張峰水庫(kù)鄭莊—芹池末端蓄水池工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

趙 宇

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

張峰水庫(kù)位于山西省晉城市沁水縣張峰村沁河干流上，距晉城市城區(qū)90 km。水庫(kù)總庫(kù)容3.94億m3，是沁河干流上一座以城市生活和工業(yè)用水、農(nóng)村人畜飲水為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。一干渠始于總干分水口，經(jīng)沁水縣鄭莊、陽(yáng)城縣寺頭、中寨、演禮，至陽(yáng)城縣黍地洼村西南，全長(zhǎng)16.648 km，末端為調(diào)蓄水池。

1 蓄水池工程地質(zhì)條件

張峰水庫(kù)工程一干渠差莊—芹池末端蓄水池設(shè)計(jì)為半挖半填式，池底高程712.06 m，池頂（壩）高程722.06 m，長(zhǎng) 200 m，寬 150 m，正常蓄水位 721 m，容積 20 萬(wàn) m3。

1.1 地形地貌

蓄水池位于陽(yáng)城縣芹池鎮(zhèn)劉東村東北、蘆葦河右岸，地貌屬沁河流域侵蝕中低山區(qū)的山間黃土臺(tái)地。蘆葦河右岸支流性黃土沖溝發(fā)育，均為干溝，僅雨季有洪水。大旦溝及西溝分布在蓄水池東西兩側(cè)，蓄水池處于梯田狀土梁上，北高南低，現(xiàn)多為耕地，地面高程 705～728 m。

1.2 地層巖性及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

蓄水池涉及的地層為第四系松散堆積物，主要有第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3pl）和第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）。第四系上更新統(tǒng)洪積地層巖性為低液限黏土，局部為低液限粉土，褐黃色，松散，稍濕，表層有植物根系，局部含碎石，分布于表層，厚0～3.2 m。天然含水率14.3%～22.4%，平均值17.9%，天然密度1.42～1.92 g/cm3，平均值 1.64 g/cm3，干密度 1.21～1.62 g/cm3，平均值 1.39 g/cm3，天然壓縮系數(shù) 0.14～1.49 MPa-1，平均值 0.45 MPa-1，飽和狀態(tài)壓縮系數(shù) 0.36～1.08 MPa-1，平均值0.72 MPa-1，屬中等—高壓縮性，自重濕陷性系數(shù) 0.002～0.099，濕陷系數(shù) 0.008～0.108，具濕陷性。其標(biāo)準(zhǔn)貫入錘入數(shù)7～9擊，平均值7.5擊。第四系中更新統(tǒng)洪積地層巖性為低液限黏土，淺紅色，較密實(shí)，稍濕，局部含鈣質(zhì)結(jié)核層。在蓄水池附近廣泛分布，厚度大于20 m。天然含水率15.6%～26.7%，平均值20.5%，天然密度 1.63～2.04 g/cm3，平均值 1.88 g/cm3，干密度1.34～1.76 g/cm3，平均值 1.57 g/cm3，天然狀態(tài)壓縮系數(shù) 0.04～0.34 MPa-1，平均值 0.13 MPa-1，具低—中等壓縮性，飽和狀態(tài)壓縮系數(shù)0.07～0.38 MPa-1，平均值0.16 MPa-1，具低—中等壓縮性，自重濕陷系數(shù)0.001～0.019，濕陷系數(shù)0.00～0.019，僅局部土層具濕陷性。其標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)6～25擊，平均值15.3擊。

1.3 地下水

水池工程區(qū)地下水類型為碎屑巖類裂隙水，主要接受北部山體側(cè)向補(bǔ)給及大氣降水入滲補(bǔ)給，總體由北向南徑流，地下水位埋深大于50 m，對(duì)工程無(wú)直接影響。

2 蓄水池工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

蓄水池主要存在滲漏、邊坡穩(wěn)定、黃土濕陷等工程地質(zhì)問題。

2.1 蓄水池滲漏

蓄水池開挖后，池區(qū)地層主要有Q3pl低液限黏土，局部為低液限粉土及Q2pl低液限黏土，厚度大于20 m。因Q3pl低液限黏土（粉土）分布于表層，局部已開挖，厚度僅0～2.5 m，且分布面積不大，蓄水池蓄水后水頭較小，滲透系數(shù)與Q2pl低液限黏土層較為接近，故按Q2pl低液限黏土計(jì)算滲漏量。

Q2pl低液限黏土垂直滲透系數(shù)為5.90×10-6～6.21×10-4cm/s，平均值1.45×10-4cm/s，大值平均值5.04×10-4cm/s，水平滲透系數(shù) 3.30×10-6～7.06×10-4cm/s，平均值 1.71×10-4cm/s，大值平均值 7.06×10-4cm/s，屬弱—中等透水層。

