阳高县守口堡水库坝基渗漏分析

杨光辉

（1太原理工大学 山西太原030024；2山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 守口堡水库概况

守口堡水库坝址位于守口堡村北黑水河河谷中，属小（1）型水库，工程等别为Ⅲ等，坝型为混凝土重力坝，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级,设计库容964.00万m3，设计坝高64.9m，正常蓄水位相对高程240 m。

2 坝基地质条件简述

坝基岩层片理产状：N80°W/SW∠32°，倾向右岸下游方向，受动力变质及混合岩化作用，层面不甚发育。坝基无大的断裂发育。仅在靠右岸处发育有小型断层及裂隙破碎带，破碎带宽度为0.1～2m，延伸200～300 m，为角砾和泥质全充填，影响带宽度5～30 m。

岩体节理裂隙较发育，主要发育四组：①组N32～46°W/NE∠69～82°，②组 N12～27°E/SE∠49～69°，③组 N68～78°W/NE∠31～79°，④组 N63～74°E/NW∠61～72°。

据钻孔揭露基岩强风化层厚度0.90～5.00 m，弱风化层厚度4.30～8.75m，弱风化层下限相对高程178.5～190.5m。据钻孔压水资料分析，坝基岩体在基岩面以下，在相对高程149～196m以上岩体属中等透水性，厚度3～28m。坝基左侧河床中等透水岩体厚度16～28m，右侧中等透水岩体厚度3～5m。以下为弱透水岩体，钻探深度内未揭露微透水岩体。

坝址覆盖层地下水位随季节变化，勘探期间地下水位相对高程202.38～203.8m。

3 坝基渗漏问题分析

3.1 坝基松散层渗漏问题

坝基松散覆盖层主要为卵石混合土，结构松散，透水性大，厚度6.5～19.8m，平均厚度16.5m。卵石混合土抽水试验、现场注水试验渗透系数8.7～12.3m/d，按10.3m/d来计。同时考虑到强风化层透水性亦较大，计算时也计入其中，强风化层0.9～5.0 m，按3.0 m计，钻孔注水试验渗透系数为1.12～2.69m/d，渗透系数取2.5m/d。加权平均渗透系数Kcp为9.1m/d。

坝基松散层渗漏量按以下公式进行计算：

式中：Q—渗漏量，m3/d；

H—坝前正常蓄水位与下游水位差，m；

2b—坝基宽度，m；

Kcp—渗透层平均渗透系数，m/d；

B—渗透层宽度，m；

T—渗透层厚度，m。

经过计算，大坝基础松散层渗漏量计算成果见表1。

表1 坝基松散层渗漏计算表

由表1可知，在正常蓄水位240.08m时，坝基松散层渗漏量为19659.9m3/d。坝基松散覆盖层渗漏性大，建议进行清除。

3.2 坝基松散层渗透变形问题

坝基地层为第四系松散层，物质组成以卵石混合土为主，局部夹有细砂透镜体，结构松散，分选较差，磨圆一般。厚度6.5～19.8m。

坝基卵石混合土颗粒分析试验：卵石含量30.8%～32.79%，砾石含量55.0%～57.2%，砂含量10.4%～15.3%，不均匀系数Cu=60～66.3，曲率系数 Cc=5.8～10.2。

3.2.1 渗透变形类型

据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2008）附录G土的渗透变形判别规定，对不均匀系数大于5的土可按其细颗粒含量（P），以质量百分率计（%）以下列判别式来判别：

流土：P≥35%

过渡型：25%≤P＜35%

管涌：P＜25%

计算结果表明，坝基土渗透变形类型为管涌。

根据《水利水电工程地质手册》中提供的经验方法进行了判别。判别采用了双标准：一是不均匀系数，二是细粒含量。

1）不均匀系数判别：坝基混合土卵石中，试样的不均匀系数Cu=60～66.3，均大于20，故渗透变形类型为管涌破坏。

2）细粒含量判别：手册中的细粒含量指粒径小于1mm的颗粒所占整个土重的比例（%）。从筛分统计，试样细粒含量介于10.63%～11.07%之间，均小于25%，渗透变形类型为管涌。

