山西省柏叶口水库坝基工程地质条件评价

第３期（总第１８１期）　２０１１年８月　山西水利科技　

ＳＨＡＮＸＩ　ＨＹＤＲｏＴＥＣＨＮＩＣＳ　Ｎｏ－３（Ｔ０ｔａｌ　Ｎｏ．１８１）　

Ａｕｇ．２０１　１　

１００６—８１３９（２０１　１）０３—１６—０２　

山西省，ｔｉ　ｎｔ口水库坝基工程地质条件评价　任佳　，刘水吉　，张梧荫　（１山西省柏叶口水库建设管理局，太原０３０００２；２山西省水利水电勘测设计研究院，太原０３００２４）　

１坝基工程地质　摘要：在施工地质工作的基础上，对柏叶口水库工程面板堆石坝坝基进行了工程地质评　价。评价内容包括坝基渗漏，渗漏稳定，地震，防渗处理，基础处理措施等。　关键词：坝基；工程地质条件；评价　中图分类号：Ｐ６４２　文献标识码：Ｂ　

１．１坝基工程地质条件　１．１．１地形地貌　柏叶口水库坝址位于文峪河中上游，该处文峪河河谷宽　度坝轴线上游宽１２０～１４０　１１１，坝轴线下游宽９５～１２０　ｍ，河床　主流宽１５～２０　ｍ。河谷中间发育一河谷深槽，深槽覆盖层揭　露厚度１０．５～１５．１　ｍ，推测宽度１Ｏ～１５　ｍ。　１．１．２地层岩性　坝基建基面地层为全新统洪冲积物，其岩性为卵石混合　土、混合土卵石，局部为砂层透镜体。厚度一般７－８　ｍ。　下伏基岩面相对高程一般在８～１０　ｍ（此处相对高程系　以坝的最低趾板底高程为相对高程的零点，下同），在河床中　间深槽处相对高程在１．０～５．０　ｍ。基岩主要为下太古界界河　口群一段灰、灰白色混合花岗岩、变粒岩岩组（ＭＬ—Ａｒ。ｉ）。大　致在坝轴线下游１３０　ｍ地段下伏基岩为界河口群二段肉红　色混合花岗岩组（Ｍｇ—Ａｒ　ｉ　）。河谷基岩中局部穿插大理岩　（Ｍ—Ａｒ　ｊ）、变质辉长岩（辉绿岩）（ｐ　）及肉红色变质花岗岩　或变质伟晶岩（　）。大理岩、变质辉长岩（辉绿岩）、变质花岗　岩、变质伟晶岩一般呈条带状、脉状分布，大理岩和变质辉长　岩（辉绿岩）在许多地段呈伴生产出。　１．１－３地质构造　河床中还有Ｆ１６断层及Ｆ３２断层通过，Ｆ１６断层在坝轴　线上游５００　ｍ通过，对大坝无影响。　１７３２断层为推测断层，该断层带内的ＺＫ０９ｙ一６、ＺＫ９—１４　号孑Ｌ中变质辉长岩（辉绿岩）岩芯破碎，一些地段岩芯呈泥　状，推测断层附近的ＺＫｂ一１０、ＺＫＯ９ｙ一２、５、４号孔岩芯破碎，　采取率及ａＱＯ值较低。推测断层在河床部位位于设计下游　坝坡脚以外。　１．１．４物理地质现象　河床基岩全强风化层厚０～１０　ｍ，一般厚度１～５／ｎ，节理　裂隙密集带内厚可达２Ｏ～３０　ｍ，弱风化带一般厚１４～２６　ｍ。一　般右侧风化程度较左侧大。　趾板处河床基岩全、强风化带一般厚１～１０　ｍ，弱风化带　

