黄土高原某水库黄土湿陷性问题分析及处理建议

韩桃明 金立荣 张永央

摘 要：某水库位于黄土高原高山峡谷地带，场区地形狭窄，坝基岩性为土岩双层结构，上覆更新统黄土厚度大，而且具有自重湿陷性。本文根据场区地形地貌特点和试验资料对湿陷性黄土的湿陷性问题进行了分析，并提出了处理建议，为以后类似场区水利工程建设提供借鉴。

关键词：水利;黄土高原;湿陷性黄土;换填;挤密

Abstract： A reservoir is located in the high mountain valley of the Loess Plateau， the terrain of the site is narrow， the dam foundation is lithologic with a double layer of soil and rock， the overlying Pleistocene loess is thick， and has self-weight collapsibility. This paper analyzed the collapsibility of collapsible loess according to the topography and landform features of the site and the test data， and put forward treatment suggestions， which could provide reference for the future construction of water conservancy projects in similar sites.

Keywords： water conservancy;Loess Plateau;collapsible loess;replacement filling;compaction

黃土高原上某水库位于黄河一级支流鄂河水系的支流柳沟下游，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养殖的小（1）型水库，控制流域面积为74.6 km2。建成后，水库可以为乡镇提供人畜用水及灌溉用水，能解决1 000 hm2果园和约10 000人及牲畜的饮用水问题，缓解当地严重缺水的情况，大幅提高苹果产量，产生良好的社会和经济效益。该水库枢纽由大坝、溢洪道和泄洪洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高为46.5 m;水库总库容为348万m3，正常蓄水位库容为255.5万m3，死库容为200万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017），枢纽工程等级为IV等，工程规模为小（1）型。其主要建筑物按照IV级建筑物设计，次要建筑物按照V级建筑物设计，导流及临时建筑物按照V级建筑物设计。

1 地形地貌

工程区一级地貌单元属于黄土高原山地，场区海拔为680～864 m。坝址区位于柳沟与鄂河交叉沟口上游约560 m处，具有山区河谷地貌特征，河谷呈不对称窄U形。两岸上部为黄土塬，塬顶高程一般为725～799 m，下部基岩为三叠系（刘家沟组T1l）砂、页岩，基岩顶面高程为700 m左右。河床宽约为22 m，高程为679～682 m;局部有漫滩发育。

2 地质结构

库坝区地质结构为土岩双层结构。岩性主要为第①层碎石土，厚为0.8～18 m，位于河床左侧坡脚处;第①-1层卵石，层厚为0.8～2.0 m，呈透镜体状分布于河床;第②层黄土（重粉质壤土）（[Qalp 3]），层厚为2.2～19 m，底面高程为717.4～721.83 m，位于河谷两岸左右坝肩上部;第③层黄土（中粉质壤土）（[Qdlp2 ]），层厚为16.2～20.7 m，底面高程为698.48～704.96 m，位于河谷两岸左右坝肩第②层黄土下部，基岩上部;第③-1层泥砾石，厚约为1.9 m，呈透镜体状分布于第③层黄土底部;第④层长石石英砂岩，层厚为21.4～22.6 m，底面高程为660.7～669.64 m，分布于坝基上部，左右坝肩第③层黄土下部;第④-1层砂质页岩，层厚为2.1～9.3 m，底面高程为676.76～683.26 m，位于坝基上部第④层长石石英砂岩中;第⑤层砂质页岩，层厚为3.8～9.4 m，底面高程为649.83～665.84 m，位于坝基中部;第⑤-1层长石石英砂岩，层厚为2.8～3.8 m，底面高程为656.9～658.82 m，位于坝基中部第⑤层砂质页岩中;第⑥层长石石英砂岩，层厚为15.7 m，底面高程为637.12 m，位于坝基下部;第⑥-1层砂质页岩，层厚为1.6 m，位于坝基下部，分布于第⑥层长石石英砂岩中;第⑦层砂质页岩，揭露层厚为6 m，位于坝基下部，未揭穿。

