趙 宇

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

王莊水庫(kù)位于大東河一級(jí)支流小西河上，大東河屬海河流域大清河水系唐河干流的一級(jí)支流。該水庫(kù)于1973年10月正式動(dòng)工興建，由靈丘縣王莊等三個(gè)村村民實(shí)施，1974年10月竣工蓄水。水庫(kù)建成后，以灌溉為主，兼下游防洪。由于水庫(kù)壩基滲漏嚴(yán)重，多年帶病運(yùn)行，致使水庫(kù)不能正常蓄水。目前水庫(kù)為空庫(kù)度汛狀態(tài)。

壩址距靈丘縣城約15km。水庫(kù)大壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高20m，壩長(zhǎng)130m，壩頂寬3m，設(shè)計(jì)總庫(kù)容48.5萬(wàn)m3，控制流域面積4.5km2，屬?。ǘ┬退畮?kù)。

本次勘察為安全鑒定階段，需查明壩址的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)等工程地質(zhì)條件。查明壩體土的物理力學(xué)性質(zhì)、滲透特性，壩體沉陷及其它壩體病害和隱患的分布位置、范圍及處理情況。查明壩體與壩基接觸部位的物質(zhì)組成及其滲透特性。

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

壩址位于靈丘縣落水河鄉(xiāng)王莊村小西河上。壩址區(qū)河谷為“U”型谷，壩址區(qū)河流方向?yàn)镾28°W。發(fā)育地層巖性主要為太古界五臺(tái)群老潭溝組花崗片麻巖和第四系松散堆積物。

太古界五臺(tái)群老潭溝組（Arl）：巖性為灰白色花崗片麻巖?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石、云母等。厚度大于于500m。主要分布于左壩肩。

第四系上更新統(tǒng)洪沖積物（Q3pal）：巖性為淡黃色低液限粉土、低液限黏土，夾卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，稍濕，硬塑。厚度約13.0m。主要分布于壩址右壩肩。

第四系全新統(tǒng)洪沖積物（Q4pal）：巖性上部為淡黃色低液限粉土、低液限黏土，夾卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，厚度約7.0m；其下為卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，卵礫石成分主要為花崗片麻巖等，磨圓度中等，呈次棱角～次圓狀，細(xì)粒為中粗砂，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英、云母，厚度7.6～10.0m。主要分布于壩址底部。

第四系人工堆積物（Qs）：巖性主要為低液限粉土、低液限黏土，夾含細(xì)粒土礫層，結(jié)構(gòu)松散，厚度0～22m，主要為壩體土。

水庫(kù)淤積物（Ql）：巖性主要為級(jí)配不良砂、低液限黏土及低液限粉土，厚0～8m，主要分布于近壩庫(kù)岸。

1.2 地形地貌

壩址區(qū)范圍內(nèi)左岸及河谷被松散堆積物覆蓋，右岸邊山段基巖裸露。區(qū)內(nèi)無(wú)大的構(gòu)造分布，受區(qū)域構(gòu)造影響，壩址區(qū)邊山巖層產(chǎn)狀起伏變化較大，片麻理產(chǎn)狀為N85°W/NE∠86°。巖體中主要發(fā)育兩組高傾角裂隙，其產(chǎn)狀分別為：①N86°E/NW∠87°、②N27°E/SW∠81～86°，節(jié)理裂隙多為高陡傾角裂隙，裂隙面較平直，裂隙張開(kāi)，寬度1～40mm。這兩組節(jié)理裂隙均發(fā)育，間距0.1～0.3m。

