渠繼明

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司山西太原030024）

1 水庫(kù)概況

耿莊水庫(kù)是萬(wàn)家寨引黃北干線向朔州市供水線路末端的調(diào)節(jié)水庫(kù)，水庫(kù)按雙庫(kù)設(shè)計(jì)，總庫(kù)容236 萬(wàn)m3，兩庫(kù)庫(kù)容均為118 萬(wàn)m3,死庫(kù)容均為13 萬(wàn)m3。Ⅰ庫(kù)位于工程區(qū)西部，Ⅱ庫(kù)位于工程區(qū)東部，屬半挖半填平原圍封水庫(kù)，大壩為碾壓均質(zhì)土壩，全庫(kù)盆采用復(fù)合土工膜防滲。兩庫(kù)壩頂高程均為1128.0 m，正常蓄水位為1 126.5m，Ⅰ庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)底高程1120.7～1 122.5 m，Ⅱ庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)底高程1 119.9～1 123.0 m。主要建筑物為大壩、調(diào)壓井、進(jìn)水口、出水口泄水建筑物以及環(huán)庫(kù)公路等，大壩為均質(zhì)土壩。屬小Ⅰ型水庫(kù)。在水庫(kù)東側(cè)有一條南北向的天然氣管線。

2 區(qū)域地質(zhì)條件

區(qū)域地勢(shì)北高南低，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，本區(qū)可分為構(gòu)造剝蝕低山區(qū)、邊山構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)和山前傾斜平原區(qū)三種地貌單元。研究區(qū)所涉及的地貌單元主要有邊山構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)和山前傾斜平原區(qū)，以山前傾斜平原區(qū)為主。

區(qū)內(nèi)出露地層有：下古生界寒武、奧陶系碳酸鹽巖，上古生界石炭、二迭系砂巖、頁(yè)巖、泥巖、鋁土巖，新生界上第三系黏土及第四系松散堆積物。

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元處于呂梁—太行斷塊云崗塊坳西南端，桑干河新裂陷西北邊部。研究區(qū)構(gòu)造格架受區(qū)域地應(yīng)力和構(gòu)造活動(dòng)控制。晉冀魯豫運(yùn)動(dòng)（加里東運(yùn)動(dòng)）和海西運(yùn)動(dòng)形成了奧陶系與石炭系中統(tǒng)平行不整合。中生代燕山運(yùn)動(dòng)在本區(qū)表現(xiàn)為主應(yīng)力場(chǎng)是以東部相對(duì)向北，西部相對(duì)向南的直線扭動(dòng)作用，形成云崗塊坳和偏關(guān)神池塊坪雛形。云崗塊坳總體為向斜。向斜內(nèi)微型波狀褶皺、次級(jí)斷裂發(fā)育，并伴有中酸性巖漿巖侵入。

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

按照地下水的賦存條件，可將區(qū)域地下水分為碳酸鹽巖類巖溶水、松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。

區(qū)域內(nèi)主要物理地質(zhì)現(xiàn)象是滑坡坍塌、煤礦采空區(qū)塌陷、泥石流、巖溶與風(fēng)化。

3 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件

水庫(kù)地貌上屬于山前傾斜平原區(qū)，北鄰邊山構(gòu)造剝蝕黃土丘陵區(qū)。

水庫(kù)涉及的地層由新至老依次有：人工堆積（Qs）、第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3pl）、第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）。

人工堆積（Qs）：人工堆積物主要由庫(kù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有人工建筑物及筑路構(gòu)成。

第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3pl）：在庫(kù)區(qū)地表廣泛分布，該層厚度一般3.4～25 m，巖性為淺黃-棕黃色低液限黏土，局部夾有少量的砂、礫類，土層上部干，中下部較濕、硬塑-堅(jiān)硬，含水率為4.6%～31.9%，平均值為13.52%，干密度為1.29～1.61 g/cm3，平均值為1.45 g/cm3，天然狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2=0.04～0.81 MPa-1，多具中等壓縮性，部分土層具高壓縮性，飽和狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2=0.11～0.56 MPa-1，多具中-高壓縮性，濕陷系數(shù)0～0.225，多具濕陷性，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)擊數(shù)平均值為16.5 擊，修正后的平均值為15.1 擊。

