黃土高原某水庫黃土濕陷性問題分析及處理建議

韓桃明 金立榮 張永央

摘 要：某水庫位于黃土高原高山峽谷地帶，場區(qū)地形狹窄，壩基巖性為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上覆更新統(tǒng)黃土厚度大，而且具有自重濕陷性。本文根據(jù)場區(qū)地形地貌特點(diǎn)和試驗(yàn)資料對濕陷性黃土的濕陷性問題進(jìn)行了分析，并提出了處理建議，為以后類似場區(qū)水利工程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水利;黃土高原;濕陷性黃土;換填;擠密

Abstract： A reservoir is located in the high mountain valley of the Loess Plateau， the terrain of the site is narrow， the dam foundation is lithologic with a double layer of soil and rock， the overlying Pleistocene loess is thick， and has self-weight collapsibility. This paper analyzed the collapsibility of collapsible loess according to the topography and landform features of the site and the test data， and put forward treatment suggestions， which could provide reference for the future construction of water conservancy projects in similar sites.

Keywords： water conservancy;Loess Plateau;collapsible loess;replacement filling;compaction

黃土高原上某水庫位于黃河一級支流鄂河水系的支流柳溝下游，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖的?。?）型水庫，控制流域面積為74.6 km2。建成后，水庫可以為鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供人畜用水及灌溉用水，能解決1 000 hm2果園和約10 000人及牲畜的飲用水問題，緩解當(dāng)?shù)貒?yán)重缺水的情況，大幅提高蘋果產(chǎn)量，產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。該水庫樞紐由大壩、溢洪道和泄洪洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高為46.5 m;水庫總庫容為348萬m3，正常蓄水位庫容為255.5萬m3，死庫容為200萬m3。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017），樞紐工程等級為IV等，工程規(guī)模為?。?）型。其主要建筑物按照IV級建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按照V級建筑物設(shè)計(jì)，導(dǎo)流及臨時(shí)建筑物按照V級建筑物設(shè)計(jì)。

1 地形地貌

工程區(qū)一級地貌單元屬于黃土高原山地，場區(qū)海拔為680～864 m。壩址區(qū)位于柳溝與鄂河交叉溝口上游約560 m處，具有山區(qū)河谷地貌特征，河谷呈不對稱窄U形。兩岸上部為黃土塬，塬頂高程一般為725～799 m，下部基巖為三疊系（劉家溝組T1l）砂、頁巖，基巖頂面高程為700 m左右。河床寬約為22 m，高程為679～682 m;局部有漫灘發(fā)育。

2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

庫壩區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土巖雙層結(jié)構(gòu)。巖性主要為第①層碎石土，厚為0.8～18 m，位于河床左側(cè)坡腳處;第①-1層卵石，層厚為0.8～2.0 m，呈透鏡體狀分布于河床;第②層黃土（重粉質(zhì)壤土）（[Qalp 3]），層厚為2.2～19 m，底面高程為717.4～721.83 m，位于河谷兩岸左右壩肩上部;第③層黃土（中粉質(zhì)壤土）（[Qdlp2 ]），層厚為16.2～20.7 m，底面高程為698.48～704.96 m，位于河谷兩岸左右壩肩第②層黃土下部，基巖上部;第③-1層泥礫石，厚約為1.9 m，呈透鏡體狀分布于第③層黃土底部;第④層長石石英砂巖，層厚為21.4～22.6 m，底面高程為660.7～669.64 m，分布于壩基上部，左右壩肩第③層黃土下部;第④-1層砂質(zhì)頁巖，層厚為2.1～9.3 m，底面高程為676.76～683.26 m，位于壩基上部第④層長石石英砂巖中;第⑤層砂質(zhì)頁巖，層厚為3.8～9.4 m，底面高程為649.83～665.84 m，位于壩基中部;第⑤-1層長石石英砂巖，層厚為2.8～3.8 m，底面高程為656.9～658.82 m，位于壩基中部第⑤層砂質(zhì)頁巖中;第⑥層長石石英砂巖，層厚為15.7 m，底面高程為637.12 m，位于壩基下部;第⑥-1層砂質(zhì)頁巖，層厚為1.6 m，位于壩基下部，分布于第⑥層長石石英砂巖中;第⑦層砂質(zhì)頁巖，揭露層厚為6 m，位于壩基下部，未揭穿。

