新疆多浪水庫壩址地質(zhì)條件分析與評價

馬越

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆庫爾勒841000）

新疆多浪水庫壩址地質(zhì)條件分析與評價

馬越

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆庫爾勒841000）

通過分析多浪水庫基本概況和庫區(qū)、壩址地質(zhì)條件，對水庫的險情和隱患工程地質(zhì)進行了評價，對水庫各段壩體、壩基土的工程地質(zhì)條件、物理力學(xué)性質(zhì)及滲漏情況進行分析，從而得出水庫水文地質(zhì)情況對壩體安全的影響，以供水庫除險加固參考。

多浪；水庫；壩址；水文；地質(zhì)；分析

1 概況

多浪水庫位于阿克蘇河流域下游的塔北灌區(qū)，水庫始建于1965年，先后經(jīng)過三次擴容增建，使得水庫蓄水位達1036.0 m，庫容達到1.2億m3。經(jīng)過幾十年運行，水庫壩體多處有裂隙分布，壩面高低不平，壩體不規(guī)整，水庫存在壩體不穩(wěn)定問題，這就需要對影響水庫安全的地質(zhì)問題進行分析評價，以確定水庫病險的原因。

2 庫區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

多浪水庫地貌上屬天山南麓的山前洪、沖積平原尾部與阿克蘇河、塔里木河的沖積平原交匯地帶，由第四系全新統(tǒng)松散堆積物組成。庫區(qū)地貌大體可分為南部沙丘區(qū)及南北河間洼地區(qū)。因受灌排水、上游回歸水與水庫浸潤的影響，該區(qū)地下水位普遍較高，部分地帶水庫壩后已呈鹽沼化或沼澤化，長年積水。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造及地震

多浪水庫處在塔里木地臺西北緣，阿瓦提凹陷南部，其地表主要為深厚的第四系地層覆蓋，山前區(qū)域性大斷裂及東西向、北東向斷裂均距工程區(qū)較遠（140 km以外），工程區(qū)無區(qū)域性活動斷裂，庫壩區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。地震基本烈度為6度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

2.3 水文地質(zhì)條件

多浪水庫庫區(qū)地下水屬孔隙潛水，含水層以粉土質(zhì)砂、含細粒土砂為主，厚度50m以上，滲透系數(shù)K=2.49×10-3~5.23×10-4cm/s，富水性中等，滲透條件較差。地下水埋深一般在地表以下1.0 m左右，局部埋深0.5 m，變副±0.8 m。多浪水庫地下水礦化度一般在4.22 g/L~15.99 g/L。根據(jù)庫區(qū)地下水及水庫庫水水質(zhì)簡分析，環(huán)境水水化學(xué)類型為CL·SO4—Na·Ca型，為弱堿性咸水-鹽水，對混凝土結(jié)構(gòu)有硫酸鹽型強腐蝕作用，對鋼結(jié)構(gòu)有中等腐蝕作用。

3 壩址工程地質(zhì)條件

3.1 主壩址工程地質(zhì)條件

0+000~14+780 m段：該段為主壩段，壩體為均質(zhì)土壩。該段地層分三層，地層巖性描述如下：

第一層筑壩填土：厚1.5 m~6.5 m,壩體填筑材料物質(zhì)成分以低液限粉土為主。天然密度：1.89 g/cm3~1.96 g/cm3，滲透系數(shù)：5.07×10-5cm/s~9.02×10-5cm/s，為弱透水層。

第二層為壩基地層，表層覆蓋低液限粉土層，層厚1.0m~3.0m左右，堆積松散，局部夾粉土質(zhì)砂、低液限粘土夾層。天然密度：1.85g/cm3，滲透系數(shù)：3.78×10-5cm/s。

第三層壩基下層以粉土質(zhì)砂為主，含細粒土砂、級配不良砂次之，局部夾0.5 m厚的低液限粉土、低液限粘土夾層。粉土質(zhì)砂層厚大于50.0 m，天然密度：1.86 g/cm3，滲透系數(shù)：5.07× 10-4cm/s。

3.2 副壩工程地質(zhì)條件

0+000~5+533 m段：壩基地層以全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）為主，地層巖性描述如下：

第一層筑壩填土：層厚1.5 m~2.5 m，成分以低液限粉土為主。天然密度：1.79 g/cm3~1.86 g/cm3，滲透系數(shù)：7.39× 10-5~1.38×10-4cm/s。

