水庫壩基常見工程地質問題及對策分析

溫發(fā)甫

摘要：本文以那榔水庫大壩地質為例，通過分析水庫壩基的工程地質問題，包括壩基穩(wěn)定、壩基滲漏、壩后浸沒和筑壩材料，并提出相應的解決方案，希望可以為相關單位提供參考借鑒，推動我國水庫建造行業(yè)的健康發(fā)展。

關鍵詞：山地水庫；壩基；工程地質；對策

山區(qū)水庫的修建選址通常選擇在峽口地帶，地質較為穩(wěn)定可靠，盡可能減少工程量，又便于就地取材，同時減少投資 ，以盡可能的實現(xiàn)水利工程效益最大化，部分選址為河谷、丘陵地帶，壩基地層主要以洪積砂、樂石夾黏土及全風化砂泥巖碎碎石基層為主，其主要構成部分包括有沙壤土、裂隙粘土和粉細砂，整體結構強度較低，較為松散，滲透性較強，易壓縮變形等。其主要的工程地質問題有壩基穩(wěn)定、壩基滲漏、壩后浸沒和筑壩材料等。

那榔水庫基本地質情況

1、壩軸線位于那榔河山谷出口處上游約200m處，壩址河谷為“U”型谷，河道順直。谷底寬約30m，壩軸線方位N85°W，正常蓄水位高程處谷寬128.0m。兩岸地形基本對稱，坡度25°～35°，地形條件滿足建壩要求。

2、壩址基礎巖性為T2b2中～厚層狀細粒巖屑砂巖夾泥巖；兩岸岸坡基巖零星出露，大部分為第四系松散層覆蓋。左岸厚5～7m，右岸厚度4～5m；河床部位為第四系沖、洪積砂、卵礫石及砂質粘土，厚5.0m。

3、 壩址區(qū)巖層走向北西，傾向南西，傾角35°～47°，發(fā)育有北西及南西走向兩組節(jié)理。

4、 根據(jù)鉆孔揭示，兩岸地下水埋深13-28m，表層風化裂隙發(fā)育，河床20m、兩岸22m以內單位透水率多為5～74.4Lu，屬弱～中等透水，以下單位透水率小于5Lu，屬弱～微透水。

壩址所在河谷較狹窄，兩岸覆蓋層較厚，基巖零星出露，鑒于兩壩肩基巖全、強風化帶較厚，巖質軟弱，巖體強度較低，作為土石壩基礎相對適宜，擬研究的壩型為粘土心墻堆石壩及面板堆石壩。

3.4.3.2、粘土心墻堆石壩方案工程地質條件

壩頂高程1312.63m，水庫正常蓄水位1308.94m，最大壩高49.80m，壩軸線長140.0m。

1、壩基工程地質條件

（1）岸坡穩(wěn)定性

左岸為順向坡，岸坡地形坡度25-30°，上覆第四系殘、坡積含碎石粘土，一般垂厚3-7m，下伏基巖為T2b2中～厚層狀細粒巖屑砂巖夾泥巖；淺部全～強風化，強風化下限埋深13.9～15.0m。強度較低，巖體為碎裂結構。下部基巖弱風化，層間無泥化夾層，邊坡開挖時易產(chǎn)生局部順層滑動，岸坡穩(wěn)定性差。

壩址右岸為逆層坡，地形坡度30°～35°，表層為含碎石粘土覆蓋，一般垂厚3～5m，結構松散。下伏基巖為T2b2中～厚層狀細粒巖屑砂巖夾泥巖；淺部全～強風化，強風化下限埋深7～12m。強度較低，巖體為碎裂結構，下部基巖弱風化，層間無軟弱夾層，基本穩(wěn)定。

（2）、壩基強度及壓縮變形

兩岸第四系殘、坡積含碎石粘土較厚，河床內為厚5.0米左右的第四系沖、洪積砂、礫石夾粘土及全風化砂泥巖碎礫，結構松散，強度低，易壓縮變形及不均勻沉陷，需清除。兩岸上部山坡強風化巖體完整性較差，可作為堆石心墻堆石體壩基持力層。心墻基礎需清除表層第四系松散堆積體及全、強風化巖體，基礎置于弱風化巖體上部。

（3）、壩基抗滑穩(wěn)定性

壩基內第四系殘、坡積及沖、洪積層兩岸上部山坡全風化巖體抗剪強度較低，不能滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求，壩基基巖T2b2弱風化中～厚層狀細粒巖屑砂巖夾泥巖為層狀結構，巖層走向與壩軸線斜交，結構面組合不利于滑動，壩基抗滑穩(wěn)定性好。