3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)地層總體呈單斜狀向西南傾斜，地層產(chǎn)狀為260°～272°∠2°～8°。節(jié)理裂隙主要發(fā)育兩組，其中①352°∠81°，延伸長，隙壁粗糙，鈣質(zhì)薄膜充填，裂隙間距為50～100 cm;②33°∠89°，延伸短，隙壁多光滑、無充填，裂隙間距為80～150 cm。其中以第①組為主，第②組較少發(fā)育。

壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)第四系斷裂活動痕跡。

工程場區(qū)基本地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定。

4 水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土巖雙層結(jié)構(gòu)。兩岸上部巖性主要分布黃土（中、重粉質(zhì)壤土），層間局部夾泥礫石透鏡體;下伏基巖為長石石英砂巖和砂質(zhì)頁巖互層。庫岸坡腳局部可見塌落的碎石土，河床中大片基巖出露，局部沉積卵石透鏡體及人工填土。柳溝常年流水，水深為0.3～1.0 m。壩址區(qū)地下水類型為基巖裂隙水和松散層孔隙潛水，分別賦存于基巖裂隙和卵石層中。二者水力連系密切，主要接受大氣降水、地表河水入滲及側(cè)向徑流補(bǔ)給，消耗于蒸發(fā)和側(cè)向徑流排泄。

黃土（中、重粉質(zhì)壤土）的滲透系數(shù)[k]=（1.0～47 000）×10-8 cm/s，平均值為6.88×10-5 cm/s，具有微～弱透水性;卵石具有中等～強(qiáng)透水性;上部弱風(fēng)化層的巖體（透水率[q]=35.62～98 Lu），具有中等透水性;河床風(fēng)化深度約為6 m，其下為微風(fēng)化層（[q]=0.81～9.42 Lu），屬微～弱透水層。

5 壩基黃土濕陷性問題

壩基土主要為第四系更新統(tǒng)（[Qalp 3]）黃土和（[Qdlp2 ]）黃土，均具有濕陷性。勘察時(shí)在壩址區(qū)左右壩肩725 m高程以下4個(gè)豎井中采取原狀土樣，進(jìn)行室內(nèi)濕陷性試驗(yàn)[1]。黃土濕陷性試驗(yàn)成果及濕陷性判別計(jì)算成果如表1所示。

壩基土主要為第四系更新統(tǒng)（[Qalp 3]）黃土和（[Qdlp2 ]）黃土，均具有濕陷性。第②層（[Qalp 3]）黃土主要具有自重濕陷性，局部具有非自重濕陷性，第③層（[Qdlp2 ]）黃土具有自重濕陷性。庫區(qū)正常蓄水高程為719.03 m。左壩肩位于庫水位以下的第③層（[Qdlp2 ]）黃土厚度約為18 m，該場地為自重Ⅱ級（中等）濕陷性場地，濕陷厚度為6～8 m，濕陷性主要位于土層下部。右壩肩位于庫水位以下的第②層（[Qalp 3]）黃土厚約為2.5 m，場地為自重Ⅲ級（嚴(yán)重）濕陷性場地。第③層（[Qdlp2 ]）黃土厚約為15 m，場地為自重Ⅱ級（中等）濕陷性場地，濕陷厚度約為6 m，濕陷性主要位于土層下部。

6 處理措施

根據(jù)壩基黃土的濕陷類型、等級、濕陷厚度以及本工程的位置特點(diǎn)，針對本工程壩基濕陷性黃土，筆者建議采取如下處理措施[2]：對于處理深度在1.0～3.0 m的地段，采用換填墊層法消除其濕陷性，換填墊層每層厚度為30 cm，壓實(shí)度不小于0.95;對于處理深度在3～15 m的地段，采用擠密法消除濕陷性。灰土擠密樁的灰土配合比為2∶8（體積比），采用等邊三角形布置，樁徑一般為300～400 mm，樁中心距離為800～1 000 mm，施工采用沉管成孔，填料錘擊夯實(shí)成樁，樁土的密實(shí)系數(shù)不小于0.96，樁間土的最小擠密系數(shù)不小于0.90。施工期間，施工人員應(yīng)由外向內(nèi)依次（間隔一孔）施工，均勻分布，逐步加密，及時(shí)夯填。通過對黃土濕陷性的處理，水庫能較好地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。本文通過對黃土地貌山區(qū)一座水庫的工程地質(zhì)條件分析評價(jià)及對壩基處理措施的描述，能為以后類似場區(qū)工程建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家市場監(jiān)督管理總局.濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)：GB 50025—2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ 79—2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.