由于池區(qū)地層具有一定的透水性，區(qū)內(nèi)地下水位埋藏較深，蓄水池存在向池周及池底的永久滲漏問題。蓄水池的滲漏量分池壁和池底兩部分估算。據(jù)蓄水池區(qū)地層分布情況，取Q2pl低液限黏土層作為防滲層，綜合考慮蓄水池區(qū)地形地質(zhì)條件，池底及池壁均取10 m厚的天然狀態(tài)土層作為防滲層。滲透系數(shù)取Q2pl低液限黏土層室內(nèi)試驗(yàn)大值平均值，垂直方向取5.04×10-4cm/s，即 0.45 m/d，水平方向取 1.71×10-4cm/s，即0.62 m/d。

蓄水池池底長(zhǎng)約130 m，寬約80 m，池底滲漏面積10 400 m2，池壁按1∶3的邊坡設(shè)計(jì)，池壁外邊長(zhǎng)度620 m，內(nèi)邊長(zhǎng)度376 m，平均498 m。蓄水池正常蓄水位721.0 m，水深8.4 m，水池壁滲漏面積4 183.2 m2，則池底水頭為8.4 m，池壁水頭平均按4.2 m考慮。

據(jù)達(dá)西定律計(jì)算得，池底滲漏量為3 931.2 m3/d；池壁滲漏量為1 089.3 m3/d；蓄水池總滲漏量為5 020.5 m3/d。建議對(duì)蓄水池進(jìn)行全面防滲，可考慮鋪土工布。

2.2 蓄水池岸坡穩(wěn)定

蓄水池池址范圍內(nèi)無(wú)滑坡及潛在不穩(wěn)定岸坡存在，天然狀態(tài)下無(wú)水流影響時(shí)岸坡穩(wěn)定。池岸地層巖性為低液限黏土，屬土質(zhì)岸坡，抗水沖蝕能力弱，在池水作用下易產(chǎn)生坍岸問題，建議進(jìn)行護(hù)坡處理。建議池周壩頂高程以上岸坡坡度按1∶2.5考慮，頂高程以下岸坡坡度按1∶3.0考慮，并應(yīng)采取護(hù)坡及防水措施，防止雨水浸蝕沖刷。壩頂高程以下、死水位以上岸坡需重點(diǎn)防護(hù)，避免水浪淘蝕。

2.3 蓄水池黃土濕陷性

2.3.1 濕陷性評(píng)價(jià)方法

場(chǎng)地范圍內(nèi)共選取7個(gè)豎井?、窦?jí)原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)濕陷性試驗(yàn)。濕陷性判別根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄T及《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》進(jìn)行判別。

初判：工程區(qū)土層由中更新統(tǒng)（Q2）、上更新統(tǒng)（Q3）土層組成，其中，上更新統(tǒng)洪積低液限黏土宜判為強(qiáng)濕陷性或中等濕陷性，中更新統(tǒng)（Q2）上部宜判為輕微濕陷性。

復(fù)判：根據(jù)試驗(yàn)資料，當(dāng)濕陷系數(shù)不小于0.015時(shí)，土層應(yīng)定為濕陷性土。定量復(fù)判包括土的濕陷性質(zhì)、場(chǎng)地的濕陷類型、地基的濕陷量和濕陷等級(jí)判別。計(jì)算自重濕陷量的累計(jì)，現(xiàn)狀場(chǎng)地評(píng)價(jià)自天然地面算起，至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，由于本工程挖填方厚度較大，故開挖后場(chǎng)地評(píng)價(jià)自設(shè)計(jì)地面算起，至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，其中自重濕陷系數(shù)小于0.015的土層不累計(jì)?？倽裣萘吭趯?duì)地基進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)自基礎(chǔ)底面算起，在非自重濕陷黃土場(chǎng)地，累計(jì)至基底下10 m（或地基壓縮層）深度止；在自重濕陷黃土場(chǎng)地，累計(jì)至非濕陷黃土層頂面止。地基濕陷等級(jí)應(yīng)根據(jù)各土層累計(jì)的總濕陷量和自重濕陷量的大小等因素判定。

2.3.2 濕陷性判別結(jié)果

由室內(nèi)濕陷性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及濕陷性計(jì)算可知，場(chǎng)地內(nèi)Q3pl低液限黏土層多具濕陷性，Q2pl低液限黏土僅局部點(diǎn)位具濕陷性。在200 kPa壓力下濕陷厚度0～3 m。場(chǎng)地為非自重—自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)Ⅰ（輕微）—Ⅱ（中等）級(jí)。

參照末端蓄水池工程地質(zhì)剖面圖可知，蓄水池池底均為非濕陷性Q2pl低液限黏土。蓄水池開挖后，蓄水池壁東南、東北、西南壁頂部0～3 m范圍及壩軸線處具有濕陷性的Q3pl低液限黏土，建議場(chǎng)地按非自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)按Ⅱ級(jí)考慮，并清除表層具有濕陷性的Q3pl低液限黏土。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，末端調(diào)蓄水池為半挖半填式，池基及壩基為Q2pl低液限黏土，主要存在滲漏、岸坡穩(wěn)定、黃土濕陷等地質(zhì)問題，壩基存在滲透變形、不均勻變形、黃土濕陷等地質(zhì)問題，建議及時(shí)對(duì)其處理。