景林珍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

申家莊水庫(kù)位于山西省汾西縣永安鎮(zhèn)店頭村西約1.4 km的沖溝內(nèi)，屬團(tuán)柏河中段（關(guān)子爺河）支溝，水庫(kù)總庫(kù)容220萬(wàn)m3，擬建壩型為均質(zhì)土壩，壩頂相對(duì)高程42.0m，最大壩高42.0m，壩長(zhǎng)240 m。正常蓄水位相對(duì)高程41.0 m。

依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）、《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL55-2005）、《水利水電工程測(cè)繪規(guī)程》（SL299-2004）、《水利水電工程鉆探規(guī)程》（SL291-2003）等相關(guān)技術(shù)規(guī)程，進(jìn)行了大量野外勘察工作、原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)，初步查明了工程區(qū)的各類工程地質(zhì)問(wèn)題，本文就本工程庫(kù)區(qū)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

庫(kù)區(qū)地貌區(qū)劃屬晉中晉南斷陷堆積盆地區(qū)之韓候嶺拱隆侵蝕臺(tái)地區(qū)，地貌類型為梁峁?fàn)铧S土地貌。

庫(kù)區(qū)受多年長(zhǎng)期水流侵蝕切割，地形較復(fù)雜，溝谷發(fā)育，黃土梁與溝谷交錯(cuò)排列。在庫(kù)區(qū)800 m的范圍內(nèi)，兩岸發(fā)育9條沖溝，沖溝大小不一，多垂直于主溝發(fā)育，具典型黃土溝谷地貌特征。庫(kù)區(qū)溝底現(xiàn)修建淤積壩5條，淤積壩間多整平形成耕地。溝谷較寬闊平坦，溝底相對(duì)高程為6～31 m，庫(kù)區(qū)溝底寬50～100 m。兩岸自然邊坡30～70°，黃土梁頂相對(duì)高程66～146 m。庫(kù)區(qū)溝谷流向N80～85°W，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)大斷裂和不良地質(zhì)構(gòu)造。

1.2 地層巖性

庫(kù)區(qū)發(fā)育地層巖性主要為古生界奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）和新生界第四系地層。由老至新分述如下：

1）古生界

（1）奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f），庫(kù)區(qū)揭露巖性主要為峰峰組上段灰、深灰、青灰色厚層灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。分布于庫(kù)底下部。鉆孔最大揭露厚度 27.7 m。（2）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b），揭露巖性為灰白色、灰黃色、灰色砂質(zhì)頁(yè)巖及灰色、淺灰色黏土質(zhì)頁(yè)巖、鋁土頁(yè)巖等。分布于庫(kù)底下部近壩址區(qū)，鉆孔最大揭露厚度 12.7 m。（3）石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），揭露巖性為灰白色、黃色石英砂巖，主要為細(xì)砂巖，分選一般，顆粒均勻。分布于壩址右岸，厚度0～10.0 m。

2）新生界第四系

（1）中更新統(tǒng)洪積（Q2pl），巖性為褐紅色低液限黏土，夾4～5層鈣質(zhì)結(jié)核層，可塑-硬塑，垂直節(jié)理發(fā)育。分布于庫(kù)區(qū)兩岸山坡中下部及庫(kù)底下部?jī)砂冻雎逗穸?.0～15.0 m，庫(kù)區(qū)鉆孔揭露庫(kù)底厚度25.5～27.0 m，未揭穿。（2）上更新統(tǒng)坡洪積（Q3dpl），巖性為淡黃色低液限粉土、低液限黏土，呈可塑狀，土質(zhì)較均勻，局部夾少量鈣質(zhì)結(jié)核，垂直節(jié)理發(fā)育，其間常夾一層淺紅色古土壤層。廣泛分布于庫(kù)區(qū)兩岸山坡上部，厚5.0～15.0 m。（3）第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4pal），巖性為褐黃色、褐灰色低液限黏土，結(jié)構(gòu)松散，水平層理發(fā)育，多呈可塑狀態(tài)。主要分布于庫(kù)區(qū)內(nèi)河谷谷底，組成淤積地，厚3.0～10.0 m。（4）人工堆積物（Qs）：巖性為低液限粉土、低液限黏土及碎石混合土，分布于區(qū)內(nèi)黃土溝谷內(nèi)，多為人工修建淤地壩及填溝造地而成，厚0～3.0 m。