根據(jù)地下水的賦存條件，庫(kù)區(qū)內(nèi)地下水類型可分為：松散巖類孔隙水、變質(zhì)巖類裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水主要賦存于河床的卵石混合土、混合土卵石、級(jí)配不良砂中，滲透性強(qiáng)，富水量大。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要接受大氣降水、變質(zhì)巖類裂隙水補(bǔ)給，向下游河谷徑流排泄。變質(zhì)巖裂隙水含水巖層為片麻巖，巖體中裂隙較為發(fā)育，裂隙是裂隙水的主要賦存、徑流通道，裂隙水徑流條件較好。地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要是流域內(nèi)大氣降水，據(jù)鉆孔資料，兩岸鉆孔水位為1085.21～1086.10m，河谷地下水位為1080.31m，兩岸地下水位高于河谷地下水位，故河谷兩岸裂隙水側(cè)向補(bǔ)給形式排泄、補(bǔ)給河谷中松散層的孔隙水。

壩基上部發(fā)育地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）卵石混合土，含漂石，最大粒徑200mm以上，結(jié)構(gòu)松散，卵礫石主要成分為變質(zhì)巖，磨圓度呈次棱角～次圓狀。厚度為7.6～10.0m。主要分布于河床中。據(jù)河床表層卵石混合土篩分試驗(yàn)資料，卵石含量約38.65%，礫石含量42.61%，砂粒含量16.21%，粉黏粒含量2.53%，不均勻系數(shù)Cu=157.10，曲率系數(shù)Cc=6.08。據(jù)鉆孔錐貫試驗(yàn)資料，壩基第四系松散層修正后的錐貫擊數(shù)為3～4擊。據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)，壩基卵石混合土層滲透系數(shù)K=35.4m/d，為強(qiáng)透水層。

下伏基巖為太古界五臺(tái)群老潭溝組（Arl）巖層，巖性為花崗片麻巖，主要分布于壩址左岸及下部。據(jù)壩基鉆孔壓水試驗(yàn)，其透水率為4.0～7.0Lu，屬弱透水巖體。

2 壩址工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1 壩基滲漏及滲透變形問(wèn)題

根據(jù)勘察資料和訪問(wèn)水庫(kù)管理人員，大壩壩基為卵石混合土，厚度7.6～10.0m，其下為太古界五臺(tái)群老潭溝組花崗片麻巖。建壩及除險(xiǎn)加固時(shí)壩基未做任何處理。壩基全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土為中～強(qiáng)透水性，構(gòu)成壩基滲漏層位，壩基存在滲漏問(wèn)題?，F(xiàn)采用下式對(duì)壩基滲漏量Q進(jìn)行估算。

式中：B——壩基長(zhǎng)度，取值67.2m；

k——透水層滲透系數(shù)，取值35.4m/d；

H——大壩上下游水位差，取值25.2m；

M——滲透層厚度，取值8.8m；

2b——壩底寬，取107.8m。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)水庫(kù)達(dá)到正常蓄水位時(shí)，壩基滲漏量為4524.36m3/d。

再者，壩基卵石混合土層，結(jié)構(gòu)松散，分選較差，而且在壩基及上、下游連續(xù)分布，卵石混合土直接出露，為壩后滲流出逸提供了條件，在壩上下游水位差產(chǎn)生的滲壓作用下卵石混合土層將產(chǎn)生滲透變形。根據(jù)卵石混合土層的篩分資料，其卵石含量約38.65%，礫石含量42.61%，砂粒含量16.21%，粉黏粒含量2.53%，不均勻系數(shù)Cu=157.10，曲率系數(shù)Cc=6.08。

根據(jù)該卵石混合土的不均勻系數(shù)和細(xì)顆粒含量，按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008），壩基卵石混合土滲透變形類型為管涌。根據(jù)卵石混合土層的顆粒組成、不均勻系數(shù)、細(xì)粒土含量和滲透系數(shù)等，經(jīng)計(jì)算，其臨界水力坡降為0.20，考慮工程重要性，取安全系數(shù)2，卵石混合土的允許水力坡降為0.10。

