陕北砂泥岩地区水库工程地质问题浅议

陕北砂泥岩地区水库工程地质问题浅议

武 罡

（陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西西安  712000）

摘要：为查明陕北砂泥岩地区水库工程地质问题——以延安某水库为例，通过采取地质调查、测绘、钻探、坑探、物探、野外试验、室内试验等综合勘察方法进行研究总结得知，库坝区主要存在坝基渗漏问题，库岸稳定问题、水库蓄水后的淹没及浸没问题、水库淤积问题、坝基的湿陷性及抗滑稳定问题，通过换填、防渗、排水等工程措施，现有工程地质问题不制约水库的工程建设。本文以陕北砂泥岩地区水库工程的地质问题为中心展开讨论，对砂泥岩地区出现的各种工程地质问题进行阐述，并结合实践经验提出几条具有针对性的解决措施，旨在为实际的工程勘察以及建设工作提供科学、有效的理论参考，进一步认识砂泥岩地区水库工程主要工程地质问题。

关键词：砂泥岩  水库  库区渗漏  湿陷性 浸没 抗滑稳定

1、地质概况

工程区地处陕北黄土高原腹地，地势西北高，东南低。地貌单元按形态特征可分为黄土梁峁及河流阶地两大类。出露岩性主要为中生代侏罗系、白垩系砂岩夹泥岩及第四系松散堆积物。工程区属区域构造稳定地区，地震基本烈度为Ⅵ度。地下水类型主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及基岩裂隙承压水三种。

2、主要工程地质问题

2.1 库区渗漏

坝线位于延河河道上，现状河水位1098m，设计坝顶高1181m，蓄水位1179m；仙仁桥坝线位于小川沟上，现状河水位高程1118m，设计坝高程1176m，蓄水位高程1174m。延河及小川沟地形互为低临谷，根据现场调查：沐浴左岸基岩顶部出露高程1190m，砂泥岩微透水，河间地块宽度较大，无断层及裂隙贯通，附近泉水出露点1180.3m，存在地下水分水岭，且水位高于两沟正常蓄水位，故不存在临谷渗漏问题。

2.2 坝址渗漏

①坝基渗漏

坝基河床、一级阶地、二级阶地砂砾（卵）石等各层砂砾石层渗透系数在10-2cm/s量级，属中等透水～强透水，存在渗漏问题。根据坝基渗漏计算公式，坝基覆盖层渗漏估算如表1。

根据钻孔压水试验成果，坝基基岩透水率一般为2.23～4.79Lu，属弱透水，考虑陡倾角裂隙渗漏，按孔内透水试验最大值取22Lu，根据坝基渗漏计算公式，坝基基岩渗漏量估算如表1。

②绕坝渗漏

两坝肩勘察过程中未发现连续底砾层，绕坝渗漏通道主要存在于两岸高陡倾角裂隙，根据现场调查，高陡倾角裂隙主要存在于弱风化中部以上，根据绕坝渗漏计算公式，坝肩渗漏量估算，坝基渗漏量为39929m³/d，绕坝渗漏量为524m³/d。

2.3 坝基渗透稳定性问题

根据GB50487-2008《水利水电工程地质勘察规范》中附录G，由颗分试验成果可知，河床、一级阶地、二级阶地砂砾（卵）石等各层砂砾石层均颗粒不连续。根据土的物性、颗分及室内渗透破坏试验结合同类工程类比，建议各层土的允许水力比降：河漫滩砂砾石层J允=0.20，一级阶地砂砾石层J允=0.18，二级阶地砂砾石层J允=0.23。根据设计提供坝址断面及特征水位，龙安坝址实际水力坡降计算如表1。

表1   实际水力坡降计算

经计算各层J实际>J允，可能产生渗透破坏问题

2.4 坝址区湿陷性问题

坝址左、右坝肩及坝基分别位于黄土斜坡、一级阶地及二级阶地，砂壤土、黄土、古土壤及部分黄土状土具湿陷性。按照《湿陷性黄土建筑地区建筑规范》（GB50025-2018）相关规定计算坝址黄土场地湿陷量。一级阶地场地湿陷类型属非自重湿陷，湿陷等级为Ⅰ级（轻微），湿陷起始压力Psh=44～100Kpa；二级阶地场地湿陷类型属自重湿陷，湿陷等级为Ⅳ级（很严重），湿陷起始压力Psh=17～80Kpa；黄土斜坡场地湿陷类型属自重湿陷，湿陷等级为Ⅳ级（很严重），湿陷起始压力Psh=10～80Kpa。

