鐘樓寺水庫壩址與壩體區(qū)工程地質(zhì)條件評價

左 楠，王俊杰

(1.陜西省延安市宜川縣河道和水庫管護中心，陜西 延安 716200；2.陜西省延安市宜川縣河長制領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，陜西 延安 716200)

0 引言

鐘樓寺水庫是一座以灌溉為主兼有供水、發(fā)電、防洪等綜合功能的水庫，地理位置相對重要，水庫建庫時間較早，已運行了四十多年，并于2011年進行了一次除險加固。近十多年再未進行加固處理，根據(jù)安全評價結(jié)果看，并結(jié)合大壩實際運行狀況，發(fā)現(xiàn)水庫運行管理中存在一系列問題，影響區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和防洪安全。本文基于水庫安全評價、相關(guān)地質(zhì)勘察和綜合調(diào)查的基礎(chǔ)上，對水庫壩址區(qū)、壩體區(qū)工程地質(zhì)條件進行評價分析，對下一步進行除險加固工作提供技術(shù)支撐。

1 鐘樓寺水庫概況

鐘樓寺水庫位于宜川縣西北部仕望河左岸一級支流交里川河上游，地理位置為東經(jīng)109°55′47.51″，北緯 36°12′46.79″，水庫流域面積60 km2，主溝道長 18.7 km，溝道比降1%，年徑流量189萬 m3，年輸砂量1.2萬 t。鐘樓寺水庫樞紐工程屬Ⅳ等小(1)型水庫，總庫容298.00萬 m3，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)30 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 a一遇。是一座以灌溉為主兼有供水、發(fā)電、防洪等綜合功能的水庫，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成，始建于1974年，運行多年后在2010-2011年期間進行了一次除險加固，除險加固后設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇洪水設(shè)計(洪峰流量58 m3/s)，300 a一遇洪水校核(洪峰流量115 m3/s)?，F(xiàn)狀水庫總庫容298萬 m3，興利庫容207萬 m3，死庫容11.00萬 m3。自運行以來，為宜川縣交里鎮(zhèn)鐘樓寺村農(nóng)田灌溉發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益[1]。

2 水庫工程運行現(xiàn)狀及存在問題

水庫自除險加固后已經(jīng)運行了十一年。水庫于2020年進行了一次全面安全評價，安全監(jiān)測的項目主要包括水庫的變形、滲流、壓力(應(yīng)力)、水文氣象等?；诎踩u價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合大壩實際運行情況、大壩現(xiàn)場檢查和對筑壩材料的土工測試，發(fā)現(xiàn)水庫樞紐建筑物目前存在主要問題是：(1)鐘樓寺水庫全年滲漏量為1.9%，據(jù)《水利水電工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL373-2007)，滲漏量小于3%，屬于輕微滲漏，存在一定的安全隱患。(2)溢洪道末端加設(shè)消力池，使引水正常進入河槽。(3)管理房設(shè)施較為陳舊，運行管理中的路面條件較差、管理制度和運行體系不夠健全，影響水庫安全運行，未充分發(fā)揮水庫綜合效益。(4)缺少雨水監(jiān)控及大壩監(jiān)控設(shè)施。從大壩存在的問題看，水庫存在個別安全隱患，一旦工程失事，將威脅下游居民及耕地的防洪安全，造成巨大損失[2]。因此，為確保下游村莊人民生命財產(chǎn)安全，充分發(fā)揮水庫的綜合效益，再次進行除險加固尤為迫切。

3 水庫壩址及壩體區(qū)工程地質(zhì)條件評價

壩址區(qū)屬黃土梁峁地貌，溝谷較狹窄，呈V字形，谷底寬 80～150 m，右岸較陡，山坡角 60°～70°，左岸較緩，山坡角40°～50°，山(梁)頂高程一般為1 150～1 200 m，坡體破碎，沖刷強烈。根據(jù)地質(zhì)勘察鉆探結(jié)果及工程地質(zhì)測繪，并結(jié)合調(diào)查訪問，對壩基、壩肩、壩腳及。

