。水庫(kù)為小(1)型水利工程[2]總庫(kù)容為683萬(wàn) m3；工程主要由大壩、溢洪道、輸水洞等組成。壩軸線的選取，直接關(guān)系到水庫(kù)造價(jià)的大小，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件，對(duì)壩軸線選取進(jìn)行比較分析，確定最佳壩軸線。

1 上、下壩軸線工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

河谷呈“U”型發(fā)育，谷底寬80～90 m，河床漫灘寬度30～40 m，河床兩岸一級(jí)階地呈條帶狀分布，二級(jí)階地堆積物僅在上壩線左岸有殘留。河谷兩岸塬(梁)頂面高程1 051～1 115 m,塬邊斜坡左岸45°～50°,局部地段基巖裸露，右岸黃土覆蓋的基巖山坡坡面30°左右，黃土覆蓋層厚度20～30 m。上、下壩軸線存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有濕陷、滑坡、滲漏、壓縮等。

1.1 上壩線

壩基由河床漫灘、一、二級(jí)階地三部分構(gòu)成。河床漫灘寬20 m，覆蓋層砂礫石③厚4.5 m左右，右岸一級(jí)階地砂礫石層⑤-2厚2～3 m，松散；左岸二級(jí)階地砂礫石⑦厚1～2.5 m，稍密，砂礫石③、④-2、⑤-2、⑦滲透系數(shù)K=10～15 m/d，強(qiáng)透水，允許水力坡降i=0.12～0.15，承載力值fo=180 kpa,變型模量Eo=10～12 Mpa，作為壩基應(yīng)有截滲措施。

一級(jí)階地上部堆積的壤土⑤-1厚2～4 m，為非自重濕陷性土，場(chǎng)地濕陷類(lèi)型為非自重濕陷場(chǎng)地，濕陷等級(jí)Ⅰ級(jí)；二級(jí)階地上部堆積的黃土⑥厚8～20 m，上部自重濕陷性土層約10 m，場(chǎng)地濕陷類(lèi)型為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)Ⅳ級(jí)。斜坡表面堆積的坡積粉質(zhì)壤土①-1厚1.6～4.5 m，具濕陷性。壤土①-1、⑤-1、黃土層⑥不能作為大壩的天然地基，均應(yīng)進(jìn)行工程處理。

覆蓋層以下砂頁(yè)巖⑨表面強(qiáng)風(fēng)化厚度0.5～1.0 m，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶上部有厚約10 m中等透水巖體，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅳ級(jí)。若防滲帷幕下限按透水率q<5 Lu考慮，則河床漫灘段壩基巖體帷幕厚度應(yīng)大于15 m，其它段大于10 m。

左壩肩斜坡高120 m，高程1 005 m以上坡度較陡，自然坡面45°左右，壩肩斜坡大部分地段為黃土⑥覆蓋，局部地段基巖裸露，自然斜坡基本穩(wěn)定。壩肩斜坡表面黃土⑥覆蓋層厚度15～20 m，上部自重濕陷性土層約10 m，場(chǎng)地濕陷類(lèi)型為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)，必須進(jìn)行工程處理的土方量12～16萬(wàn) m3。根據(jù)工程地質(zhì)類(lèi)比，壩頂高程以下基巖斜坡表面透水率q>10 Lu的強(qiáng)～弱風(fēng)化帶垂直寬度10～15 m，巖體的基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅳ級(jí)，弱風(fēng)化帶下部巖體透水率q<5 Lu，屬弱透水。

右壩肩斜坡高度大于130 m，高程1 070 m以上黃土斜坡表面20°～35°，基本穩(wěn)定，以下滑坡堆積體厚20～35 m，上部疏松，有厚約7.0 m的自重濕陷性土層，下部結(jié)構(gòu)破碎，屬非自重濕陷性土，壩肩滑坡體表面的濕陷性土層厚約10 m，不能作為天然壩肩地基，應(yīng)進(jìn)行工程處理，初步估算滑坡體總方量約30萬(wàn) m3?；惨韵聫?qiáng)～弱風(fēng)化巖體的基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅳ級(jí)，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體上部的中等透水(q>10 Lu)巖體厚10～15 m，弱風(fēng)化帶下部巖體透水率q<5 Lu，可視作相對(duì)隔水層。

