門(mén)頭峪水庫(kù)壩基滲漏與滲透變形分析評(píng)價(jià)

賈曉華

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

門(mén)頭峪水庫(kù)壩基滲漏與滲透變形分析評(píng)價(jià)

賈曉華

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

門(mén)頭峪水庫(kù)大壩壩體位于天然河床上，兩邊為混凝土重力壩，中間為攔河閘。壩基地層上部為第四系全新統(tǒng)卵石混合土，下部及兩岸為基巖。壩基為卵石混合土層，具強(qiáng)透水性，存在滲漏及滲透變形問(wèn)題。采用多種方法對(duì)卵石混合土層滲透變形穩(wěn)定及滲漏進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的防治措施，有效解決了壩基滲漏及滲透變形、不均勻變形等問(wèn)題。

滲透；粗粒土；滲透穩(wěn)定；滲漏；門(mén)頭峪水庫(kù)

1 概況

門(mén)頭峪水庫(kù)位于靈丘縣東南沙澗村唐河入山口處，設(shè)計(jì)壩型為閘壩，河床兩邊為混凝土重力壩，長(zhǎng)約8～14m。中間為攔河閘，為開(kāi)敞式平底寬頂堰，全長(zhǎng)63m，共5孔。閘壩高14.4m，正常蓄水位876.5m，壩頂高程880.9m，總庫(kù)容410萬(wàn)m3，屬?。ㄒ唬┬退畮?kù)。

門(mén)頭峪水庫(kù)庫(kù)區(qū)壩址河床河谷形狀為“U”型，左右岸天然坡度40°～60°，基巖裸露，右岸緊鄰S(chǎng)201省道。壩址上游河床平坦，壩址處河床縮窄，寬度約41m。壩址地層上部為第四系全新統(tǒng)卵石混合土層，卵礫石主要成分為灰?guī)r、變質(zhì)巖，多呈次圓狀，據(jù)野外顆分試驗(yàn)資料，卵石混合土層卵石含量 23.95%～29.82%，平均值26.8%，礫石含量37.57%～42.01%，平均值39.3%，砂粒含量26.29%～34.76%，平均值31.1%，粉黏粒含量1.88%～3.72%，平均值2.69%，不均勻系數(shù)106.54～118.18，曲率系數(shù)0.35～0.67，限制粒徑20.6～40.2mm，平均值29.0mm，中間粒徑1.2～3.1mm，平均值1.9mm，有效粒徑0.19～0.36mm，平均值0.26mm。卵石混合土層經(jīng)鉆桿桿長(zhǎng)修正后的錐貫擊數(shù)為7.6～42擊，密實(shí)度稍密—密實(shí)。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)，卵石混合土層滲透系數(shù)35.4m/d，為強(qiáng)透水層。全新統(tǒng)卵石混合土層存在滲漏和滲透變形問(wèn)題。

該層在現(xiàn)河床處形成“V”形深槽，最厚13.0m。下部及兩岸為奧陶系下統(tǒng)亮甲山組第三巖組青灰色、灰黑色中厚層灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，多為中硬巖?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚2.2～4.5m，滲透系數(shù)0.6～8.7m/d，大值平均值為6.9m/d，多具中等透水性。基巖弱風(fēng)化層透水率4.8～16.2Lu，平均值為9.4Lu，具弱—中等透水性。

2 壩基滲漏計(jì)算

壩址卵石混合土層滲透系數(shù)為35.4m/d，具強(qiáng)透水性，厚度0～30m，平均厚度7.0m。下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖滲透系數(shù)6.9m/d，平均厚度3.0m，弱風(fēng)化基巖多具弱透水性。假定弱風(fēng)化基巖為相對(duì)隔水層，卵石混合土層和強(qiáng)風(fēng)化基巖為滲漏層，在壩基處庫(kù)水滲漏特征以水平運(yùn)動(dòng)為主，滲漏層平均滲透系數(shù)應(yīng)以卵石混合土層及強(qiáng)風(fēng)化基巖滲透系數(shù)的厚度加權(quán)平均值計(jì)算，計(jì)算得26.9m/d。采用單一含水層壩基滲漏公式進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，在正常蓄水位876.5m時(shí)，壩基滲漏量為2531.7m3/d。

3 卵石混合土層滲透變形分析

滲透變形分析是在滲透變形類(lèi)型判定的基礎(chǔ)上，依據(jù)公式計(jì)算得出臨界水力比降，繼而得出允許水力比降。計(jì)算卵石混合土層實(shí)際水力比降，對(duì)比允許水力比降，分析評(píng)價(jià)滲透變形穩(wěn)定性并采取相應(yīng)的防治措施。

3.1 滲透變形類(lèi)型判定

3.1.1 級(jí)配曲線(xiàn)形態(tài)確定法

一般認(rèn)為，顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)形態(tài)為“瀑布式”，滲透變形類(lèi)型為管涌；顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)形態(tài)為“直線(xiàn)式”，滲透變形類(lèi)型為流土；顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)形態(tài)為“階梯式”，滲透變形類(lèi)型多為管涌，有時(shí)為流土。從級(jí)配累積曲線(xiàn)形態(tài)看，滲透變形類(lèi)型判定為管涌。

