夏店水库坝址工程地质条件评价

焦 欣

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

夏店水库位于山西东南部太行山西麓，上党盆地以北，属海河流域浊漳水系，区内地貌单元为黄土丘陵区和冲积河谷区。大坝为碾压均质土坝，最大坝高15 m，坝长约325 m。工程坝址位于襄垣县夏店镇马河村西南马喊河下游，河谷底高程895 m，河谷底宽约160 m，主河槽处宽35 m。两岸为Ⅰ级堆积阶地。坝址区马喊河两岸均为土质岸坡，坡度较缓，两岸相对高差10～30 m，河谷断面为U型。

2 地质条件

夏店水库坝基为全新统洪冲积物（Q4pal），岩性上部为低液限粉土，含小砾石，土质不均，结构松散，呈可塑状态，厚0～1.0 m；下部主要为级配不良砾、卵石混合土夹级配不良砂等，结构松散，分选较差。其中砾卵石成分主要为砂岩及少量灰岩，磨圆度为棱角—次棱角状，一般粒径20～30 mm，细粒主要为中粗砂及低液限粉土，主要矿物成分为石英、长石、云母及一些岩屑。本层厚1.5～3.9 m，分布于坝址马喊河谷底。

两坝肩地层为下更新统洪积物（Q1pl），岩性为灰绿、灰白色低液限黏土夹低液限粉土，局部夹级配不良砂，呈硬塑—可塑状态，结构较密实，厚度大于20 m，分布于谷底。中更新统洪积物（Q2pl）岩性为浅红色、棕黄色低液限黏土，夹不连续的钙质结核及古土壤层，结构较密实，呈硬塑—可塑状态，发育垂直节理，厚5～20 m，分布于坝址两岸。

坝址区地下水类型为碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙水。碎屑岩类裂隙水赋存于二迭系上石盒子组地层中，砂岩为含水层，砂质泥岩、泥页岩为相对隔水层。富水性主要受含水层节理裂隙发育程度、结构、胶结物、风化程度等因素影响，具有不均匀性，一般含水性较差—中等，该类水补给松散岩类孔隙水，主要为全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾、级配不良砂等，富水性较好。地下水埋藏较浅，自马喊河上游向下游径流排泄，为补给型河谷。

3 地质问题分析

3.1 坝基土工程地质特性

坝基主要为全新统洪冲积级配不良砾、卵石混合土夹级配不良砂，该层结构松散，分选性差，砾卵石成分主要为砂岩，砂粒主要为中粗砂。根据野外筛分资料，其颗粒级配组成为：卵石含量0～15.5%，砾石含量57.6%～67.2%，砂粒含量26.7%～34.9%，粉黏粒含量0.5%～3.4%；不均匀系数 18.2～89.7，曲率系数 0.6～1.7。据钻孔注水试验及坝后试坑渗水试验，其渗透系数为5.0～17.5 m/d，为中强透水层。

下伏为下更新统洪积灰绿、灰白色低液限黏土，局部夹低液限粉土，结构较密实，厚度大于20 m。据室内土工试验资料，其干密度为1.56～1.67 g/cm3，平均值1.61 g/cm3；饱和压缩系数 av1-20.20～0.33 MPa-1，平均值0.27 MPa-1，具中等压缩性；水平渗透系数 7.48×10-8～1.45×10-4cm/s，平均值 3.10×10-5cm/s，垂直渗透系数3.23×10-6～2.63×10-5cm/s，平均值 1.22×10-5cm/s，多具弱透水性。该层为坝基相对隔水层。

3.2 坝基渗漏及渗透稳定

坝基主要为全新统洪冲积级配不良砾、卵石混合土夹级配不良砂，渗透系数5.0～17.5 m/d，为强透水层。下伏下更新统洪积低液限黏土层，厚度大于20 m，为相对隔水层。建坝时主河槽处做了截水槽，据钻孔揭露，主河槽处截水槽深度至下更新统低液限黏土层，该处坝基级配不良砾、卵石混合土层被截断。但主河槽两侧Ⅰ级堆积阶地处级配不良砾、卵石混合土层未做截水槽，本层厚度1.5～3.9 m，为中强透水层，构成坝基渗漏层位，坝基存在渗漏问题。水库建成后，渗漏较严重，坝下游河谷处长期有水流。后来随着水库坝前淤积物的增厚，起到了防渗铺盖作用，且上游来水减少或基本没有来水，渗水情况有所减弱。目前坝后河谷处被填平用来耕种，坝后未发现明显渗水。

现根据坝基地质结构，考虑坝前淤积物起到的一定的防渗作用，坝基级配不良砾夹卵石混合土和级配不良砂层渗透系数采用加权平均值，求得渗透系数为6.5 m/d，计算段宽度取主河槽两侧Ⅰ级堆积阶地处宽度。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，取主河槽两侧河谷宽度值110 m；

k——岩层渗透系数，取加权平均值6.5 m/d；

H——正常蓄水位时大坝上下游水位差，取值10.5 m；

M——坝基透水层厚度，取主河槽两侧平均厚度值2.6 m；

2 b——坝基宽度，取值85 m。

经估算，在正常蓄水位条件下，坝基渗漏量约为223 m3/d。

坝基级配不良砾夹卵石混合土和级配不良砂层，结构松散，分选较差，级配不连续，而且在坝基及上下游连续分布，在坝上下游水位差产生的渗压作用下，该层将产生渗透变形。据筛分试验资料，其不均匀系数为18.2～89.7，大于5，细颗粒含量小于25%，故可能产生的渗透变形类型为管涌。根据坝基级配不良砾层的颗粒组成、不均匀系数、细粒土含量和渗透系数等查得其平均临界水力比降为0.26，考虑工程重要性，取安全系数2，其允许水力比降为0.13。

3.3 两坝肩土体稳定及绕坝渗漏

左右坝肩为土质岸坡，坡度较缓，地层岩性主要为中更新统洪积浅红色低液限黏土，结构较密实，厚度10～18 m。其干密度为1.57～1.69 g/cm3，平均值为1.62 g/cm3，具中等压缩性；渗透系数为1.53×10-7～6.06×10-5cm/s，多具微弱透水性。其下为下更新统洪积灰绿、灰白色低液限黏土，局部夹低液限粉土，结构较密实，厚度大于20 m。其干密度为1.56 g/cm3，具中等压缩性；渗透系数为 1.44×10-5～1.83×10-5cm/s，具弱透水性。两坝肩岸坡土体稳定性较好。两坝肩岸坡主要由中、下更新统低液限黏土组成，其渗透性较弱，两坝肩不存在绕坝渗漏问题。综上分析，左右坝肩工程地质条件较好。

4 结语

通过分析，坝基主河槽两侧主要为全新统级配不良砾夹卵石混合土和级配不良砂，为中强透水层。下伏下更新统低液限黏土层为相对隔水层。因坝基存在渗漏和渗透稳定问题，建议对坝基进行防渗，防渗深度进入下伏下更新统低液限黏土层2～3 m，并在坝后设排水棱体。左右两坝肩岸坡为中、下更新统低液限黏土层，结构较密实，渗透性较强，两坝肩工程地质条件较好。