（4）、壩基滲漏及繞壩滲漏

正常蓄水位以下弱～中等透水帶厚度小于22m，單位透水率q一般為5-74.4u，存在壩基及繞壩滲漏，經(jīng)計算建基面以下壩基滲漏量為18.4萬m3/y，繞壩滲漏量左岸為5.4萬m3/y，右岸為5.1萬m3/y，總滲漏量為28.9萬m3/y（見《下壩址壩軸線滲透剖面圖》），需作帷幕防滲處理。

（5）、壩基滲透變形

壩基除上部第四系松散層及全風化巖石存在滲透不穩(wěn)定外，下部強、弱風化巖體經(jīng)勘探，不存在滲透變形。

（6）、壩基建基面及開挖深度

根據(jù)壩基變形、抗滑穩(wěn)定性、滲透變形及岸坡穩(wěn)定問題的分析，建議堆石壩壩基建基面：堆石區(qū)可置于強風化巖體的上部，需將第四系松散層及全風化巖石清除；心墻基礎應置于弱風化巖體的上部，兩岸清基開挖垂直深度5～8m，河床開挖最低高程為1263米。開挖邊坡坡比松散層不陡于1：1，強、全風化基巖不陡于1：0.75～1：0.5，弱風化基巖不陡于1：0.3。

（7）、壩基處理及防滲處理

心墻基礎開挖中易產(chǎn)生爆破松動，采用 心墻下設置砼墊層并作固結灌漿處理。由于壩基存在滲漏問題，需作帷幕防滲處理。防滲底界至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）以下3-5米，防滲邊界向左岸延至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）與正常蓄水位交點處（里程0+000），向右岸延至弱透水層中帶下限（q≤5Lu）與正常蓄水位交點處（里程0+225），帷幕線長計225米，采取沿心墻軸線布設帷幕灌漿孔一排，孔距1.50米。

1 壩基穩(wěn)定分析

1.1壩基失穩(wěn)的原因分析

壩基地層結構強度較低，松散度較高。如某水庫壩基下伏涂層中分布一側鞥淺灰色的軟塑-流塑狀態(tài)的淤泥質土壤，埋深5.6-7.4米，層厚1.0-5.0米，頂面高程-3.3--1.7米。當圍壩壩頂填筑高程10.5米時，在樁號3+760-4+000段出現(xiàn)了施工期較大沉降，壩體出現(xiàn)較大裂縫，樁號3+880-3+950壩體背水側出現(xiàn)滑坡，距離壩腳30米范圍內的地面發(fā)生隆起。

造成壩基失穩(wěn)的原因主要是壩基下伏的軟弱土層發(fā)生變形。在荷載的作用下，位于內部的一些土顆粒之間發(fā)生運動而變形，慢慢荷載的不斷增加，最終將會產(chǎn)生三個不同階段的變形特點以及相對于的穩(wěn)定特質。

1.2穩(wěn)定措施分析

對于軟弱土而言，既非彈性體同時也不是塑性體，因此通常將其認定為流變體。其壓縮、蠕動以及膨脹等形變均可以認定為基于時間的一個函數(shù)關系。當負荷作用于軟土上時，隨著時間的推移，土層漸漸加固，整個強度也慢慢由于固結的加強而不斷加強。固結的快慢一定程度上與土層排水條件有關，對于排水情況好的，往往其固結效率高，否則其固結效率將會大大降低。所以，基于對排水層的有效利用以及對排水條件的改善，可以對筑垻效率進行科學管控，同時也是確保壩基穩(wěn)定的重要基礎。目前，提高土層固結的方式主要包括，排水固接法、振密擠密法、灌漿法等等。不同的方法有不同的優(yōu)勢以及劣勢，對于相關人員，應當預先對現(xiàn)場進行詳細勘察，繼而確定采取有效防治措施。

2 壩基滲漏問題分析

2.1壩基滲漏分析

壩基底層通常以中等透水層為主，水庫內水通過壩基水平流向水庫外，而實際壩基的滲透情況與其結構、滲透特性以及水庫的實際蓄水情況有關。以某水庫為例，參照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》相關規(guī)定，依據(jù)不同的地基土滲透情況與壤土的厚度情況，將壩基劃分為單層結構以及無限滲透水層結構。參照規(guī)范得出該水庫無限透水壩基計算深度約為20-100米左右。如下圖所示為其年滲透量與估算深度之間的關系。

