五曲湾水库坝址工程地质条件及评价

王新强

（平遥县惠柳婴水管处，山西 平遥 031100）

1 水库工程概况

五曲湾水库地处平遥县东泉镇水磨头村西南1km，位于黄河流域汾河水系一级支流惠济河西支中游，是一座以防洪、灌溉为主的小（一）型水库。水库控制流域面积92km2，主河道长16.2km，宽5.68km，河道纵坡36‰。

五曲湾水库始建于1972年9月，1974年10月停建，原设计总库容188万m3，其中死库容5.59万m3，兴利库容48万m3，防洪库容134.41万m3，设计防洪标准为20年一遇。枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪输水洞三部分组成。大坝为均质碾压土坝，最大坝高30m，坝顶长316m，坝顶宽6m。溢洪道位于大坝右端，全长150m，由进口段、一级跌水、平流段、二级跌水组成。泄洪输水洞建于大坝左侧，原设计为浆砌石半圆拱形涵洞，后在涵洞中套入直径1m的圆形钢管。

2 坝址工程地质条件及评价

2.1 坝址区工程地质条件

2.1.1 地形地貌条件

水库大坝坝轴线方向S70°W，坝址区河流呈“S”型，流向约为N75°E左右，河川宽150～230m。河谷为“U”型谷，谷底为卵石混合土，局部基岩裸露，河谷两岸为基岩，基岩表面强风化，谷顶高程1182～1127m，相对高差132～172m，属侵蚀—剥蚀中山区。

2.1.2 地层岩性条件

坝址区出露和揭露的地层为三叠系下统和尚沟组与第四系全新统。和尚沟组上部为浅灰黄色中厚层长石砂岩，中部为泥岩，下部为灰黄、灰紫色中细粒长石砂岩夹泥岩，厚约85m。第四系全新统洪冲积物主要为卵石混合土、级配不良砾，多分布于河床及Ⅰ级阶地之上，厚约0～6m。

2.1.3 地质构造条件

坝址区基岩呈缓倾的单斜构造，岩层产状为N50°W/NE∠5°，岩层倾向右岸偏上游。

2.1.4 水文地质条件

坝址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水两种类型。碎屑岩类裂隙水含水层为三叠系下统和尚沟组中的长石砂岩。泥岩、泥质砂岩起到一定的隔水作用，其地下水具有随机、无规律性。地下水位不统一，由两岸向河床逐渐降低；基岩类裂隙水主要接受大气降水和库水渗漏补给，河床下接受河水及孔隙水补给。松散岩类孔隙水主要分布在坝下河川卵石混合土中，卵石混合土级配差，孔隙大，渗透系数较大，层厚小于6m，分布宽度小于250m。根据ZKb1号孔注水试验，渗透系数为19.6m/d，其准确性比抽水试验差。

2.1.5 物理地质现象

坝址区主要为基岩岸坡崩塌、蠕滑、岩体风化。崩塌主要在大坝右岸溢洪道出口基岩陡岸段。由于岩体较硬、完整，构造不发育，故崩塌不强烈，规模较小，无大的不良物理地质现象。在大坝左岸基岩岸坡，由于在筑坝时进行过爆破，现岸坡基岩形成一顺层临空面，存在小规模的蠕动滑坡变形，由于规模较小，可忽略大坝及导流输水涵洞的影响。岩体的强风化层厚度一般2～4m，强风化岩体主要分布在河谷两岸，局部风化较严重，呈碎裂结构。

2.2 工程地质问题及评价

2.2.1 坝基地层及特性

河床高程1050m，河床中心覆盖层主要为第四系洪冲积物，根据ZKb1揭露，层厚约6m，不均匀系数大于20，为极不均匀卵石混合土层，强渗透性，为坝基主要渗漏层。

两岸及坝基基岩主要由三叠系下统和尚沟组灰紫色长石砂岩夹紫红色泥岩构成。坝基基岩埋深6m，呈单斜构造，产状为N50°W/NE∠3°，新鲜砂岩较硬，多呈中层构造，粉细结构，泥质胶结，抗风化能力较弱，泥岩岩性较软，与水作用易软化，抗风化能力极弱。强风化层厚2～4m，最厚可达10余米。

