赵家窑水库坝址工程地质条件评价

杨光辉

赵家窑水库位于大同市西北约20km，赵家窑村东南1.5km处，始建于1960年，是桑干河一级支流御河支流淤泥河上的一座控制性工程。大坝为碾压均质土坝，最大坝高33m，主坝长400m，副坝长150m。

1 地质条件

坝址位于大同市新荣区赵家窑村东南淤泥河下游，该处淤泥河流向S45°E，主河槽靠左岸，右岸形成河漫滩。左岸为基岩岸，坡岸坡度35°～50°，局部为陡崖。右岸上部为黄土岸坡，下部为基岩，坡度20°～40°。谷底宽约50m，河谷断面呈“U”型。

坝址区属中低山区，出露地层为太古界桑干群黄土窑组上部的付变质岩系和第四系松散堆积物。河床主要出露全新统洪冲积（Q4pal）级配不良砾，下伏太古界桑干群黄土窑组上部的变质岩，岩性主要为黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩及燕山期辉绿岩侵入体。

坝址区地质构造简单，未发现断层，岩层产状为N42°～48°E/NW∠55°～63°。岩体中主要发育 N60°～80°W和N20°～50°E两组节理裂隙，受风化卸荷作用影响，靠岸边处节理裂隙均不同程度张开，一般裂隙宽3～10mm，无充填或少量岩屑充填，向岩体内部裂隙逐渐变窄趋于闭合。

根据地下水的赋存条件，坝址区地下水类型主要为变质岩风化裂隙水和松散岩类孔隙潜，主要接受大气降水补给，地下水位两岸高于河谷，淤泥河为该区的排泄基准面。根据水质分析资料，工程区库水和坝后渗水化学类型为HCO3-Ca-Mg型水，对普通水泥和抗硫酸盐水泥均无腐蚀性。

2 工程地质问题分析

2.1 主河槽坝基渗漏

根据大坝施工情况和本次勘察资料，建坝时坝基砂卵石层未清除，虽在坝基上游32.4m填筑黏土截水槽，但未将砂卵石层截穿，且黏土截水槽有的部位未按设计施工，质量较差。坝基级配不良砾厚2.5～3.0m，根据钻孔注水试验及坝后渗水试验，渗透系数为12～32m/d，为强透水层。坝基下伏基岩为花岗片麻岩，强风化层厚5～6m，据钻孔注水试验渗透系数为5～8m/d，为中等透水层，弱风化基岩钻孔压水试验透水率为8.2～18.5Lu，为弱～中等透水性，可视为相对隔水层。坝基全新统洪冲积级配不良砾和强风化基岩为强透水～中等透水层，且在坝基连续分布，为坝基渗漏层位，故坝基存在渗漏问题。根据坝基地质结构，考虑坝前淤积物起到一定的防渗作用，渗透系数用加权平均值，求得渗透系数为5.75m/d，将其简化为单层透水层，采用下式计算坝基渗漏量：

式中：Q——坝基渗漏量，m3/d；

B——计算段宽度，m，取85；

k——岩层渗透系数，m/d，取加权平均值5.75；

H——正常蓄水位时大坝上下游水位差，m，取24.6；

M——坝基透水层厚度，m，取3.0；

2b——坝基宽度，m，取164。

经估算，在正常蓄水位1164.5m时，坝基级配不良砾层渗漏量为216.0m3/d，年渗漏量7.9万m3。

考虑到坝基强风化基岩厚5～6m，据钻孔注水试验渗透系数为5～8m/d，为中等透水层，存在一定的渗漏问题。现将坝基级配不良砾与强风化基岩简化为单层透水层，取坝基级配不良砾与强风化基岩渗透系数加权平均值10.8m/d。考虑坝前淤积物的防渗作用，取渗透系数加权平均值6.3m/d，代入上式计算坝基级配不良砾和强风化基岩的总渗漏量。经估算，在正常蓄水位1164.5m时，坝基级配不良砾和强风化基岩的总渗漏量经估算坝基渗漏量为685.3m3/d，年渗漏量25.0万m3。据水库观测资料，在库水位1155.5m时，坝后出逸渗流量为4.5L/s，且随库水位升高，渗流量明显增大。