第二層壩基表層覆蓋低液限粉土層，不連續(xù)分布，層厚1.0 m~2.0 m。天然密度：1.85 g/cm3，滲透系數(shù)：4.76×10-5cm/s。

第三層壩基下層以粉土質(zhì)砂為主，含細粒土砂、級配不良砂次之，局部夾0.5 m厚的低液限粉土、低液限粘土夾層。粉土質(zhì)砂層厚大于50.0 m，天然密度：1.83 g/cm3，滲透系數(shù)：7.65× 10-4cm/s。

4 水庫的險情和隱患工程地質(zhì)評價

4.1 壩體結(jié)構(gòu)及壩體土的物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場測試和取樣分析結(jié)果，主、副壩填筑材料以低液限粉土為主，局部為粉質(zhì)粘土層及含粉土質(zhì)砂層。根據(jù)試驗結(jié)果，壩體土的最大干密度平均值為Pdmax=1.65 g/cm3，本工程取壓實系數(shù)標準值為0.98，求得水庫大壩設(shè)計干密度為1.61 g/cm3。主壩體實測干密度按1.61 g/cm3~1.65 g/cm3計算，其壓實系數(shù)符合壩體的填筑密實度要求。副壩體實測干密度按1.41 g/cm3~1.53 g/cm3計算，其壓實系數(shù)為0.92，小于現(xiàn)行規(guī)范標準0.98，達不到現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計及施工標準，壩體的填筑密實度較差。

4.2 壩體凍脹性評價

多浪水庫最大凍土深度80 cm，壩體填筑低液限粉土，屬季節(jié)性凍土。由顆粒分析試驗資料可知，壩體土粒小于0.075 mm顆粒含量65.3%～83.9%，天然含水量：17.3%～29.2%，根據(jù)規(guī)范，在季節(jié)凍融層內(nèi)，土粒小于0.075 mm的土粒含量按重量大于總土重的10%的為季節(jié)性凍土，因此，壩體填低液限粘土屬凍脹性土，凍脹類別為弱凍脹—凍脹，建議采取防凍脹措施。

4.3 壩體、壩基滲透穩(wěn)定分析

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，壩體、壩基低液限粉土不均勻系數(shù)小于5，宜發(fā)生流土破壞。流土臨界水力比降采用：Jcr=(Gs-1)(1-n)計算，過渡型臨界水力比降采用：Jcr=2.2 (Gs-1)(1-n)2d5/d20計算，安全系數(shù)取值為2。根據(jù)上述公式計算允許水利比降（參數(shù)選定剔除部分異常值）如表1所示。通過計算，主、副壩壩體、壩基低液限粉土、粉土質(zhì)砂滲流破壞形式以流土為主。建議水工設(shè)計進行壩體橫斷面設(shè)計時考慮允許比降查表值。

表1 允許水利比降計算表

4.4 壩基工程地質(zhì)評價

4.4.1 壩基滲漏分析

多浪水庫庫盤及周邊地層為全新統(tǒng)沖洪積層，地層巖性表層主要為低液限粉土、粉土質(zhì)砂層，夾低液限粘土層、含細粒土砂層，覆蓋厚度50 m以上，低液限粉土、粉土質(zhì)砂層滲透系數(shù)K=3.78×10-5~8.38×10-4cm/s，屬于中-弱透水層，壩體為均質(zhì)土壩。區(qū)域地下水埋深一般在1.0 m左右，地下水流向基本為西北向東南與地面坡降基本一致。在這樣的水文地質(zhì)條件下，水庫滲漏受區(qū)域地下水頂托作用，不可能形成大的深層垂直強滲漏通道，故庫區(qū)滲漏以地下水水平運動為主，即壩基滲漏。在建設(shè)時，由于壩基表層低液限粉土、低液限粘土層，水平不連續(xù)分布，主壩采用0.18 mm厚的水平塑膜鋪蓋防滲，其抗老化、抗穿孔能力較差，未起到防滲效果。水庫副壩壩基原設(shè)計沒有采用紡滲措施。壩基基本以粉土質(zhì)砂、含細粒土砂為主，造成水庫壩基滲漏較嚴重。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，水庫主壩、副壩壩基透水層主要為粉土質(zhì)砂層，滲透系數(shù)：主壩采用5.00×10-4cm/s（0.44 m/d），副壩采用8.00×10-4cm/s（0.66 m/d）。壩基滲漏量根據(jù)兩個典型橫斷面（見圖1）主壩3+000、副壩2+000和全年水庫平均蓄水位（1036.5 m）來計算。計算采用均質(zhì)壩基滲流計算公式計算：

