洛惠渠龙首坝加闸过程中存在的工程地质问题及处理措施探析

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 咸阳 712000)

1 工程概况

洛惠渠是渭南市建设最早、北洛河流域最大的灌区。由时任陕西省主席、爱国将领杨虎城倡导，著名水利大师李仪祉主持规划，始建于1934年，1950年开灌受益，被誉为“关中八惠”之一。洛惠渠渠首龙首坝为滚水式弧形重力拱坝，最大底宽22.5 m，顶宽5.0 m，高16.2 m，坝顶高程404.5 m。1935年竣工运行至2003年基本正常。

1935年大坝竣工时坝顶就发现4条裂缝，到1955年增加到22条，70年代以来裂缝稳定在27条。裂缝产生的主要原因与坝休高温季节(1935年6月)封拱有关。

2003年11月对原坝体进行了加固改造，坝体高程由原来的404.5 m，加高至现在的405.0 m，并对浆砌石表面进行了外包混凝土加固处理。2006年7月竣工，至今已运行了10年多。坝体表面未见裂缝，亦未见渗水现象，说明加固处理措施得当，效果明显(图1)。

图1 龙首坝拱坝全貌(镜上上游)

2016年10月，洛惠渠管理局决定对龙首坝进行加闸处理[1]，并将库水位高程由现在的405.0 m抬高至412.0 m，增高7.0 m，由此增加库容，使其具有调节功能，扩大灌溉面积。

2 基本地质条件

工程区地处关中盆地东部、渭河以北。北洛河属渭河的一级支流，由北向南进入本区，切割了二级黄土台塬、一级黄土台塬和渭河冲积平原三大地貌单元。

工程区出露的地层从老至新主要为：(1)奥陶系中统(O2)的灰岩，主要分布于龙首坝坝址及下游地段和库尾的党家湾电站以北；(2)第三系上新统(N2)的红粘土，出露于河谷岸边及库盆下部，覆盖于灰岩上部；(3)第四系(Q)松散堆积层，黄土、黄土状壤土、砂及砂卵石等。

工程区位于汾渭断陷盆地的北部边缘与鄂尔多斯低台交汇地带，受祁吕贺山字型构造体系的影响，发育了一系列北东向和近东西向的断裂，如惠家河—雷家洼断层、富平—韩城活动断裂带和三原—东王活动断裂等，一般距工程区较远，对工程安全运行影响较小。

工程区地下水主要为基岩岩溶水和第四系松散孔隙水两大类。其中基岩岩溶水，主要埋藏于奥陶系灰岩中，水位高程374.00 m左右，水量丰富，连通性较好，水力坡度平缓，受大气降水及上覆第四系松散孔隙水的补给，在洛河河谷以上升泉形式排泄；第四系松散孔隙水：主要埋藏于第四系松散堆积物中，含水层为第四系冲积砂卵石及粉细砂、砂壤土，受大气降水补给，排向洛河或下伏灰岩。

3 加闸的主要工程地质问题

3.1 库区存在的主要工程地质问题

3.1.1 渗漏问题

现库水位条件下已运行多年，库区未见渗漏现象，但当库水太高7.0 m以后，将回水约10.0 km，至库尾党家湾水电站下游。库尾出露长度约200 m的灰岩地段，且灰岩中未见连通性的溶洞或宽大的溶蚀裂隙发育，库区通过灰岩产生岩溶渗漏问题不大，库尾渗漏对水库蓄水影响不大；库盆下部有一层厚度约10.0 m的第三系上新统(N2)的红粘土，微透水性，构成库盆相对隔水层。因此，加闸后水库不会产生渗漏问题[2]。

3.1.2 浸没问题

库岸大部分为洛河两岸的高漫滩和一级阶地，地层岩性以砂壤土为主，局部为卵石层。根据野外毛管水上升测试可知：砂壤土毛管水最大上升高度约2.0 m，卵石层最大上升高度0.1～0.3 m。库区内农作物以果树为主,分布有少量的房屋。水库浸没影响区主要位于库区南寺庄和状头村以西，麻街村以东及上游党家湾以南的一级阶地地段，浸没影响区范围以果树为主，面积共计843.4亩[3]。

3.1.3 淹没问题

库区无可开采的矿产资源分布,但将淹没苏家河、南寺庄、麻街村的大片耕地及果园，淹没面积约1 200亩。

3.1.4 库岸稳定问题

水库加闸蓄水后，库区一级阶地的后缘和二、三级阶地前缘的局部高陡黄土斜坡段将出现塌岸。库区塌岸主要位于库区中上段陡坡地段，据图解法分析，塌岸宽度9.8～25.2 m，塌岸方量预计21.2万 m3。