3 地质构造

坝址区地层总体呈单斜状向西南倾斜，地层产状为260°～272°∠2°～8°。节理裂隙主要发育两组，其中①352°∠81°，延伸长，隙壁粗糙，钙质薄膜充填，裂隙间距为50～100 cm;②33°∠89°，延伸短，隙壁多光滑、无充填，裂隙间距为80～150 cm。其中以第①组为主，第②组较少发育。

坝址区未发现第四系断裂活动痕迹。

工程场区基本地震动峰值加速度为0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，相对应的地震基本烈度为Ⅶ度。区域地质构造基本稳定。

4 水文地质条件

坝址区地质结构为土岩双层结构。两岸上部岩性主要分布黄土（中、重粉质壤土），层间局部夹泥砾石透镜体;下伏基岩为长石石英砂岩和砂质页岩互层。库岸坡脚局部可见塌落的碎石土，河床中大片基岩出露，局部沉积卵石透镜体及人工填土。柳沟常年流水，水深为0.3～1.0 m。坝址区地下水类型为基岩裂隙水和松散层孔隙潜水，分别赋存于基岩裂隙和卵石层中。二者水力连系密切，主要接受大气降水、地表河水入渗及侧向径流补给，消耗于蒸发和侧向径流排泄。

黄土（中、重粉质壤土）的渗透系数[k]=（1.0～47 000）×10-8 cm/s，平均值为6.88×10-5 cm/s，具有微～弱透水性;卵石具有中等～强透水性;上部弱风化层的岩体（透水率[q]=35.62～98 Lu），具有中等透水性;河床风化深度约为6 m，其下为微风化层（[q]=0.81～9.42 Lu），属微～弱透水层。

5 坝基黄土湿陷性问题

坝基土主要为第四系更新统（[Qalp 3]）黄土和（[Qdlp2 ]）黄土，均具有湿陷性。勘察时在坝址区左右坝肩725 m高程以下4个竖井中采取原状土样，进行室内湿陷性试验[1]。黄土湿陷性试验成果及湿陷性判别计算成果如表1所示。

坝基土主要为第四系更新统（[Qalp 3]）黄土和（[Qdlp2 ]）黄土，均具有湿陷性。第②层（[Qalp 3]）黄土主要具有自重湿陷性，局部具有非自重湿陷性，第③层（[Qdlp2 ]）黄土具有自重湿陷性。库区正常蓄水高程为719.03 m。左坝肩位于库水位以下的第③层（[Qdlp2 ]）黄土厚度约为18 m，该场地为自重Ⅱ级（中等）湿陷性场地，湿陷厚度为6～8 m，湿陷性主要位于土层下部。右坝肩位于库水位以下的第②层（[Qalp 3]）黄土厚约为2.5 m，场地为自重Ⅲ级（严重）湿陷性场地。第③层（[Qdlp2 ]）黄土厚约为15 m，场地为自重Ⅱ级（中等）湿陷性场地，湿陷厚度约为6 m，湿陷性主要位于土层下部。

6 处理措施

根据坝基黄土的湿陷类型、等级、湿陷厚度以及本工程的位置特点，针对本工程坝基湿陷性黄土，笔者建议采取如下处理措施[2]：对于处理深度在1.0～3.0 m的地段，采用换填垫层法消除其湿陷性，换填垫层每层厚度为30 cm，压实度不小于0.95;对于处理深度在3～15 m的地段，采用挤密法消除湿陷性。灰土挤密桩的灰土配合比为2∶8（体积比），采用等边三角形布置，桩径一般为300～400 mm，桩中心距离为800～1 000 mm，施工采用沉管成孔，填料锤击夯实成桩，桩土的密实系数不小于0.96，桩间土的最小挤密系数不小于0.90。施工期间，施工人员应由外向内依次（间隔一孔）施工，均匀分布，逐步加密，及时夯填。通过对黄土湿陷性的处理，水库能较好地发挥经济效益。本文通过对黄土地貌山区一座水库的工程地质条件分析评价及对坝基处理措施的描述，能为以后类似场区工程建设提供借鉴。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.湿陷性黄土地区建筑标准：GB 50025—2018[S].北京：中國建筑工业出版社，2018.

[2]住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.