2.2 主河槽坝基渗透稳定分析

坝基级配不良砾为强透水层，结构松散，且连续分布。根据颗分资料，其颗粒累积级配曲线为“瀑布”型，在坝上、下游水位差形成的渗透压力作用下，其渗透变形类型为管涌型。根据坝基级配不良砾的不均匀系数、渗透系数和细粒土含量等综合分析，其临界水力比降为0.24，依据《水利水电工程地质勘察规范》，赵家窑水库为中型水库，安全系数按2考虑，其允许水力比降为0.12。根据坝基地质条件选用下式计算坝后逸出水力比降：

式中：I——坝后逸出水力比降；

H1——坝前水位，m，取正常蓄水位1164.5；

H2——坝后水位，m，取1139.9；

T1——坝前淤积物厚度，m，取15.31；

T2——坝基级配不良砾厚度，m，取3.0；

k1——坝前淤积物渗透系数，m/d，取0.312；

k2——坝基级配不良砾透系数，m/d，取18.5；

2b——坝基宽度，m，取164。

经计算，在正常蓄水位时，坝后实际水力比降为0.39，大于允许水力比降0.12，故坝基级配不良砾存在渗透稳定问题。

综上分析，在水库低水位运行情况下，坝基存在一定的渗漏问题，未发现坝基产生渗透变形。但自完成改建以来，水库一直处于低水位运行状态，未经高水位运行考验。通过坝基渗透稳定性分析计算，在正常蓄水位条件，坝基存在渗透稳定问题，且坝体与两侧岸坡风化基岩接触带未采取任何防渗措施，易产生接触渗漏及冲刷，故应对坝基进行防渗处理。

2.3 左岸岩体稳定及绕坝渗漏

左坝肩为基岩岸坡，由太古界桑干群黄土窑组花岗片麻岩、黑云斜长片麻岩及燕山期辉绿岩岩墙组成，岩体中主要发育北东和北西向两组陡倾角节理裂隙，以及一组北东向缓倾角节理裂隙，软弱结构面不发育，岩体稳定性较好。受风化、卸荷作用，岸边节理裂隙有一定程度的张开，为左坝肩绕坝渗漏通道，据ZK08-7钻孔压水试验，岩体透水率为8.3～19.4Lu，为弱～中等透水性，左坝肩存在绕坝渗漏问题。根据左岸地质条件选用下式计算绕坝渗漏量：

式中：Q——绕坝渗漏量，m3/d；

k——渗透系数，m/d，取8；

H——坝前水库蓄水深度，m，取13.5；

h1——河水位高出隔水顶板的高度，m，取10.5；

H1——水库正常蓄水位高出隔水顶板的高度，m，取 31；

B——绕坝渗漏宽度，m，取80；

r0——绕坝渗漏最小半圆半径，m，取50。

经计算，左坝肩绕坝渗漏量为270.4m3/d，年渗漏量9.9万m3。由于岸坡较陡，卸荷带较窄，经水库47年的低水位运行情况分析，左坝肩未发现有渗水。综合分析，左坝肩存在一定的绕坝渗漏问题。

2.4 右岸岩土体稳定及绕坝渗漏

右岸为土质岸坡，地形较平缓，以溢洪道为界，左为主坝段，右为副坝段，副坝长150m。右岸坝基为太古界桑干群黄土窑组花岗片麻岩，岩体中主要发育北东和北西向两组陡倾角节理裂隙，软弱结构面不发育，岩体稳定性较好。根据钻孔注水试验，强风化岩体渗透系数为5～8m/d，为中等透水层，弱风化岩体钻孔压水试验透水率为7.2～17.4Lu，为弱～中等透水性。强风化花岗片麻岩具中等透水性，且节理裂隙较发育，可构成渗漏通道。故右岸存在绕坝渗漏渗漏问题。采用式（3）估算右坝肩绕坝渗漏量，其中绕坝渗漏宽度取值105m，其他符号取值同上。

经计算，正常蓄水位条件下右坝肩绕坝渗漏量为544.7m3/d，年渗漏量19.9万m3。由于水库淤积物起到了一定防渗作用，实际绕坝渗漏量较计算值小。

3 结语

通过勘察可知，主坝基存在渗透及渗透稳定性问题。建议对其进行防渗处理，防渗深度至中等透水带下限。

通过分析评价左、右两坝肩工程地质条件，两坝肩基岩存在绕坝渗透问题，建议对两坝肩进行防渗处理，防渗深度至中等透水带下限。