1.3 水文地質(zhì)

庫(kù)區(qū)內(nèi)地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水三種。

松散巖類孔隙水主要賦存于溝谷的低液限黏土中，滲透性弱，富水性差。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要接受大氣降水及溝谷兩岸側(cè)向補(bǔ)給，并向下游溝谷排泄。

碎屑巖類裂隙水多賦存于古生界石炭系砂巖、灰?guī)r中，而頁(yè)巖，泥巖為相對(duì)隔水層，一般水量較小。

碳酸鹽巖類巖溶裂隙水含水層主要為古生界奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r等，厚200～300 m。巖溶較發(fā)育，主要為溶蝕裂隙、溶孔等，地下水豐富，但富水程度不均勻，主要與巖溶發(fā)育程度的不均勻性有關(guān)。泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)條帶灰?guī)r為相對(duì)隔水層。區(qū)內(nèi)地下水水位埋深較大，一般為200～300 m。

1.4 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

庫(kù)區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為兩岸土質(zhì)邊坡坍塌。

2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.1 庫(kù)區(qū)滲漏

庫(kù)區(qū)兩岸山體較雄厚，正常蓄水位以下巖性多為第四系中更新統(tǒng)低液限黏土夾鈣質(zhì)結(jié)核層，且連續(xù)分布。庫(kù)區(qū)溝底地層巖性覆蓋層上部為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4pal）褐黃色、褐灰色低液限黏土，垂直滲透系數(shù)1.94×10-5～2.98×10-4cm/s，水平滲透系數(shù) 6.41×10-5cm/s，具弱-中等透水性，厚3.0～5.6 m，下部為中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）褐紅色低液限黏土，垂直滲透系數(shù)9.29×10-6～1.61×10-4cm/s，水平滲透系數(shù) 5.60×10-6～2.75×10-4cm/s，具中等-微透水性，厚度25.5～27.0 m。下伏基巖為奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）上段灰、深灰、青灰色厚層灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，根據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，其滲透系數(shù)為0.37～0.49 m/d，多具中等滲透性。庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)地下水位埋深大，鉆孔深度范圍內(nèi)未揭露。水庫(kù)蓄水后，兩岸及庫(kù)底低液限黏土厚度大，且多具弱透水性，庫(kù)水沿低液限黏土滲漏量小，對(duì)水庫(kù)蓄水影響較小。

2.2 庫(kù)岸穩(wěn)定

在水庫(kù)回水范圍內(nèi)，兩岸為土質(zhì)岸坡，自然邊坡30～70°。岸坡上部為上更新統(tǒng)坡洪積（Q3dpl）淡黃色低液限粉（黏）土，厚5～15 m，下部為中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）褐紅色低液限黏土夾鈣質(zhì)結(jié)核層，水庫(kù)蓄水后將會(huì)產(chǎn)生不同程度的坍岸。在庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)選取一條典型剖面進(jìn)行坍岸預(yù)測(cè)。

庫(kù)區(qū)內(nèi)土質(zhì)岸坡巖性以（Q2pl）低液限黏土為主，故近似按均質(zhì)岸坡考慮，坍岸帶寬度采用卡丘金法預(yù)測(cè)，計(jì)算公式如下：