2.2.2 坝基渗漏分析与计算

坝基渗漏主要通过卵石混合土层渗漏。从水库大坝质量安全鉴定收集的资料看，筑坝时坝基覆盖层砂砾石未完全清理，会导致坝基渗漏。建库时坝基未进行过任何防渗处理。目前从大坝下游坡脚处可以观察到部分积水情况，说明坝基存在渗漏问题，尤其是在汛期库水位较高时渗漏问题较为严重。坝基渗漏采用达西公式进行计算，计算公式为：

式中：Q渗——坝基渗漏量，m3/d；

K——卵石混合土渗透系数，取19.6m/d；

H——坝上下游水头差，取21m；

2b——坝底宽度，取100m；

Tcp——渗透层平均厚度，取2.5m；

B——坝底长度，取110m。

计算得：Q渗=1104.3m3/d。

目前坝前淤积严重，多年平均淤积量1.27万m3，计算所得坝基渗漏量40.3万m3/a较实际渗漏量大。

坝基渗透稳定分析：根据坝址区卵石混合土层分析，不均匀系数为35～126，均大于临界值20，故判别五曲湾水库地基为极不均匀卵石混合土层，渗流破坏形式是管涌。

临界水力坡降的确定：本工程坝基卵石混合土渗透系数为19.6m/d，对应临界水力坡降为0.18。

允许水力坡降的确定：根据要求，采用上述方法确定的临界水力坡降进行渗流稳定评价时，应考虑一定的安全系数，对于管涌破坏，其安全系数可取1～1.5。本次安全系数采用1.0，允许水力坡降为0.18。

实际水力坡降的确定：当库水位稳定在正常水位时，坝后水位约为1054.5m，实际水力坡降等于坝上下游水头差与坝底宽度之比，计算得0.21，大于允许水力坡降，故坝基存在渗流破坏，破坏形式是管涌。

2.3 坝肩工程地质条件及评价

2.3.1 左坝肩

左坝肩为基岩岸坡，由三叠系下统和尚沟组长石砂岩及泥岩组成，岩层产状为N50°W/NE∠4°。左坝肩主要发育2组节理裂隙，裂隙宽度0.5～2cm，其产状分别为第 1 组 S55°～70°W/SE∠78°～83°，第 2 组 S50°～65°E/SW∠75°～83°，其中第 2 组节理裂隙与坝轴线斜交。基岩强风化层厚度4.0m。由于岸坡基岩较厚，岩层倾角较缓，因此左坝肩基岩稳定性较好。坝肩下游导流输水洞处有渗漏现象。根据ZKb2孔压水试验，其透水率为10.0Lu，为弱透水性，故暂不进行绕坝渗漏计算。

2.3.2 右坝肩

右坝肩为基岩岸坡，由三叠系下统和尚沟组长石砂岩及泥岩组成，岩层产状为N47°W/NE∠3°。左坝肩主要发育3组节理裂隙，其产状为第1组N70°～80°E/SE∠80°～83°，第 2 组 S58°～65°E/SW∠75°～83°，第3 组 N10°～18°W/NE∠83°，其中第 2 组节理裂隙与坝轴线斜交。基岩强风化层厚度4.0m。岸坡基岩较厚，岩层倾角较缓且向上游倾斜，因此右坝肩基岩稳定性较好。坝肩下游溢洪道处岩层层面在库水位较高时有渗漏现象。根据ZKb2孔压水试验，其透水率为11.5Lu，为弱透水性，故暂不进行绕坝渗漏计算。

3 结论及建议

第一，由于坝基底部河床上原有砂砾石层未完全清理，同时坝基基岩未作任何防渗处理，坝基存在渗漏问题，且存在渗流破坏，破坏形式是管涌，建议对坝基进行防渗处理。

第二，左、右坝肩存在渗水现象，建议对左、右坝肩进行帷幕固结灌浆处理。