水库坝基常见工程地质问题及对策分析

温发甫

摘要：本文以那榔水库大坝地质为例，通过分析水库坝基的工程地质问题，包括坝基稳定、坝基渗漏、坝后浸没和筑坝材料，并提出相应的解决方案，希望可以为相关单位提供参考借鉴，推动我国水库建造行业的健康发展。

关键词：山地水库；坝基；工程地质；对策

山区水库的修建选址通常选择在峡口地带，地质较为稳定可靠，尽可能减少工程量，又便于就地取材，同时减少投资 ，以尽可能的实现水利工程效益最大化，部分选址为河谷、丘陵地带，坝基地层主要以洪积砂、乐石夹黏土及全风化砂泥岩碎碎石基层为主，其主要构成部分包括有沙壤土、裂隙粘土和粉细砂，整体结构强度较低，较为松散，渗透性较强，易压缩变形等。其主要的工程地质问题有坝基稳定、坝基渗漏、坝后浸没和筑坝材料等。

那榔水库基本地质情况

1、坝轴线位于那榔河山谷出口处上游约200m处，坝址河谷为“U”型谷，河道顺直。谷底宽约30m，坝轴线方位N85°W，正常蓄水位高程处谷宽128.0m。两岸地形基本对称，坡度25°～35°，地形条件满足建坝要求。

2、坝址基础岩性为T2b2中～厚层状细粒岩屑砂岩夹泥岩；两岸岸坡基岩零星出露，大部分为第四系松散层覆盖。左岸厚5～7m，右岸厚度4～5m；河床部位为第四系冲、洪积砂、卵砾石及砂質粘土，厚5.0m。

3、 坝址区岩层走向北西，倾向南西，倾角35°～47°，发育有北西及南西走向两组节理。

4、 根据钻孔揭示，两岸地下水埋深13-28m，表层风化裂隙发育，河床20m、两岸22m以内单位透水率多为5～74.4Lu，属弱～中等透水，以下单位透水率小于5Lu，属弱～微透水。

坝址所在河谷较狭窄，两岸覆盖层较厚，基岩零星出露，鉴于两坝肩基岩全、强风化带较厚，岩质软弱，岩体强度较低，作为土石坝基础相对适宜，拟研究的坝型为粘土心墙堆石坝及面板堆石坝。

3.4.3.2、粘土心墙堆石坝方案工程地质条件

坝顶高程1312.63m，水库正常蓄水位1308.94m，最大坝高49.80m，坝轴线长140.0m。

1、坝基工程地质条件

（1）岸坡稳定性

左岸为顺向坡，岸坡地形坡度25-30°，上覆第四系残、坡积含碎石粘土，一般垂厚3-7m，下伏基岩为T2b2中～厚层状细粒岩屑砂岩夹泥岩；浅部全～强风化，强风化下限埋深13.9～15.0m。强度较低，岩体为碎裂结构。下部基岩弱风化，层间无泥化夹层，边坡开挖时易产生局部顺层滑动，岸坡稳定性差。

坝址右岸为逆层坡，地形坡度30°～35°，表层为含碎石粘土覆盖，一般垂厚3～5m，结构松散。下伏基岩为T2b2中～厚层状细粒岩屑砂岩夹泥岩；浅部全～强风化，强风化下限埋深7～12m。强度较低，岩体为碎裂结构，下部基岩弱风化，层间无软弱夹层，基本稳定。

（2）、坝基强度及压缩变形

两岸第四系残、坡积含碎石粘土较厚，河床内为厚5.0米左右的第四系冲、洪积砂、砾石夹粘土及全风化砂泥岩碎砾，结构松散，强度低，易压缩变形及不均匀沉陷，需清除。两岸上部山坡强风化岩体完整性较差，可作为堆石心墙堆石体坝基持力层。心墙基础需清除表层第四系松散堆积体及全、强风化岩体，基础置于弱风化岩体上部。