一般厚１６～５５　ｍ。其中左侧河谷基岩全、强风化带厚１　８　ｉｎ，　

［收稿日期］２０１１－０６—２９　［作者简介］任佳，男，１９８５年生，２０１０年毕业于山西农业大学。　

・ｌ６・　

强风化带下限相对高程１．５～１０　ｍ；弱风化带厚ｌ６　２３　ｍ，弱　风化带下限相对高程一２１—１７　ｍ；右侧河谷基岩全、强风化带　厚５—１０　ｍ，强风化带下限高程一１．５－－０．５　ｍ；弱风化带厚３５～　５５　ｍ，弱风化带下限高程一５５～５５　１１１。址板线上游侧及下游侧　分别存在一节理密集带（带１、带２），带内全强风化带厚度推　测２０～３０　ｍ。　总体看，河床基岩风化厚度右侧较左侧厚。尤其在趾板　处表现较为明显。　１．１．５水文地质条件　河床部位地下水类型为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，　水位埋深１－２　ｍ，水位相对高程在１４—１５．６　ｍ之间。地下水总　体由上游向下游流动，水力梯度一般较平缓。　据ＺＫ０９—６、ＺＫ０９—１１号钻孔抽水试验，河床（Ｑ４　）覆盖　层渗透系数为２３．９０～３７．１７　ｎｄｄ。据ＺＫｂ一２号孔注水试验，其　渗透系数为２４．６１　ｍ／ｄ，为强透水层。　据野外大型卵石混合土、混合土卵石样室内试验，其渗　透系数为４．４０ｘ１０－ｚ－３．２０ｘ１０～ｃｎｄｓ，平均值为１．８０ｘ１０一ｅｍ／ｓ，　即３８．０２～２７６．４８　ｍ／ｄ，平均值为１５５．５２　ｍ／ｄ，具强透水性。　１．２坝基工程地质评价　１．２．１坝基渗漏　坝基覆盖层渗透系数为２３．９０　３７．１７　ｍ／ｄ，为强透水性，　坝基上部岩体大多具中等一强透水性，钻孔注水试验渗透系　数为２—３８　ｍ／ｄ；下部多具中等一弱透水性。钻孔压水试验透　水率为４．４～１８．６　Ｌｕ（中等透水性下限高程为：趾板处河谷左　侧相对高程为０　ｉｎ，中部一８０　Ｉｎ，河谷右侧一５０　ｍ；轴线处河谷　左侧一２０　Ｉｎ，右侧一５０　ｍ）。水库蓄水后坝基渗漏可能较大。因　覆盖层与基岩渗透系数相差很大，故坝基渗漏主要为覆盖层　渗漏，在覆盖层进行有效防渗处理后，基岩风化带、裂隙带渗　漏通道将是主要的通道。　１）面板坝型坝基渗漏量估算　单层透水坝基由单一透水岩层组成，在其厚度等于或小　于坝底宽度且坝身不透水的情况下，可用卡明斯基公式计　算。　在未考虑趾板的情况下，由于坝基覆盖层为强透水层，　坝基强风化基岩多为中等一强透水性，水库蓄水后库水将主　第３期（总：第１８　１期）　任佳，等：山西省柏叶口水库坝基工程地质条件评价　２０１１年８月　。　。　

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要通过覆盖层及强风化层向坝后产生渗漏。坝基覆盖层平均　厚度８．５　ｒｆｌ，平均宽度１２０　ｍ，强风化基岩平均厚度７　ｍ，宽度　１５０　ｍ；渗透系数取覆盖层与强风化岩层加权平均值２１．７６　ｍ／ｄ，渗透层宽度取加权平均值１３５　ｎｌ。大坝坝底宽度２４５　ｍ，　可采用卡明斯基公式计算渗漏量：　卡明斯基公式：　ｑ＝　・Ｔ・Ｈ／（２ｂ＋Ｔ）　（１）　坝基渗透总量：　Ｑ＝ｇ・Ｂ　（２）　式中：口一坝基单宽渗漏量，ｍＴｄ・ｉｎ；　一渗透系数，ｍ／ｄ，取２１．７６　ｍ／ｄ；　日一坝前正常蓄水深，ＩＴＩ，取６９　ｍ；　２６一坝基宽，ｉｎ，取２４４　ｉｎ；　卜渗透层平均厚度，ｉｎ，取１５．５　ｍ；　曰一渗透层平均宽度，ｉｎ，取１３５　ｍ；　一渗漏量，ｍ３／ｄ。　经估算，在未考虑趾板的情况下坝基渗漏量为１２　１０７　ｍ３／ｄ。　在考虑趾板情况下，根据坝基各钻孔压水试验成果，坝　基基岩相对隔水层高程大致按１　０００　ｉｎ考虑。采用式（１）、式　（２）估算趾板底高程（左侧５０　ｉｎ相对高程为６　ｍ，右侧１００　Ｉｎ　段为０　ｉｎ，加权平均相对高程２　ｍ）以下基岩渗漏量，渗透系　数取加权平均值０．２３　ｍ／ｄ，２ｂ一趾板宽取１０　ｍ；Ｔ－渗透层平均　厚度取５２　ｍ，Ｂ一趾板处渗透层宽度取１５０　Ｉｎ。经估算，在考虑　修筑趾板的情况下坝基渗漏量约为２　０８３　ｍＶｄ。　综上可知，坝基覆盖层及基岩存在渗漏问题，建议趾板　置于弱风化基岩上，并对其下基岩进行帷幕灌浆处理。建议　帷幕处理下限相对高程按一５０　ｍ控制。　１．２．２渗透稳定　１）坝基覆盖层　坝基覆盖层以卵石混合土为主，颗粒不均匀，级配不良，　有可能产生渗透变形，分析其渗透变形类型为管涌。据渗透　变形试验，试验配样干密度２．００～２．１６　ｇ／ｃｍ。，平均值为２．０８　ｇ／　ｃｍ３状态下，试样的渗透破坏形式均为管涌。临界比降范围值　０．１８～０．５９，平均值为０．３１，破坏比降范围值０．４１～１．０４，平均　值为０．６４。天然密度越大，临界比降及破坏比降也越大。建议　覆盖层允许水力比降按０．１　５考虑。建议清除覆盖层或采取防　渗措施。　２）坝基全强风化基岩　从坝基钻探资料看，大部分地段基岩强风化层岩芯呈碎　块状或短柱状，但也有少量孔中强风化层中有泥状物。由于　该层岩石破碎，原节理裂隙张开，矿物蚀变，粒径不一，有部　分黏土矿物及细粒物质。加之强风化带渗透性较强，多在４～　１２　ｍ／ｄ之间。故全强风化基岩也存在渗透变形的可能性，变　形的可能形式为管涌。据经验建议全强风层临界水力比降按　２．６考虑，允许水力比降建议按ｌ－３考虑。建议面板堆石坝型　趾板清除全强风化基岩，将趾板置于弱风化基岩上。　