第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）：在整個(gè)庫(kù)區(qū)均有分布，多埋于地表以下，只在溝壁陡壁及局部地表開(kāi)挖揭露處有所出露，頂面埋深3.4～25 m，上覆上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)地層。巖性為淺紅、淺黃色低液限黏土夾少量砂、礫類土層。土層濕-飽和，硬塑-軟塑狀態(tài)，含水率為8.3%～32.3%，平均值為18.13%，干密度為1.32～1.70g/cm3，平均值為1.49 g/cm3，天然狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2=0.02～0.23 MPa-1，多具低-中壓縮性，飽和狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2=0.1～0.38 MPa-1，多為中等壓縮性。部分土層具濕陷性，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)擊數(shù)平均值為10.4 擊，修正后的平均值為8.4 擊。

庫(kù)區(qū)地下水類型為松散巖類孔隙水，主要接受北邊山側(cè)向補(bǔ)給及大氣降水入滲補(bǔ)給，總體由北而南向桑干河逕流。庫(kù)區(qū)地下水位埋深14.65～20.85 m，水位高程1 101.60～1 111.54 m。

4 庫(kù)區(qū)地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)及處理措施

4.1 水庫(kù)滲漏及處理措施

庫(kù)區(qū)地層為Q3pl、Q2pl低液限黏土，偶夾有薄層砂、礫及卵石混合土透鏡體。

Q3pl低液限黏土垂直滲透系數(shù)9.8×10-5～2.8×10-4cm/s，平均值1.72×10-4cm/s，大值平均值2.33×10-4cm/s；多屬弱-中等透水層，水平滲透系數(shù)2.1×10-6～1.1×10-3cm/s，平均值為1.67×10-4cm/s，大值平均值為3.32×10-4cm/s，多屬弱-中透水層。

Q2pl低液限黏土垂直滲透系數(shù)為1.2×10-5～9.7×10-5cm/s，平均值5.5×10-5cm/s，大值平均值8.8×10-5cm/s，屬弱透水層，水平滲透系數(shù)為1×10-6～9×10-4cm/s，平均值為1.37×10-4cm/s，大值平均值為3.41×10-4cm/s，多屬為弱-中等透水層。

據(jù)庫(kù)區(qū)低液限黏土層現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)為3.55×10-6～2.76×10-5cm/s，平均值為1.28×10-5cm/s，大值平均值為2.19×10-5cm/s，屬微-弱透水層。

由于庫(kù)區(qū)地層具有一定的透水性，區(qū)內(nèi)地下水位埋藏較深，水庫(kù)存在向庫(kù)周及庫(kù)盆的永久滲漏問(wèn)題。對(duì)滲漏問(wèn)題，全庫(kù)盆采用復(fù)合土工膜防滲。

4.2 庫(kù)區(qū)浸沒(méi)

水庫(kù)地形較平緩，地層巖性主要為Q3pl、Q2pl低液限黏土。土層至地下水位深度內(nèi)無(wú)相對(duì)隔水層，地下水位埋藏較深，徑流條件好，地下水礦化度低。水庫(kù)蓄水后，其滲流向下游排泄，地下水位壅高值也不會(huì)太大，故庫(kù)區(qū)不存在浸沒(méi)問(wèn)題。

4.3 水庫(kù)岸坡穩(wěn)定及處理措施

水庫(kù)范圍內(nèi)不存在滑坡及潛在不穩(wěn)定岸坡，天然狀態(tài)下岸坡穩(wěn)定。庫(kù)岸地層巖性為低液限黏土，局部夾極少量砂、礫粒，屬土質(zhì)岸坡，抗水沖蝕能力弱。該水庫(kù)為挖填結(jié)合的圍封水庫(kù)，開(kāi)挖填筑后形成的庫(kù)岸邊坡在庫(kù)水作用下易產(chǎn)生坍岸問(wèn)題，壩坡采用預(yù)制六邊形混凝土防護(hù)，下設(shè)反濾土工布。

4.4 水庫(kù)淤積

由于入庫(kù)水主要為清水，泥沙含量不大，故水庫(kù)淤積物可能的主要來(lái)源是庫(kù)岸坍塌物，在對(duì)庫(kù)岸進(jìn)行有效防護(hù)后水庫(kù)淤積問(wèn)題不大。

4.5 水庫(kù)誘發(fā)地震

庫(kù)區(qū)地下水位埋藏較深，水庫(kù)容量很小，水庫(kù)最大水深僅8m，水頭低。水庫(kù)建于透水性較弱的覆蓋層中，庫(kù)水即使?jié)B漏對(duì)周圍水文地質(zhì)條件的改變也很小。因此水庫(kù)蓄水后產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性不大。

