王圪堵水庫承壓水分布特征及對壩基的影響

摘 要：王圪堵水庫地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣的結(jié)合部位。壩基由左岸沖湖積細(xì)砂夾砂質(zhì)、粉質(zhì)壤土、河床沖積細(xì)砂和右岸基巖斜坡構(gòu)成。左壩段和河床壩基下伏地層為侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）砂、泥巖，多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結(jié)構(gòu)。具有明顯的濱海積沉相，為承壓含水層。通過各階段資料分析，承壓水對壩基影響較小。

關(guān)鍵詞：承壓水；分布特征；壩基影響

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0216-02

王圪堵水庫壩基下伏巖體為侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）砂、泥巖，多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結(jié)構(gòu)，為承壓水含水層。承壓水的存在是否水庫運(yùn)行具有潛在的威脅。通過對承壓水的特征和各階段的觀測資料分析，最終得出結(jié)論性意見。

1 工程概況[1]

王圪堵水庫位于無定河中游，為黃河一級(jí)支流的水沙控制水利工程，主要以供水、攔沙為主，兼顧灌溉、發(fā)電、防洪等綜合功能。設(shè)計(jì)壩型為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高46m，壩頂長1162m，正常蓄水位1046m，總庫容3.89億m3。屬大（2）型，工程等級(jí)為Ⅱ等。樞紐工程由攔河大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、放水洞和壩后電站等主要建筑物組成。

2 地質(zhì)簡況

2.1 地形地貌

王圪堵水庫大壩左壩段為沙漠地貌，由沙丘、沙梁及洼地組成，分布高程1070～1090m。岸坡較為陡峻，自然坡度35～50°，河床段地形相對開闊平坦，分布高程1007～1009m，右壩段為基巖斜坡，相對高差60～80m。

2.2 地層巖性

左壩段地層主要以第四系全系統(tǒng)風(fēng)積（Q4eol）細(xì)砂和上更新統(tǒng)沖湖積（Q31al+l）細(xì)砂夾粉質(zhì)壤土組成。層厚度93.7～71.3m，下臥層為侏羅系砂泥巖。河床段覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖積（Q42al）粉細(xì)砂，厚度1.0～13.0m，下臥侏羅系砂泥巖。右壩段為基巖斜坡，巖性為侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）砂泥巖，表層覆蓋0.5～2.5坡積粉細(xì)砂及砂壤土。砂泥巖紫紅色、淺灰色、暗紫紅色，中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質(zhì)砂巖，多呈互層狀，層面分布高程996.3～998.7m。

2.3 水文地質(zhì)

工程區(qū)地下水分為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和承壓水。第四系孔隙潛水為沙漠區(qū)孔隙潛水含水層（Q31al+l）和階地孔隙潛水含水層（Q4al），分布于左岸沙漠區(qū)中下部和右岸一級(jí)階地下部，接受大氣降水補(bǔ)給。基巖裂隙潛水（J3a）：主要分布于河流右岸基巖風(fēng)化、卸荷帶內(nèi)，水位埋深5～14m，地下水位受降雨影響明顯，含水層富水性相對較好，以下降泉的形式補(bǔ)給河流。

承壓水（J3a）：分布于河床段壩基下伏基巖中，屬層間水，接受地表和第四系孔隙潛水補(bǔ)給，排泄條件尚差。

3 承壓含水層巖性特征

承壓水含水層地層為侏羅系上統(tǒng)安定組（J3a）砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質(zhì)砂巖，紫紅、淺灰、暗紫紅色，薄層～中厚層狀，一般單層厚度30～60cm，最大厚度1.2m。近水平層理，局部可見斜交層理。多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結(jié)構(gòu)。具有明顯的濱海積沉相。含水層為砂巖，相對隔水層為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。

4 承壓水分布和變化特征

主要分布于河谷部位，從下壩址～庫區(qū)王家溝下游的新地臺(tái)處均有分布，如圖1。承壓水頂板埋深16～28.2m，承壓水頭高出地面2.5～16.5m。鉆孔揭示承壓水頂板埋深、高程及相對隔水層巖性、水頭高度及流量統(tǒng)計(jì)如表1。承壓水主要出露于左壩段，水頭高1015.93～1019.35m，最高水頭為1025m，承壓水頂板上覆基巖厚度7～12m，且具有不連續(xù)性，向兩側(cè)深度變大。承壓水主要接受河流上游及兩岸深部地下水補(bǔ)給，排泄條件差，形成不連續(xù)的層間承壓區(qū)。

由表1可見，承壓水頂板埋深由庫區(qū)上游向下游、壩址區(qū)由兩岸向河谷逐漸變淺，上覆基巖厚度變薄，最薄處位于壩址下游，頂板上覆基巖厚6.7m，順河流方向承壓水頂板分布高程變化不大；承壓水流量總體看壩址區(qū)大于庫區(qū)，河谷大于兩岸，承壓水頭高程1010～1025m，低于水庫正常蓄水位21～36m，從水頭和流量變化來看，承壓水流量有逐年減少、水頭降低的變化特征（這可能受先期鉆孔揭露影響，排水減壓，壓力逐步釋放）。由以上現(xiàn)象及地層巖性、巖層產(chǎn)狀、庫壩區(qū)地形地質(zhì)條件及承壓水水頭等綜合分析認(rèn)為：承壓水補(bǔ)給來源為庫區(qū)河床或兩岸地帶，屬近源補(bǔ)給，補(bǔ)給水源為河水或地下水，由于下游無明顯的排泄出路，水流循環(huán)不暢。