（3）、坝基抗滑稳定性

坝基内第四系残、坡积及冲、洪积层两岸上部山坡全风化岩体抗剪强度较低，不能满足坝基抗滑稳定要求，坝基基岩T2b2弱风化中～厚层状细粒岩屑砂岩夹泥岩为层状结构，岩层走向与坝轴线斜交，结构面组合不利于滑动，坝基抗滑稳定性好。

（4）、坝基渗漏及绕坝渗漏

正常蓄水位以下弱～中等透水带厚度小于22m，单位透水率q一般为5-74.4u，存在坝基及绕坝渗漏，经计算建基面以下坝基渗漏量为18.4万m3/y，绕坝渗漏量左岸为5.4万m3/y，右岸为5.1万m3/y，总渗漏量为28.9万m3/y（见《下坝址坝轴线渗透剖面图》），需作帷幕防渗处理。

（5）、坝基渗透变形

坝基除上部第四系松散层及全风化岩石存在渗透不稳定外，下部强、弱风化岩体经勘探，不存在渗透变形。

（6）、坝基建基面及开挖深度

根据坝基变形、抗滑稳定性、渗透变形及岸坡稳定问题的分析，建议堆石坝坝基建基面：堆石区可置于强风化岩体的上部，需将第四系松散层及全风化岩石清除；心墙基础应置于弱风化岩体的上部，两岸清基开挖垂直深度5～8m，河床开挖最低高程为1263米。开挖边坡坡比松散层不陡于1：1，强、全风化基岩不陡于1：0.75～1：0.5，弱风化基岩不陡于1：0.3。

（7）、坝基处理及防渗处理

心墙基础开挖中易产生爆破松动，采用 心墙下设置砼垫层并作固结灌浆处理。由于坝基存在渗漏问题，需作帷幕防渗处理。防渗底界至弱透水层中带下限（q≤5Lu）以下3-5米，防渗边界向左岸延至弱透水层中带下限（q≤5Lu）与正常蓄水位交点处（里程0+000），向右岸延至弱透水层中带下限（q≤5Lu）与正常蓄水位交点处（里程0+225），帷幕线长计225米，采取沿心墙轴线布设帷幕灌浆孔一排，孔距1.50米。

1 坝基稳定分析

1.1坝基失稳的原因分析

坝基地层结构强度较低，松散度较高。如某水库坝基下伏涂层中分布一侧鞥浅灰色的软塑-流塑状态的淤泥质土壤，埋深5.6-7.4米，层厚1.0-5.0米，顶面高程-3.3--1.7米。当围坝坝顶填筑高程10.5米时，在桩号3+760-4+000段出现了施工期较大沉降，坝体出现较大裂缝，桩号3+880-3+950坝体背水侧出现滑坡，距离坝脚30米范围内的地面发生隆起。

造成坝基失稳的原因主要是坝基下伏的软弱土层发生变形。在荷载的作用下，位于内部的一些土颗粒之间发生运动而变形，慢慢荷载的不断增加，最终将会产生三个不同阶段的变形特点以及相对于的稳定特质。

1.2稳定措施分析

对于软弱土而言，既非弹性体同时也不是塑性体，因此通常将其认定为流变体。其压缩、蠕动以及膨胀等形变均可以认定为基于时间的一个函数关系。当负荷作用于软土上时，随着时间的推移，土层渐渐加固，整个强度也慢慢由于固结的加强而不断加强。固结的快慢一定程度上与土层排水条件有关，对于排水情况好的，往往其固结效率高，否则其固结效率将会大大降低。所以，基于对排水层的有效利用以及对排水条件的改善，可以对筑垻效率进行科学管控，同时也是确保坝基稳定的重要基础。目前，提高土层固结的方式主要包括，排水固接法、振密挤密法、灌浆法等等。不同的方法有不同的优势以及劣势，对于相关人员，应当预先对现场进行详细勘察，继而确定采取有效防治措施。