综上所述，按两种判别方法的判定，坝基土渗透变形类型为管涌。

3.2.2 允许水力比降的确定

1）临界水力比降的确定：混合土卵石层管涌的临界水力比降确定采用《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2008）附录G中管涌型或过渡型计算公式：

式中：Jcr—土的临界水力比降；

Gs—土的颗粒密度与水的密度之比，取经验值2.65；

n—土的孔隙率（%），取值24.5%；

d5、d20—分别占总土重的5%和20%的土粒粒径,mm，分别取值 0.84、9.7。

经计算，坝基混合土卵石层临界水力比降Jcr为0.18。

据坝基探坑、竖井渗水试验成果，坝基覆盖层渗透系数在14.6～27.9m/d之间，根据《水利水电工程地质手册》中管涌临界临界水力比降与渗透系数关系曲线查得，Jcr=0.30～0.42；坝基覆盖层细粒含量一般在10.63%～11.07%之间，据《水利水电工程地质手册》中临界水力比降与细粒含量（<1mm）关系曲线查得，临界水力比降Jcr取值范围为0.11～0.3。

经综合考虑后，建议产生管涌的临界水力比降总体按0.24考虑。

2）允许水力比降的确定：据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99），宜以土的临界水力比降除以1.5～2.0的安全系数后做为土的允许水力比降，考虑到本工程的重要性，安全系数取2.0，因此，坝基土产生管涌变形的允许水力比降为0.12，建议进行大坝设计时，坝基允许水力比降总体按0.12考虑。

综合各种因素考虑，建议卵石混合土层J允许取值0.12。

混凝土重力坝坝基建基面应具有足够的力学强度、足够的抗滑稳定安全性、足够的抗变形性能和良好的抗渗性能，并有足够的耐久性，防止岩体性质在高压水的长期作用下发生恶化。良好的坝基应具有岩体完整性、足够的抗变形和承载能力、弱的透水性和整体稳定性，以免变形过大引起地基破坏。由于坝基覆盖层存在管涌破坏，建议全部清除。

3.3 坝基基岩渗漏问题

坝基岩体中发育的节理裂隙是坝基渗漏的主要渗漏通道，坝基岩体上部为中等～弱透水性岩体，在库水作用下将会产生坝基渗漏。

图1 坝轴线的坝基剖面图

根据坝轴线上钻孔压（注）水试验资料，坝基岩体的透水性分布特征：

（1）坝轴线剖面（见图1）水平距离155～265m地段，基岩面相对高程189～207m。（a）坝基岩体中等透水带（q=10～100 Lu）厚度15～28m，下限相对高程157～174m，透水率10～16.2Lu，平均值10.1Lu。（b）弱透水带上部（q=5～10 Lu）厚度16.5～30 m，下限相对高程143～150 m，透水率7.4～9.8Lu，平均值9.1Lu。（c）在相对高程143～150 m以下的岩体透水率小于5Lu，为相对隔水层。

（2）坝轴线剖面水平距离265～410 m地段，基岩面相对高程189～207m。（a）坝基岩体中等透水带（q=10～100 Lu）厚度3～15m，下限相对高程174～196m，岩体渗透系数1.121～2.685m/d，平均值1.903m/d。（b）弱透水带上部（q=5～10 Lu）厚度30～41m，下限相对高程150～155m，透水率5.0～9.8Lu，平均值6.4Lu。（c）在相对高程150～155m以下岩体透水率小于5Lu为相对隔水层。

依据坝基岩体的透水性分布特点，坝基渗漏量采用分段计算。计算时以岩体透水率小于5Lu岩体为相对隔水顶板。

坝基渗漏量扔按公式（1）计算，计算结果见表2。

表2 坝基渗漏计算统计表

经计算，坝基基岩渗漏量为1225.80 m3/d。建议对坝基做帷幕灌浆处理，处理下限相对高程150～155m。

4 结论

1）坝址河床有较厚覆盖层，工程地质条件差，存在渗漏及渗透稳定等工程地质问题，建议清除。

2）坝基岩体工程地质条件较好，存在坝基渗漏、坝基抗滑稳定、基坑涌水及开挖边坡稳定等工程地质问题。建议大坝基础置于弱风化岩体中，对坝基岩体进行帷幕灌浆处理，并做好基坑排水及边坡支护等处理措施。