4.6 濕陷性及處理措施

庫(kù)區(qū)土層由中更新統(tǒng)（Q2）、上更新統(tǒng)（Q3）土層組成，其中，上更新統(tǒng)土層應(yīng)判為中等濕陷性土層，中更新統(tǒng)土層頂部為低-中等濕陷性土層。

在200 kPa 壓力下濕陷厚度一般3～7 m。在現(xiàn)狀下庫(kù)區(qū)北部場(chǎng)地為非自重濕陷性場(chǎng)地，庫(kù)區(qū)南部場(chǎng)地為自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)Ⅰ級(jí)（輕微）～Ⅱ級(jí)（中等）。

水庫(kù)開(kāi)挖后，庫(kù)區(qū)北部土體開(kāi)挖厚度大，上部濕陷性土層將被挖除，北部地基濕陷等級(jí)將降低，局部不具濕陷性；南部土體只挖除表層約0.5 m 的耕植土，濕陷性不會(huì)消除。

總體上，庫(kù)區(qū)北部場(chǎng)地按非自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)按Ⅰ級(jí)（輕微）考慮；南部場(chǎng)地按自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)按Ⅱ級(jí)（中等）考慮。為防止?jié)裣莓a(chǎn)生不均勻沉陷，影響土工膜防滲效果，對(duì)濕陷性場(chǎng)地均進(jìn)行了針對(duì)性處理，處理深度為3～7 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件等，主要采用強(qiáng)夯法消除部分或全部地基濕陷量，并采取嚴(yán)格防水措施。另外，由于水庫(kù)東側(cè)的天然氣管線距離強(qiáng)夯邊界線較近，管軸線與強(qiáng)夯邊界線最小距離僅為3.9 m，為避免強(qiáng)夯施工可能對(duì)天然氣管線造成不利影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)夯邊界距離天然氣管線小于60 m 范圍內(nèi)的庫(kù)區(qū)土處理采用比強(qiáng)夯振動(dòng)較弱的素土擠密樁的方法；對(duì)工程區(qū)域內(nèi)樹(shù)木根系發(fā)育密集區(qū)域，為不影響強(qiáng)夯效果，進(jìn)行土體挖除后換填。

4.7 場(chǎng)地土類型及建筑場(chǎng)地類別

建筑場(chǎng)地類別應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土的等效剪切波速與場(chǎng)地覆蓋層厚度劃分，據(jù)場(chǎng)地物探剪切波測(cè)試成果，場(chǎng)地土等效剪切波速Vse為278～316 m/s，屬中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地覆蓋層厚度大于5 m，故建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

4.8 場(chǎng)地穩(wěn)性

水庫(kù)位于山前斜坡地帶，工程區(qū)內(nèi)無(wú)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。雖然F12斷裂在水庫(kù)附近或通過(guò)水庫(kù)，但該斷裂在上更新世（Q3）以來(lái)均未見(jiàn)活動(dòng)跡象，其活動(dòng)性對(duì)工程影響很小。

4.9 地下水腐蝕性評(píng)價(jià)

庫(kù)區(qū)地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg-Na 型，其指標(biāo)值HCO3-含量3.25 ～3.78 mmol/L，PH 值7.34～7.51，侵蝕性CO2未檢出，Mg2+含量16.91～26.78 mg/L，SO42-含量41.79～51.54 mg/L，地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

5 結(jié)語(yǔ)

耿莊水庫(kù)建于深厚覆蓋層中，地下水位埋藏較深，存在向庫(kù)底及庫(kù)周的永久滲漏問(wèn)題，全庫(kù)盆采用復(fù)合土工膜防滲；壩基土具有濕陷性，采用強(qiáng)夯法和素土擠密樁處理；開(kāi)挖后形成的庫(kù)岸邊坡存在坍岸問(wèn)題，邊坡采用預(yù)制六邊形混凝土防護(hù)。

水庫(kù)于2011年7月底開(kāi)始蓄水運(yùn)營(yíng)至今已10年有余，根據(jù)耿莊水庫(kù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2021年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，Ⅰ庫(kù)最大垂直位移年度累計(jì)沉降54.4 mm，Ⅱ庫(kù)最大垂直位移年度累計(jì)膨脹38.2 mm；Ⅰ庫(kù)集水井2021年平均水位4.31 m，水位最大變幅0.07 m，水位變幅較小，Ⅱ庫(kù)集水井2021年平均水位5.36 m，水位最大變幅0.05 m，水位變幅較小。

從目前觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，大壩垂直位移和集水井滲流量均比較穩(wěn)定，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，說(shuō)明查明的水庫(kù)地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)較為客觀準(zhǔn)確，采用的措施合理、效果明顯。