２结论及建议　柏叶口水库大坝按混凝土面板堆石坝型进行建设，坝基　大部分地段处于强风化层基岩，渗漏问题是主要问题，下面　将对坝基的影响因素以及渗漏问题的处理进行一些总结并　提出一些建议。　２．１地震动参数　工程区地震动峰值加速度值为０．１０　ｇ，地震动反应谱特　征周期０．４　Ｓ，地震基本烈度为Ⅶ度。　２．２坝基渗漏　对于坝基覆盖层及基岩覆盖层及基岩存在渗漏问题，分　两步进行了处理，第一步通过基坑开挖将其覆盖层及强风化　岩体全部挖除，使其趾板直接坐落在弱风化基岩上，以此解　决覆盖层存在的渗漏问题；第二步通过帷幕灌浆解决坝基基　岩存在渗漏问题。　２．３大坝右岸基础砂层处理方案　鉴于大坝基础开挖过程中，右岸基坑靠近岸坡处，发现　

一段粉细沙、淤泥夹层，应进行局部置换及加固处理措施。　大坝建基面高程以下深度２　ｍ范围内的粉细沙全部挖　除，至砂砾石层或基岩面为止。用砂砾石对挖除体进行回填　并分层碾压，压实后相对密度大于或等于０．８。补齐后，需达　到原设计高程。　对于形成的岸坡局部倒悬，采用上部削坡、下部回填　Ｃ２０混凝土的方式进行处理，坡度不陡于１：０．５。　２．４大坝基坑防渗板最低趾板底高程建基面以下深坑处理　方案　１）首先对其深坑内全强风化破碎岩体及淤泥进行挖除。　２）对深坑周边表面用高压水枪进行清洗，接着抽排坑中　积水，然后用块石回填局部坑深１—２　ｉｎ，在此基础上采用　ＰＣ２２０挖机将回填块石反复压实，以形成较密实的地基，埋　设直径１　ｍ的混凝土管［立管］，管内放６英寸污水泵抽排泥　水，控制水位在块石面以下０．５　ｉｎ。　３）深坑中块石面以上用Ｃ１５抛石混凝土回填，抛石比例　为２０％，混凝土表面与坑周围地基平顺连接，当回填至相对　高程０．０５　ｉｎ时，铺设ｑ￣８＠２００钢筋网与四周防渗板钢筋网相　连，回填顶高程为０．１５　ｍ（防渗板顶高程）。　４）对于基坑防渗板趾板底高程建基面以下深坑至龙头　坑一线风化破碎带岩体，进行固结灌浆处理。　

Ｔｈｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｂａｉｙｅｋｏｕ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ’ｓ　Ｄａｍ　Ｂａｓｅ　ＲＥＮ　Ｊｉａ　ＬＩＵ　Ｙｏｎｇ－ｊｉ　ＺＨＡＮＧ　Ｗｕ——ｙｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｗｏｒｋｓ，ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｂａｓｅ　ｏｆ　Ｂａｉｙｅｋｏｕ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｄａｍ　ｂａｓｅ　ｓｅｅｐａｇｅ，ｓｅｅｐａｇｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｓｅｅｐａｇｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｂａｓｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄａｍ　ｂａｓｅ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