1.2 下壩線

下壩線高程995 m壩基河谷寬度147.5 m，壩頂高程1 040 m，河谷寬度267.5 m，

壩基由河床漫灘和一級(jí)階地兩部分構(gòu)成。河床漫灘寬36.5 m，覆蓋層砂礫石層③厚4.0～5.0 m，一級(jí)階地下部的砂礫石層⑤-2厚2～3 m，砂礫石層③、⑤-2稍密，含泥量高，承載力基本值fo=160～200 kPa，變形模量Eo=12～16 MPa，滲透系數(shù)K=10～15 m/d，強(qiáng)透水，允許水力坡降i=0.12～0.15，作為壩基應(yīng)有防滲措施。

一級(jí)階地上部堆積壤土⑤-1厚2～4 m，屬非自重濕陷性土，場(chǎng)地濕陷類(lèi)型為非自重濕陷性場(chǎng)地，該段壩地基土層的總濕陷量△s=24.3～24.9 cm,濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)；黃土⑥層屬自重濕陷性土。壤土⑤-1、黃土⑥不能作為大壩的天然地基，應(yīng)進(jìn)行工程處理。

河床漫灘段覆蓋層下砂頁(yè)巖⑨表面強(qiáng)風(fēng)化帶垂直厚度0.5～1.0 m，階地堆積層下強(qiáng)風(fēng)化巖體的垂直厚度1.0～2.5 m；強(qiáng)～弱風(fēng)化砂頁(yè)巖⑨的基本質(zhì)量級(jí)別Ⅴ～Ⅳ級(jí)。強(qiáng)風(fēng)化帶巖體透水率q>5 Lu，弱風(fēng)化巖體透水率q<5 Lu，建議對(duì)強(qiáng)風(fēng)化帶巖體進(jìn)行防滲處理。

左壩肩斜坡頂部高程1 070 m，坡高73 m，坡面傾角45°左右，高程1 045 m以下基巖裸露，以上覆蓋厚約13 m的黃土及黃土狀壤土，自然邊坡穩(wěn)定。左壩肩砂頁(yè)巖互層斜坡表面坡比1∶1.0～1∶1.1，從平洞、鉆孔勘探資料來(lái)看，基巖表面強(qiáng)風(fēng)化帶的水平寬度10～12 m，垂直厚度8.0～25.0 m，強(qiáng)風(fēng)化巖體基本質(zhì)量級(jí)別Ⅴ級(jí)，弱風(fēng)化帶上部巖體的基本質(zhì)量級(jí)別Ⅳ級(jí)，弱風(fēng)化帶巖體上部有厚約10～15 m的中等透水巖體(透水率q>10 Lu)，弱風(fēng)化帶下部巖體的透水率q<5 Lu，屬弱透水帶。

表1 上壩線與下壩線工程地質(zhì)條件比較表

為了查清左壩肩單薄山梁巖體的透水性，在單薄梁100 m范圍內(nèi)打鉆孔4個(gè)，從鉆孔壓水試驗(yàn)資料來(lái)看，下壩線左壩肩上游高程1 023 m以上單薄梁有寬約40 m的中等透水帶。

從鉆孔ZK9高程1 023 m以下的注水試驗(yàn)成果與壓水試驗(yàn)資料對(duì)比分析來(lái)看，注水試驗(yàn)實(shí)測(cè)的滲透系數(shù)是壓水試驗(yàn)成果換算滲透系數(shù)的2.1倍。繞壩滲漏量計(jì)算的滲透系數(shù)采用注水試驗(yàn)成果。高程1 023.0 m以上k=0.61 m/d，以下k=0.24 m/d，根據(jù)滲漏量計(jì)算公式，初步計(jì)算單薄山梁的滲漏量Q=142 m3/d，高程1 023.0 m以下滲漏量Q=74 m3/d，占總滲漏量52%，單薄山梁的漏水量對(duì)于一個(gè)以供水為主的調(diào)蓄供水水庫(kù)影響是明顯的。同時(shí)據(jù)采用畢曉普法和克萊爾法驗(yàn)算，水庫(kù)滲漏對(duì)庫(kù)外背水坡黃土覆蓋層斜坡穩(wěn)定性有明顯影響，斜坡穩(wěn)定系數(shù)將降到1.09～1.12，屬穩(wěn)定性較差邊坡。因此，單薄梁必須進(jìn)行防滲處理，首先應(yīng)重點(diǎn)作好高程1 020 m以上單薄山梁的防滲措施，若以q<5 Lu作為防滲標(biāo)準(zhǔn)下限，截滲槽底高程1 013 m以下也應(yīng)有防滲措施。