3.2 坝区存在的主要工程地质问题

龙首坝加闸建基面的选择需视现状浆砌石坝体和下伏基岩的完整性及力学性质而定，查明现状条件下坝体和坝基的工程地质条件尤为重要，为此，在坝轴线上进行了钻探及孔内压水试验和纵波波速测试等工作，并取浆砌石和下伏岩石样进行室内试验(图2)。现就设计关心的几个地质问题进行简要分析：

图2 坝轴线剖面图

3.2.1 建基面的选择

坝体浆砌石相当于Ⅲ级工程坝基岩体，满足作为加闸后基础的质量要求，建议开挖掉表面的混凝土层，建基面选择在高程403.0m左右的浆砌石坝体上。建议基础浆砌石指标按如下选取：饱和抗压强度Rb=15.0 MPa，变形模量Eo=8.0 GPa，泊松比μ=0.28，抗剪断强度指标f＇=0.90 ，c＇=0.70 MPa。

3.2.2 基岩力学指标

坝基灰岩能否满足作为加闸后的基础，也是设计关心的地质问题，为此，需对其物理力学指标进行评价。坝基为弱风化的奥陶系中统(O2)灰岩,厚度8.5～10.0 m，岩块的饱和单轴抗压强度Rb=110～145 Mpa，岩体纵波速度Vp=3 300～3 910 m/s，完整系数kv=0.44～0.47，岩体基本质量指标BQ=419～434，基本质量级别为Ⅲ级[4]。灰岩层面抗剪断强度指标：f＇=0.72，c＇=0.2 MPa，裂隙面抗剪断强度指标指标：f＇=0.5，c＇=0.1～0.15 MPa。加闸后不存在抗滑稳定问题，满足作为加闸基础的要求。

3.2.3 坝基的渗透稳定

坝体中部，即高程388～389.5 m段裂隙发育，压水试验数值大于15 Lu，致使浆砌石体相当于Ⅳ级工程坝基岩体，说明坝体浆砌石质量存在不均一性；下伏基岩段弱风化岩体透水率q=16～20 Lu，属中等透水；微风化岩体透水率q=1.3～30 Lu，产生这种变异较大现象的原因与岩体内溶蚀孔洞的发育和裂隙发育有关。

3.2.4 坝基的抗滑稳定

龙首坝加闸工作是在原有坝体上进行的，因此，需考虑加闸后坝基的抗滑稳定问题，还需考虑原坝基抗滑稳定的问题，即整体稳定性。从地质角度来说，更关心整体稳定性的问题。现坝基为奥陶系中统弱风化的灰岩，岩层倾向上游,倾向20°～30°，倾角10°～20°， 岩体中裂隙不发育，不存在影响抗滑稳定的缓倾角裂隙和软弱夹层，因此，坝基不存在抗滑稳定问题。

3.2.5 坝基冲刷问题

龙首坝经过多年的运行，坝下游河道内灰岩裸露，顺河向存在多处冲刷坑，较大的有两处：一处坑长约8.0 m，宽4～5 m，深0.3～0.5 m；另一处坑长约7.0 m，宽约3.5 m，深0.8～1.0 m。坑内基岩面高低不平，并形成跌水的陡坎，对大坝的抗滑和变形稳定均存在影响。

4 处理措施

4.1 库区的工程处理措施

针对库区存在较大范围的淹没及浸没问题，地质建议进行库岸防护处理，共防护4段，总长度约4.5 km，可保护现状条件下大片的农田。防护工程以堤防的形式沿一级阶地前缘布设，从而达到降低防护处理的高度和基础的埋置深度等问题。

4.2 坝区的工程处理措施

针对坝基存在渗漏稳定及软弱层的地质问题，浆砌石段坝基进行固结灌浆，以提高整体稳定性和强度；基岩段进行帷幕灌浆处理，处理下限至高程375.0 m，防止产生岩溶裂隙型的渗漏可能；针对坝下游出现的冲刷坑，对冲刷坑进行回填砼处理即可。

5 结语

洛惠渠龙首坝加闸后，库区浸没和淹没问题较为严重，需进行防护处理；

坝基基础存在局部透水性较大，质量较差的问题，需进行针对性的固结灌浆或帷幕灌浆处理；坝下游存在多处冲刷坑，影响坝基抗滑和变形稳定，需回填砼处理。