3.1 壩基

根據(jù)地質(zhì)勘察鉆探結(jié)果及工程地質(zhì)測繪，并結(jié)合調(diào)查訪問，大壩壩基為中風(fēng)化中厚層狀砂巖，其強度高，滲透性小，故壩基總體穩(wěn)定。

3.2 壩肩

3.2.1 右壩肩

根據(jù)勘察鉆探結(jié)果及工程地質(zhì)測繪，右壩肩依附于右側(cè)山體，出露地層主要由②黃土及砂巖構(gòu)成，坡面較陡。右壩肩上部黃土層坡面較陡，坡腳約 75°，坡高約 15.0 m，以 Q3 黃土為主。勘察期間，坡體整體穩(wěn)定，無安全隱患。右壩肩下游出露砂巖部分，層理裂隙清晰可見，風(fēng)化強烈部分已被挖除，不存在安全隱患。護坡性狀良好。

3.2.2 左壩肩

根據(jù)本次勘察鉆探結(jié)果及工程地質(zhì)測繪，左壩肩依附于左側(cè)山體，相應(yīng)地層主要由②黃土、③黃土、④圓礫及砂巖構(gòu)成。地表坡面相對較緩，坡角 40°～50°，局部存在坡面近于直立的梯地。根據(jù)探井資料，出露②黃土具中等～強烈濕陷性，計算濕陷量為△s=683.8 mm，自重濕陷量為△zs=250.8 mm(計算深度在探井面向下10.5 m)，濕陷等級為Ⅱ級。根據(jù)鉆探資料，④圓礫主要分布于黃土層底部、砂巖上部，為強透水層，在左壩肩下游有間斷性連續(xù)出露，其滲透系數(shù)可按 1.0 m/s 考慮，勘察期間在其下游未發(fā)現(xiàn)明顯的滲透點。

3.3 壩腳排水棱體

壩腳排水棱體(頂點高程1 094.50 m)高3.0 m，頂寬2.0 m，棱柱外坡坡度32°，排水棱體由干砌塊石構(gòu)成，調(diào)查時發(fā)現(xiàn)棱體表面雜草及坡積土覆蓋嚴(yán)重，建議清除棱體表面雜草及碎石土，整修大壩背水坡，建立系統(tǒng)的坡面排水設(shè)施。

3.4 溢洪道

3.4.1 地層

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)測繪，溢洪道區(qū)分布的地層主要為第四紀(jì)沖洪積堆積物和風(fēng)積黃土，現(xiàn)按層序分述如下：

1)沖洪積堆積物Q4al+pl：分布于溢洪道泄流槽底?；尹S色黃土類土，土質(zhì)均勻性差，結(jié)構(gòu)疏松，含大量姜石土、砂粒及植物根等，堅硬、可塑，工程性質(zhì)差。

2)黃土Q3eol：為所在場地的主要地層，分布于溢洪道兩側(cè)和基地。褐黃色，土質(zhì)均勻，含少量有機質(zhì)，大孔隙發(fā)育，具濕陷性和自重濕陷性。工程性質(zhì)一般。

3.4.2 邊坡穩(wěn)定性

鐘樓寺水庫溢洪道位于大壩左岸，為河岸開敞式，由寬頂堰、陡坡段組成，均為漿砌石渠道，擋墻已進行過襯砌加固處理，地質(zhì)條件良好，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求。

3.5 天然建筑材料

進行水庫大壩樞紐除險加固時，一般所需的天然建筑材料主要為：土料、塊石料、細(xì)骨料(砂子)和粗骨料(石子)。通過對壩址區(qū)周邊進行勘察，所需天然建筑材料均可就近在當(dāng)?shù)赜枰越鉀Q。

3.5.1 土料

大壩加高培厚土料場可選在壩左岸斜坡地帶，距大壩 200～500 m，擬選土料場南北長約150 m，東西寬約70 m，厚20～30 m，儲量近 26萬 m3。料場勘察布設(shè)探井1眼，進尺5 m，取原狀土樣5組，擊實樣1組。根據(jù)勘察，土場地層為中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土夾古土壤，堅硬狀，土質(zhì)均勻，無地下水。土料場運距短，開采運輸方便，儲量豐富，各項技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)范》(SL251—2015)對土壩碾壓土料的技術(shù)要求。