2.2 左、右壩肩穩(wěn)定及繞壩滲漏

左壩肩為基巖邊坡，坡度較陡。建壩時(shí)已將松散覆蓋層清除?；鶐r為太古界五臺(tái)群老潭溝組花崗片麻巖，巖性較軟，易風(fēng)化。片麻理產(chǎn)狀為，傾向左岸略偏下游。強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般5～10m。由于片麻理產(chǎn)狀較陡，且花崗片麻巖易風(fēng)化，左壩肩易產(chǎn)生小的坍塌。再者，左壩肩主要由花崗片麻巖組成，其滲透性較弱，由于強(qiáng)風(fēng)化厚度較大，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位時(shí)，存在繞壩滲漏，但滲漏量不大。綜合分析，左壩肩工程地質(zhì)條件較好。

右壩肩為土質(zhì)邊坡，岸坡較陡。巖性主要為上更新統(tǒng)洪沖積淡黃色低液限粉土、低液限黏土，偶含小礫石，結(jié)構(gòu)較松散，右壩肩穩(wěn)定性較好。再者，右壩肩主要由上更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土、低液限黏土組成，其滲透性弱，故右壩肩不存在繞壩滲漏問(wèn)題。綜合分析，右壩肩工程地質(zhì)條件較好。

2.3 壩體土的組成及性狀

大壩土質(zhì)為淡黃色、黃色低液限粉土、低液限黏土，夾礫石等，土質(zhì)不均，呈硬塑～可塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)松散。

本次勘察在壩頂布置2個(gè)鉆孔和2個(gè)豎井，在后壩坡布置1個(gè)豎井，對(duì)壩體土取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)及鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)。壩體土標(biāo)貫擊數(shù)N63.5為2.1～6.5擊，平均值為4.6擊，壩體土為松散，其干密度為1.22～1.58g/cm3，平均值為1.43g/cm3；含水率為10.9～22.8%，平均值為15.6%，壓縮系數(shù)av1-2為0.08～1.26MPa-1，平均值為0.37MPa-1，多具中等壓縮性；壓縮模量Es1-2為1.8～23.6MPa，平均值為6.6MPa；濕陷系數(shù)為0.001～0.052，部分存在濕陷性；垂直、水平滲透系數(shù)分別為9.04×10-6～3.68×10-4cm/s、9.29×10-6～2.01×10-4cm/s，具微～中等透水性，平均值分別為1.06×10-4cm/s、8.55×10-5cm/s，為弱～中等透水性；快剪試驗(yàn)：凝聚力為6.5～21.1kPa，平均值為11.1kPa，摩擦角為17.5°～26.0°，平均值為21.4°。

取壩體土進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪（CU）試驗(yàn)，并采用規(guī)范要求統(tǒng)計(jì)方法對(duì)三軸試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。綜上分析，壩體土平均干密度1.43g/cm3，壩體土干密度較小，孔隙比較大，局部孔隙比大于1，壩體土多為中等～高壓縮性土，壩體土質(zhì)不均，干密度較小，壩體質(zhì)量較差。從壩體土的滲透系數(shù)來(lái)看，壩體土的滲透性分布不均勻，壩體土防滲性能較差。根據(jù)壩體土物理力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，綜合考慮，建議總應(yīng)力條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Ccu=24kPa，φcu=16°；有效應(yīng)力條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C′=20kPa，φ′=22°。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次安全鑒定斟察，查明壩址區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體的物理特性，表明王莊水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，壩基為卵石混合土，左壩肩為太古界五臺(tái)群老潭溝組花崗片麻巖，右壩肩為第四系上更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土、低液限黏土。大壩主要存在壩基滲漏及滲透變形問(wèn)題。左右壩肩穩(wěn)定性較好，左壩肩由于強(qiáng)風(fēng)化厚度較大，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位時(shí)，存在繞壩滲漏，但滲漏量不大。壩體土大部分具弱～中等透水性，且壩體土滲透性分布不均勻，壩體土質(zhì)不均，干密度較小，壩體質(zhì)量較差。

通過(guò)對(duì)王莊水庫(kù)進(jìn)行全面的地質(zhì)評(píng)價(jià)，建議采取相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施對(duì)水庫(kù)進(jìn)行改造完善，使其真正起到灌溉防洪的作用，為當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)安全提供保障。