式中：S——坍岸帶最終寬度，m；

N——與土的顆粒大小有關(guān)的系數(shù)；

A——庫(kù)水位變化幅度，m；

hp——波浪沖刷深度，m；

hB——波浪爬高，m；

H——正常蓄水位以上岸坡高度，m；

α——淺灘沖刷后水下穩(wěn)定坡角，（°）；

β——岸坡水上穩(wěn)定坡角，（°）；

γ——原始岸坡坡角，（°）。

參數(shù)選?。篘一般與岸坡巖性有關(guān)，對(duì)于低液限黏土，N取0.8，β取45°；波高按1 m取，hp一般相當(dāng)于1～2倍波高，hp取0 m，hB大體為 0.1～0.8 倍波高，hB取0.3 m，A是庫(kù)水位變化幅度，坍岸地段高于死水位。水下穩(wěn)定坡角α取值參考現(xiàn)狀曲亭水庫(kù)水下坡角數(shù)據(jù)，曲亭水庫(kù)庫(kù)區(qū)兩岸土質(zhì)岸坡為中更新統(tǒng)洪積低液限黏土，與本庫(kù)區(qū)兩岸土質(zhì)類似。根據(jù)曲亭水庫(kù)水下穩(wěn)定坡角調(diào)查。其左右岸水下穩(wěn)定坡角略有差異，左岸水下穩(wěn)定坡角11.0～19.6°，平均值 14.6°，右岸水下穩(wěn)定坡角 14.1～21.1°，平均值17.3°，總平均值15.8°。綜合考慮，本工程α取值15°參與計(jì)算。引用公式計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 代表性地質(zhì)剖面參數(shù)取值及最終預(yù)測(cè)坍岸寬度計(jì)算結(jié)果表

庫(kù)區(qū)左岸發(fā)育沖溝3條，右岸發(fā)育5條，沖溝范圍不計(jì)入坍岸長(zhǎng)度。水庫(kù)回水范圍內(nèi)，壩址區(qū)地面最底高程933 m，庫(kù)尾地面最底高程965 m，典型剖面處地面最底高程949 m，可作為平均斷面計(jì)算，坍岸量計(jì)算詳見(jiàn)表2。

表2 坍岸方量估算結(jié)果表（α=15°）

由表2可知，庫(kù)區(qū)最終坍岸總方量為109.0×104m3，其中水上坍岸方量為 67.6×104m3，水下坍岸方量為41.4×104m3。因岸坡坍塌量較大，對(duì)大壩安全造成威協(xié)，建議對(duì)庫(kù)區(qū)土質(zhì)岸坡坍岸線范圍內(nèi)的岸坡進(jìn)行削坡減載并做防護(hù)處理，庫(kù)水位以上坡角按25～30°考慮，庫(kù)水位以下按13～15°考慮。

2.3 淹沒(méi)與浸沒(méi)

現(xiàn)水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)有人造耕地及田間土路，水庫(kù)蓄水后，存在淹沒(méi)問(wèn)題。庫(kù)區(qū)溝谷無(wú)常流水，僅雨季有洪水。庫(kù)區(qū)溝底及兩岸地層多為相對(duì)隔水層，透水性弱，區(qū)內(nèi)地下水位埋深大。且?guī)靺^(qū)無(wú)村莊及企業(yè)等建筑物分布，可不考慮浸沒(méi)問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

因庫(kù)區(qū)溝底覆蓋層大部為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4pal）褐黃色、褐灰色低液限黏土及中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）褐紅色低液限黏土，屬中等—微透水層，起到很好防滲效果，不需進(jìn)行處理，而對(duì)于基巖裸露區(qū)建議做鋪蓋以達(dá)到防滲效果。對(duì)于庫(kù)岸穩(wěn)定的塌岸現(xiàn)象，建議采用：1）削坡減載，用以降低坡高或放緩坡角來(lái)改善岸坡的穩(wěn)定性。削坡設(shè)計(jì)應(yīng)盡量消減不穩(wěn)定土體的高度，而阻滑部分巖土體不應(yīng)削除。2）人工加固，如修筑擋土墻、護(hù)墻等支擋不穩(wěn)定體。