3.5.2 石料

石料場選擇在工程區(qū)西南的黃龍縣石料場，運距 50 km。巖石為三疊系灰色砂巖，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，單層厚度 0.5～1.0 m左右，巖性堅硬。料場交通較為便利。石料儲量豐富，可滿足設(shè)計要求。

3.5.3 砼粗細(xì)骨料

砂石料可選用宜川縣仕望河砂場的砂子、礫料，仕望河砂場距水庫20 km，交通便利。仕望河砂料場為河床漫灘堆積全新統(tǒng)沖積(Q4al)砂層，以細(xì)砂為主，含礫。料場地下水位埋深1.5～3.0 m。仕望河砂作砼細(xì)骨料，除堆積密度偏小，其余各指標(biāo)基本符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)范》(SL251—2015)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

(1)工程區(qū)地貌單元屬黃土殘塬溝谷區(qū)，沖溝呈 V 字形，兩側(cè)溝壁陡立，黃土裸露。出露地層主要為三疊系延長組砂巖和第四系地層；地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。庫區(qū)不具有產(chǎn)生滲漏的地形地質(zhì)條件，不存在滲漏問題；現(xiàn)狀岸坡較穩(wěn)定，水庫正常高水位運行時會產(chǎn)生不同程度的塌岸，但規(guī)模較小，不會影響水庫的安全運行；水庫不存在淹沒及浸沒問題。

(2)工程區(qū)環(huán)境水對混凝土無腐蝕性。大壩迎水坡干砌石部分松動坍塌；背水坡雜草較多，壩體填筑土的質(zhì)量基本滿足規(guī)程技術(shù)質(zhì)量要求。壩體填筑質(zhì)量不合格，未達(dá)到規(guī)范及施工設(shè)計要求，壩體背水坡坡腳未見滲漏現(xiàn)象。

(3)兩壩肩邊坡較為穩(wěn)定，右壩肩主要由中風(fēng)化砂巖組成，左壩肩與壩基主要由坡洪積薄層礫石土及強、中風(fēng)化砂巖組成。結(jié)合勘察結(jié)果看，壩基與左壩肩的礫石土與強風(fēng)化砂巖接觸面為薄弱處，水易順該處進入從而發(fā)生滲漏。

(4)壩體部分的溢洪道進口段，平流段較為完整，但消力池，陡坡段不完整，下泄洪水不能平順的通入河道。左岸土崖較陡，雨季有滑坡危險。下段雜草叢生，為流水沖溝，兩側(cè)邊坡易溜土。

(5)土料場選在左岸斜坡地帶，儲量豐富，運距短，開采運輸方便，各項技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)基本符合 SL251-2015 規(guī)范對土壩碾壓土料的技術(shù)要求。石料場砂巖料，砂子可采用仕望河砂，其質(zhì)量基本滿足施工要求。

4.2 建議

通過對壩址和壩體區(qū)的工程地質(zhì)條件進行評價，得到基礎(chǔ)地質(zhì)資料，為后期進行除險加固提供了有力的地勘保障。為保證水庫長期健康穩(wěn)定運行，建議從以下幾方面進行重點實施除險加固措施：

(1)對壩體進行防滲處理；上游干砌石護坡壩坡改造整修；下游壩坡進行整修，植草，修整縱橫排水渠道、增設(shè)巡查道路并硬化；對防汛路進行加寬硬化，增設(shè)道路排水溝；進行溢洪道高邊坡進行削坡處理，完善溢洪道陡坡段、消力池、護坦，連接至河道；增設(shè)大壩觀測設(shè)施、防汛自動控制系統(tǒng)，加強管護人員技術(shù)力量，集中進行管護培訓(xùn)。

(2)建議針對壩基及左壩肩滲漏薄弱處問題，對接合處不規(guī)整有裂隙處，進行灌漿處理。同時對溢洪道出水口進行改造，清除雜草及樹木，側(cè)壁及地基進行砌石護坡；可在山體黃土斜坡一側(cè)沿溢洪道修建截水渠，攔擋坡面泥沙進入溢洪道，保持溢洪道暢通。