2 坝基渗漏问题分析

2.1坝基渗漏分析

坝基底层通常以中等透水层为主，水库内水通过坝基水平流向水库外，而实际坝基的渗透情况与其结构、渗透特性以及水库的实际蓄水情况有关。以某水库为例，参照《碾压式土石坝设计规范》相关规定，依据不同的地基土渗透情況与壤土的厚度情况，将坝基划分为单层结构以及无限渗透水层结构。参照规范得出该水库无限透水坝基计算深度约为20-100米左右。如下图所示为其年渗透量与估算深度之间的关系。

由上图可以看出，该坝基年渗透量速率逐渐放缓，坝基年渗透量上升速率也逐渐放缓，因此可以看出，坝基垂直截渗达到一定的深度后，其渗透量上升速率将逐渐放缓。

2.2坝基防渗措施分析

在坝型确定的情况下，实际该水库的蓄水量、坝底的宽度均为一定值，而渗流的路径以及土层的渗透系数则是可改变量，通常采用方式主要为垂直截渗以及水平截渗法，基于垂直截渗又分为垂直铺塑、混凝土截渗墙等等。水平截渗则主要为在水库底面铺设一特定的土工膜、库底素土翻压等等

3 坝后浸没问题分析

3.1坝后浸没原因及其条件

对于平原地区周边以及坝下游地区底面高程相对于库水位更低，以及位于封闭以及半封闭的洼地，原位坝基渗漏或者水库周边地下水流动缓慢，地表水以及地下水补给量高于排出量，进而使得水库周边区域地下水位升高，最终形成浸没情况。水库周边及其山前冲积扇，对水库及其周边原来的地下水以及排泄方式产生一定影响，继而使得地下水位升高，产生浸没。而这也是造成我国济南市玉清湖水库的浸没其主要原因。

3.2规避浸没措施分析

避免坝后浸没的相关措施应当有助于降低坝后地下水潜水位，一方面基于前文所述进行截流以及防渗透情况，从而降低水库的渗漏情况，减少原位水库渗漏继而造成的水路周边区域地下水位升高，其次则在坝下游区域增设一截流沟以及排水井，从而降低地下水潜水位。在水库以及山前冲积扇，洪积群相连接位置，还应当额外设置一系列纵向排水沟以及排水设备，从而可以及时对上游来水进行有效排除。

此外，筑垻材料也是潜在可能造成问题的主要原因之一。在水库建造前期，库区通常会有不同程度的盐碱化情况，实际用于筑垻的土壤材料中往往粗在一定的易溶盐，而实际大多数不属于盐渍土。对于盐渍土而言，往往存在于溶陷性、盐胀性以及腐蚀性。针对此类问题工程措施主要包括“银包金”方式、混合土料施工以及风干措施等。对于“银包金”的施工方式，将裂隙黏土充分包裹与壤土中，这样不但可以有效起到保护裂隙黏土不受外界的因素的干扰，同时也可以有效抑制裂隙黏土的膨胀情况。实际由于缓和土料在施工时施工质量难以进行有效管控，风干措施应当预先对备用土进行晾晒，因此需要耗费大量时间，且在施工上存在一定难度。

4 结束语

土质学问题以及土力学问题是当前导致水库问题的主要构成地质原因。对于黄泛区地层岩性变化较大，实际改善措施的是否科学、经济以及合理取决于地质资料等基础数据的准确性与可靠性，因而，地质勘察是采取相关措施的根本。

对于一些地基层多为软弱土的水库，所选择的整治措施既要与地基的特点相符，同时又可以充分有效的发挥地基的承载力与其特性，从而达到经济合理的目的。通常造成水库问题的各项原因之间相互关联，基于有效的勘察以及分析，继而采用多种计算模型对工程规避措施进行模拟分析，从而确定最终应对方案。基于科学化的方案制定，不但可以对设计存在的不足进行进一步的优化改善，同时也可以一定程度上节约不分开支，提高效益收入。

参考文献

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