承壓水礦化度較高，微咸，苦澀。水化學(xué)類型為SO42-——Ca2+——K++Na+型，從水質(zhì)可看出承壓水循環(huán)不暢，與各類潛水連通條件、交換性較差，屬局部區(qū)域內(nèi)較封閉的含水巖組。水質(zhì)SO42-含量553.31～605.18mg/L，對普通水泥具硫酸鹽強(qiáng)腐蝕性。

勘探孔及施工段先導(dǎo)孔均揭示壩基承壓水屬層間水，具有不連續(xù)性，天然狀態(tài)水源補(bǔ)給及排泄均不暢，勘察觀測資料和施工階段先導(dǎo)孔觀測資料顯示，承壓水壓力釋放后會(huì)逐漸減小。

施工階段2010年3月29日，左壩段0+146m，HFX2-7先導(dǎo)孔揭示承壓水頭最大高程1019.35m，較2004年勘探ZK4鉆孔（0+169.2m）承壓水頭最大高程1014.28m高5.07m，HFX5-7先導(dǎo)孔（0+240m）承壓水頭1016.30m，較2005年勘探ZK20鉆孔（0+275.2m）承壓水頭1022.13m低5.83m。由于河床段先導(dǎo)孔施工階段，壩體已填筑至1014.8m，承壓水低于該高程時(shí)則無法觀測。因此，河床段0+240m右側(cè)河段未出現(xiàn)承壓水，由此可見河床段承壓水自左向右水頭壓力逐漸降低，出水量隨水頭壓力降低而自左向右逐漸減小，說明承壓水壓力一旦釋放，難以恢復(fù)至初始的水頭壓力。

施工階段在壩后壩軸線下游146m，壩軸線0+150m、0+250m、0+350m、0+450m、0+550m布設(shè)減壓排水孔5個(gè)。2011年10月成孔初期，水庫水位高程1015m，GCK1～GCK5孔承壓水頭高分別為6.2m，5.0m、3.5m、1.8m和0.7m，平均流量分別為10.11m3/d，9.06m3/d，8.41m3/d，6.93m3/d，和0.2m3/d，變化曲線如圖2。

2012年3月15日，水庫蓄水高程至1018m時(shí)，GCK4孔流量減小至0.6m3，18日斷流。GCK5孔6月8日斷流。GCK1～GCK3孔承壓水水頭高分別為4.5m、2.5m和1.9m，平均流量分別為4.9m3/d，4.5m3/d，3.6m3/d，變化曲線如圖3。

2013年7月水庫位高程1020m時(shí)，GCK1～GCK3孔承壓水頭高分別為3.9m、2.2m和1.68m，高程分別為1012.9m，1011.2m，1010.68m，流量分別為3.5m3/d，3.2m3/d和0.3m3/d。

2013年10月水庫下閘后，庫水抬高至1024m時(shí)，GCK2、GCK3孔流量表損壞無數(shù)據(jù)。GCK1孔承壓水頭高3.8m，高程1012.8m，流量3.6m3/d。

5 壓水對壩基的影響

承壓水対壩基的影響主要表現(xiàn)為承壓水頂板巖體破裂后，沿破裂通道或裂隙上升，于壩基出露，產(chǎn)生滲透破壞。通過上述觀測數(shù)據(jù)分析，水庫水位抬高時(shí)，壩后承壓水頭沒有抬高的趨勢，流量趨于穩(wěn)定或減小。因此，壩基承壓水在現(xiàn)庫水位范圍內(nèi)屬獨(dú)立的含水體，受庫區(qū)現(xiàn)蓄水高程以外較遠(yuǎn)的補(bǔ)給源補(bǔ)給形成局部或?qū)娱g承壓含水層，受水庫水位影響較小，受季節(jié)影響也微弱。承壓水對庫壩的影響較小。

本次施工中，未對承壓水進(jìn)行專門處理，僅對先導(dǎo)孔和帷幕灌漿孔承壓水出露的孔段采用抗腐蝕的硫酸鹽水泥壓堵，其余部采用普通硅酸鹽水泥灌漿。

6 結(jié)束語

通過勘察、先導(dǎo)孔資料及壩后觀測孔資料分析，壩基承壓水屬局部層間水，補(bǔ)給條件有限。承壓水被揭示后，水頭有逐漸降低的趨勢。針對工程區(qū)承壓水，于壩下游布設(shè)觀測孔，具有排水減壓功能；對做反濾工作后，不會(huì)影響大壩安全。水庫正常庫水時(shí)，承壓水有待觀察，及時(shí)觀測分析。

參考文獻(xiàn)

[1]楊聚利.王圪堵水庫竣工工程（施工地質(zhì)）地質(zhì)報(bào)告.勘察分院，2014.

[2]《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL50487-2008）.2008.

收稿日期：2018-6-20

作者簡介：楊聚利（1966-），男，工程師，本科，主要從事工程地質(zhì)勘察工作。