式中：Q為滲漏段滲流量（m3/d）；K為壩基土滲透系數(shù)（m/d）；B為滲漏段長度（m）；H1為上游水位（m）；H2為下游水位（m）；m1為上游坡坡率；T為透水層厚度（m）。

經(jīng)計算，主壩壩基滲漏為14980 m3/d，副壩壩基滲漏為4093 m3/d，水庫壩基滲漏較嚴重。

4.4.2 壩基凍脹性評價

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》可知，水庫最大凍土深度80 cm，壩基以低液限粉土為主，壩體為均質(zhì)土壩，主要為低液限粉土，屬季節(jié)性凍土。根據(jù)規(guī)范，在季節(jié)凍融層內(nèi)，土粒小于0.075 mm的土粒含量按重量大于總土重的10%的為季節(jié)性凍土，因此，壩基土、壩體填土均屬凍脹性土，凍脹類別為弱凍脹—凍脹，建議采取防凍脹措施。

4.4.3 壩基承載力評價

多浪水庫主、副壩壩基表層巖土主要為低液限粉土層，低液限粉土層厚一般在1.0 m~2.0 m。低液限粉土層標準貫入擊數(shù)：4擊~8擊，平均值：N=6.6擊，地基承載力特征值fak=90 kPa；2.0 m~4.0 m以下粉土質(zhì)砂層標準貫入擊數(shù)：6擊~12擊，平均值：N=6.7擊，地基承載力特征值fak=120 kPa；5.0 m~7.0 m以下粉土質(zhì)砂層標準貫入擊數(shù)：8擊~14擊，平均值：N=8.4擊，地基承載力特征值fak=140 kPa；5.0 m~7.0 m以下粉土質(zhì)砂層標準貫入擊數(shù)：8擊~18擊，平均值：N=9.8擊，地基承載力特征值fak=160 kPa。

4.4.4 土的腐蝕性評價根據(jù)《巖土工程勘查規(guī)范》及土樣化學(xué)分析成果表，水工建筑物處于干濕交替的情況下，水庫地基土對混凝土結(jié)構(gòu)有強腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有中等腐蝕性。

5 結(jié)論

經(jīng)過對多浪水庫地質(zhì)分析評，得出以下結(jié)論：

（1）多浪水庫處在塔里木地臺西北緣，阿瓦提凹陷南部，其地表主要為深厚的第四系地層覆蓋，水庫區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。根據(jù)2001年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的1/400萬《地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），閘址區(qū)地震動峰值加速度值為0.05 g，地震基本烈度為6度，設(shè)計地震分組為第三組，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。場地土為中軟場地土，場地類別為Ⅲ類場地。

（2）水庫主壩基滲漏較少，原壩T線基滲漏較大。

（3）水庫壩基地層巖性主要為低液限粉土、粉土質(zhì)砂，壩體由低液限粉土和粉土質(zhì)砂組成。水庫壩體、壩基滲透破壞形式主要為流土，局部為過渡型，建議允許比降見表1，對擋水建筑物基礎(chǔ)及壩體橫斷面進行設(shè)計時應(yīng)充分考慮上述參數(shù)。

（4）測區(qū)地下水為孔隙潛水，含水層為含細粒土砂和粉土質(zhì)砂。地下水水位明顯受庫水位的影響，呈明顯的水文型動態(tài)，年內(nèi)地下水位變幅±0.8 m?？辈炱陂g為中水位期，地下水位埋深一般在1.0 m左右。可不考慮飽和含細粒土砂液化對建筑物的影響。

（5）庫區(qū)地下水為弱堿性咸水-鹽水，對混凝土結(jié)構(gòu)有硫酸鹽型強腐蝕作用；對混凝土結(jié)構(gòu)無重碳酸型腐蝕作用；對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有強腐蝕作用；對鋼結(jié)構(gòu)有中等腐蝕作用。

（6）水庫壩基持力層主要為低液限粉土層，0 m~4.0 m地基承載力特征值fak=90 kPa。4.0 m~20.0 m粉土質(zhì)砂承載力特征值fak=130~150 kPa。水庫壩基土層為不液化土。

（7）水庫壩基、壩體填土均屬凍脹性土，凍脹類別為弱凍脹-凍脹，建議采取防凍脹措施。

TV221.1

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1673-9000（2017）03-0074-02

2016-12-28

馬越（1987-），男，新疆和碩人，助理工程師，主要從事水文相關(guān)工作。