2.5 水库库岸稳定问题

水库塌岸宽度预测采用图解法，由于河床下切相对较深，两岸多堆积阶地及漫滩，故选择以阶地或漫滩后缘作为塌岸计算起点，对支沟部分，以沟边作为计算起点，考虑蓄水初期最高水位，用水库正常蓄水位进行塌岸预测。根据相关规范手册及陕西黄土地区水库塌岸坡角的参考值，结合同类工程水库塌岸情况的调查类比，塌岸预测参数如表2。根据计算，库区塌岸宽度一般在15～80m，最宽段可达139.15m。水库塌岸总量为561.08万m3。水库总库容为2.66亿m³，塌岸总量占库容的2.1%，对库容影响较小。

表2      塌岸预测参数取值

2.6 水库的浸没问题

本工程水库区为“U”型峡谷，岸坡较陡，正常蓄水位以上无大面积的平缓台地，因此库区浸没问题甚小。但在库尾低洼缓坡地段，由于水库蓄水，地下水位壅高，将会产生不同程度的浸没问题。

浸没评价原则，执行GB50487-2008《水利水电工程地质勘察规范》中浸没评价标准，浸没临界值按下式确定：

Hcr＝Hk+△H

式中：Hcr——浸没地下水临界埋深（m）；

      Hk——地下水位以上的土壤毛管水最大上升高度（m）；

      △H——安全超高值（m），即根系层的厚度，农田

△H取0.5m，民居△H取2.0m。

根据现场调查，坝址正常蓄水位以上无大面积的平缓台地，库区末端两岸不存在浸没问题，库区浸没主要发生在靠近库尾段的阶地低洼地带，浸没宽度及浸没范围都比较小，浸没农田亩数约43亩。

3、工程地质问题的处理

3.1渗漏及渗透破坏问题处理

库区基本不存在邻谷渗漏问题，主要为坝基渗漏及绕坝渗漏，建议在查明渗漏途径及基础上，对坝基及坝址两侧进行人工防渗处理，即采用水平铺盖及防渗墙结合的防渗方案。

3.2坝址区湿陷问题处理

坝基不存在湿陷性问题，主要为两坝肩处的黄土及黄土状土存在湿陷性，其中二级阶地表面湿陷性土层厚18～22m，黄土斜坡湿陷性土层厚度11～23m。建议通过换填垫层、预浸水等措施，消除基础的湿陷性，并采取严格的防水措施。

3.3库岸稳定问题处理

对于塌岸方量较大的水库，需根据不同的地质条件采取不同的工程处理措施，例如岸坡较高、坡度较陡的严重塌岸段，可采用挡土墙等防护措地；对于岸坡较低、坡度较缓的中—轻度塌岸段，可采取坡脚堆石或铅丝笼等简易措施，同时结合植树、种草等生物措施将工程治理和环境治理结合起来。

3.4库区浸没问题处理

水库浸没是水库蓄水后会使水库周边地区地下水位壅高而引起土壤盐渍化和沼泽化、建筑物地基沉陷及破坏、地下工程及矿井用水量增加等灾害。该库区浸没主要发生在靠近库尾段的阶地低洼地带，浸没宽度及浸没范围都比较小，建议在库尾段采取防截渗措施，减少水库渗漏量以降低库区周边地下水位，减少浸没的可能性，

3、结论

陕北砂泥岩地区水库存在的主要问题与渗漏、地基稳定性及库岸稳定性有关，其中渗漏问题主要为坝基渗漏及绕坝渗漏及其所引起的渗透稳定问题，地基稳定问题主要为地基土湿陷性问题，库岸稳定主要为库区塌岸问题。对不同地质条件的渗漏问题可采取换填、防渗、排水等措施解决；对湿陷问题可采取防水、置换、夯实等措施解决；对库区塌岸问题可采取削坡、监测等措施解决。

参考文献

[1] 冯文凯;易小宇;白慧林;李大龙;杨竞;尹保国;齐洋.白鹤滩水库初次蓄水对双河段岸坡稳定性的影响预测分析. 科学技术与工程,2022

[2] 王春永.黄土地区水库塌岸预测方法研究. 城市建设理论研究(电子版),2022

[3]  吴炳富.月潭水库库岸稳定问题研究.治淮,2022