3.1.2 依據(jù)規(guī)范判定法

卵石混合土層粉黏粒含量1.88%～3.72%，為無(wú)黏性土，不均勻系數(shù)為106.54～118.18，均大于5。據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，不均勻系數(shù)大于5的無(wú)黏性土采用細(xì)顆粒含量（P）進(jìn)行判別，當(dāng)P≥35%時(shí)，滲透破壞類(lèi)型為流土；當(dāng)25%≤P＜35%時(shí)，滲透破壞類(lèi)型為過(guò)渡型；當(dāng)P＜25%時(shí)，滲透破壞類(lèi)型為管涌，其中細(xì)顆粒含量根據(jù)顆粒級(jí)配大小分布曲線(xiàn)來(lái)確定。對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的土，顆粒大小分布曲線(xiàn)上至少有一個(gè)以上粒組的顆粒含量不大于3%，以上述粒組在顆粒大小分布曲線(xiàn)上形成平緩段的最大粒徑和最小粒徑的平均值或最小粒徑作為粗細(xì)顆粒的區(qū)分粒徑，相應(yīng)于該粒徑的顆粒含量為細(xì)顆粒含量。

從卵石混合土顆粒級(jí)配分布曲線(xiàn)圖可以看出，粒徑0.4～0.8mm之間的含量不大于3%，粗細(xì)顆粒區(qū)分粒徑取0.6mm或0.4mm，從顆粒級(jí)配分布累積曲線(xiàn)查得P=13%或17%，均小于25%，滲透類(lèi)型為管涌。

3.1.3 不均勻系數(shù)判別法

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》，壩體下游無(wú)蓋層的條件下，卵石混合土層滲透變形破壞類(lèi)型與土的不均勻系數(shù)有關(guān)。當(dāng)不均勻系數(shù)Cu＜10時(shí)，滲透變形破壞類(lèi)型為流土；當(dāng)10＜Cu≤20時(shí)，可能產(chǎn)生流土破壞或管涌破壞；當(dāng)Cu＞20時(shí)，滲透變形破壞類(lèi)型為管涌。

據(jù)壩基卵石混合土層大型篩分試驗(yàn)資料，卵石混合土層不均勻系數(shù)在106.54～118.18之間，均大于20，判定卵石混合土層滲透變形類(lèi)型為管涌。

綜上幾種方法判定，該壩基卵石混合土滲透變形破壞類(lèi)型為管涌。

3.2 臨界水力比降確定

卵石混合土層管涌的臨界水力比降采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中管涌型或過(guò)渡型計(jì)算公式計(jì)算，卵石混合土層臨界水力比降為0.20。采用管涌型計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，壩基卵石混合土層臨界水力比降為0.15。結(jié)合工程實(shí)際，壩基卵石混合土層臨界水力比降按上述計(jì)算值的平均值取0.17。

3.3 允許水力比降確定

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，卵石混合土宜以土的臨界水力比降除以1.5～2.0的安全系數(shù)后作為土的允許水力比降，當(dāng)滲透穩(wěn)定對(duì)水工建筑物危害較大時(shí)，安全系數(shù)取2。本工程卵石混合土滲透穩(wěn)定將直接影響壩體穩(wěn)定，故安全系數(shù)取2，計(jì)算得卵石混合土允許水力比降為0.09。

4 天然壩基滲透變形可能性判別

據(jù)壩基地質(zhì)剖面計(jì)算天然壩基滲透段水力坡降的大小。壩基主要滲漏及滲透變形破壞層為單一卵石混合土層，滲透系數(shù)以鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，取35.4m/d，屬?gòu)?qiáng)透水帶。壩基下水平滲流段平均水力坡度根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，天然壩基下卵石混合層水平滲流段的平均水力比降為0.36，大于壩基允許水力比降，有可能產(chǎn)生滲透變形破壞，需進(jìn)行處理。

5 防治措施

壩基為卵石混合土層，具強(qiáng)透水性，存在滲漏及滲透變形問(wèn)題。卵石混合土層分布不均勻，且較厚，存在變形問(wèn)題。擬建的閘壩弧形閘門(mén)對(duì)變形比較敏感，建議對(duì)整段位于卵石混合土上的閘室底板基礎(chǔ)選用高壓旋噴灌漿進(jìn)行處理，高壓旋噴樁深入基巖1.0m；對(duì)閘室底板部分位于基巖、卵石混合土上且卵石混合土深度不大的閘室段，將卵石混合土挖除，回填混凝土。對(duì)未開(kāi)挖的強(qiáng)風(fēng)化基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。攔河閘底板防滲結(jié)合高壓旋噴灌漿，在閘室段底板上游側(cè)平行壩軸線(xiàn)方向設(shè)雙排旋噴防滲墻接下部基巖中的帷幕灌漿。通過(guò)上述措施，可解決壩基滲漏及滲透變形、不均勻變形等問(wèn)題。

TV697.3+2

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1004-7042（2016）01-0034-02

賈曉華（1982-），女，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專(zhuān)業(yè)，工程師。

2015-11-18；

2015-12-25