右壩肩為黃土覆蓋的基巖邊坡,坡高大于70 m,自然坡面20°～40°,黃土覆蓋層厚8～25 m，自然邊坡穩(wěn)定。右壩肩斜坡表面黃土層⑥厚5.0～10.0 m,屬自重濕陷性土,古土壤⑦、黃土狀壤土⑧屬非濕陷性土;黃土層⑥的總濕陷量△s=24.34 cm，不能作為壩肩地基土層，應(yīng)進(jìn)行工程處理；古土壤⑦、黃土狀壤土⑧屬中壓縮性土。覆蓋層以下的砂巖頁(yè)⑨上部有厚約10 m的強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體壓水試驗(yàn)不起壓，透水率q=26.7～30 Lu，屬中等透水，下部巖體透水率q<5 Lu。巖體基本質(zhì)量級(jí)別Ⅳ級(jí)。中等透水巖體應(yīng)有防滲措施，防滲方案有帷幕灌漿和開(kāi)挖截滲結(jié)合槽可供比選。

2 壩軸線選取分析

水庫(kù)樞紐區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層結(jié)構(gòu)清晰，水文地質(zhì)條件變化不大，上、下壩線均具修建碾壓土石壩的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，下壩線和上壩線的工程地質(zhì)條件比較如表1。

從以上對(duì)上、下壩址工程地質(zhì)條件分析對(duì)比，下壩線存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是左壩肩的滲漏問(wèn)題和水庫(kù)滲漏對(duì)單薄山梁庫(kù)外山坡表面覆蓋層穩(wěn)定性的影響；上壩線存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是左壩肩12～16萬(wàn) m3自重濕陷性黃土的處理和右壩肩30萬(wàn) m3滑坡堆積體的翻碾，同時(shí)壩基河床段覆蓋層以下巖體防滲處理厚度大。綜合分析比較下壩線工程地質(zhì)條件稍優(yōu)，推薦下壩線作為首選壩線。

3 結(jié)論及建議

(1)樞紐區(qū)位于陜北黃土高原中部黃土梁峁丘陵區(qū)，地處鄂爾多斯地臺(tái)向斜的陜北臺(tái)凹東南部，地層平緩，構(gòu)造簡(jiǎn)單，歷史上地震頻度低，震級(jí)小。

(2)樞紐區(qū)河谷兩岸Q4黃土狀壤土和Q3-4黃土覆蓋層屬濕陷性土，不能作為天然壩基；河床、漫灘、階地下部堆積的砂礫石層屬?gòu)?qiáng)透水層，壩基段應(yīng)截滲；高程1 040 m以下強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體上部有厚約10～15 m巖體的透水率q>5 Lu，應(yīng)進(jìn)行防滲處理。砂頁(yè)巖，巖層平緩，構(gòu)造簡(jiǎn)單。

(3)下壩線存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是左壩肩的滲漏和滲漏引起單薄山梁庫(kù)外山坡表面覆蓋層的變形滑塌；上壩線存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是左壩肩12～16萬(wàn) m3濕陷性黃土的處理和右壩肩30萬(wàn) m3滑坡堆積體的翻碾，壩基覆蓋層以下巖體透水性強(qiáng)，需要進(jìn)行防滲處理的透水性巖體(q>5 Lu)厚度大于15 m。

(4)通過(guò)上、下壩線工程地質(zhì)條件綜合比較，下壩線庫(kù)容大，工程地質(zhì)條件稍優(yōu)上壩線。

[1]任夢(mèng)寧.延安供水工程紅莊水庫(kù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].咸陽(yáng)：陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院.2002.

[2]水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)(DL5180-2003)[S].

[3]水利水電地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50487-2008)[S].中國(guó)計(jì)劃出版社.北京.2009.

[4]工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB50218-94)[S]. 中國(guó)計(jì)劃出版社.北京.1995.

[5]碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)[S].中國(guó)水利水電出版社.北京.2002.

P641.2

A

1004-1184(2016)06-0222-02

2016-10-14

任夢(mèng)寧(1966-)，男，陜西禮泉人，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)工作。