由上圖可以看出，該壩基年滲透量速率逐漸放緩，壩基年滲透量上升速率也逐漸放緩，因此可以看出，壩基垂直截滲達到一定的深度后，其滲透量上升速率將逐漸放緩。

2.2壩基防滲措施分析

在壩型確定的情況下，實際該水庫的蓄水量、壩底的寬度均為一定值，而滲流的路徑以及土層的滲透系數(shù)則是可改變量，通常采用方式主要為垂直截滲以及水平截滲法，基于垂直截滲又分為垂直鋪塑、混凝土截滲墻等等。水平截滲則主要為在水庫底面鋪設一特定的土工膜、庫底素土翻壓等等

3 壩后浸沒問題分析

3.1壩后浸沒原因及其條件

對于平原地區(qū)周邊以及壩下游地區(qū)底面高程相對于庫水位更低，以及位于封閉以及半封閉的洼地，原位壩基滲漏或者水庫周邊地下水流動緩慢，地表水以及地下水補給量高于排出量，進而使得水庫周邊區(qū)域地下水位升高，最終形成浸沒情況。水庫周邊及其山前沖積扇，對水庫及其周邊原來的地下水以及排泄方式產(chǎn)生一定影響，繼而使得地下水位升高，產(chǎn)生浸沒。而這也是造成我國濟南市玉清湖水庫的浸沒其主要原因。

3.2規(guī)避浸沒措施分析

避免壩后浸沒的相關措施應當有助于降低壩后地下水潛水位，一方面基于前文所述進行截流以及防滲透情況，從而降低水庫的滲漏情況，減少原位水庫滲漏繼而造成的水路周邊區(qū)域地下水位升高，其次則在壩下游區(qū)域增設一截流溝以及排水井，從而降低地下水潛水位。在水庫以及山前沖積扇，洪積群相連接位置，還應當額外設置一系列縱向排水溝以及排水設備，從而可以及時對上游來水進行有效排除。

此外，筑垻材料也是潛在可能造成問題的主要原因之一。在水庫建造前期，庫區(qū)通常會有不同程度的鹽堿化情況，實際用于筑垻的土壤材料中往往粗在一定的易溶鹽，而實際大多數(shù)不屬于鹽漬土。對于鹽漬土而言，往往存在于溶陷性、鹽脹性以及腐蝕性。針對此類問題工程措施主要包括“銀包金”方式、混合土料施工以及風干措施等。對于“銀包金”的施工方式，將裂隙黏土充分包裹與壤土中，這樣不但可以有效起到保護裂隙黏土不受外界的因素的干擾，同時也可以有效抑制裂隙黏土的膨脹情況。實際由于緩和土料在施工時施工質量難以進行有效管控，風干措施應當預先對備用土進行晾曬，因此需要耗費大量時間，且在施工上存在一定難度。

4 結束語

土質學問題以及土力學問題是當前導致水庫問題的主要構成地質原因。對于黃泛區(qū)地層巖性變化較大，實際改善措施的是否科學、經(jīng)濟以及合理取決于地質資料等基礎數(shù)據(jù)的準確性與可靠性，因而，地質勘察是采取相關措施的根本。

對于一些地基層多為軟弱土的水庫，所選擇的整治措施既要與地基的特點相符，同時又可以充分有效的發(fā)揮地基的承載力與其特性，從而達到經(jīng)濟合理的目的。通常造成水庫問題的各項原因之間相互關聯(lián)，基于有效的勘察以及分析，繼而采用多種計算模型對工程規(guī)避措施進行模擬分析，從而確定最終應對方案?；诳茖W化的方案制定，不但可以對設計存在的不足進行進一步的優(yōu)化改善，同時也可以一定程度上節(jié)約不分開支，提高效益收入。

參考文獻

[1]蔡家宏， 劉孝菊. 某山區(qū)水庫壩基工程地質條件分析[J]. 工程技術：文摘版：00099-00099.

[2]高海波. 淺談小型病險水庫存在的主要工程地質問題及對策[J]. 中小企業(yè)管理與科技（中旬刊）， 2014（2）：103-104.

[3]蘇立群， 劉波， 傅瓊華. 大壩安全鑒定工程地質勘察存在的問題與對策[J]. 江西水利科技， 2005， 31（s1）：37-38.

[4]謝漢隆. 淺談水庫壩基滲漏勘察方法[J]. 新材料新裝飾， 2013（8）.