水磨沟水库大坝工程地质条件分析及评价

王启荣

(阜康市水利管理总站，新疆 阜康 831500)



水磨沟水库大坝工程地质条件分析及评价

王启荣

(阜康市水利管理总站，新疆 阜康 831500)

文章以新疆阜康市水磨沟水库为实例，根据现场地质调研以及实验室实验结果，重点对库区地质条件以及大坝渗透性进行分析。结果显示，库区地质条件稳定性良好，但坝体工程问题较为严重，坝体土密实度不达标，坝基渗透不稳定，工程除险加固设计中应予以注意。

水磨沟水库；大坝；地质条件；评价

0 引 言

水磨沟库水库位于新疆阜康市水磨沟乡西北约5km，库区地理坐标为：E87°53′57″-87°54′33″，N44°10′45″-44°10′52″。该水库的主要工程任务和作用是满足下游466.67hm2耕地和人工饲草料基地的灌溉要求。水磨沟水库大坝为碾压式均质低液限黏土坝，原坝体长1677m，东、北、西三面环坝，呈簸箕状向南面开放。坝线分为西坝段和东坝段，放水闸为界，以西为西坝段，长633m；以东为东坝段，长1044m。

1 地质概况

水磨沟水库地处天山山脉搏格达山北麓，准噶尔盆地南缘，水磨河、三工河中下游冲洪积细土平原上，地形南高北低，地势平坦开阔。库区内前第三系地层分布在南部山区，其中古生界与中生界分布最广，主要出露地层为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系，第三系在出山口附近有小片分布，山前冲洪积扇广泛分布第四系。

受乌鲁木齐沉降带和博格达弧形隆起带断裂活动的影响，项目区南部、西部现代地震活动较为频繁，是地震多发区。勘察区距其南部和东南部全新世活断层>30km，区内无活动性断裂存在，区域稳定性评价为基本稳定。本区地震动峰值加速度为0.15g，对应基本烈度为Ⅶ度。

2 坝体工程地质条件及评价

2.1 坝体工程地质问题

水磨沟水库坝顶高程为503.7m，坝顶宽度2-5.6m，上游坝坡1∶1.34-1∶1.5，下游坝坡1∶2.0-1∶2.3。坝体整体形状较为规则，坝顶相对平坦，东坝段D0+070-D0+300段坝顶存在变形。坝顶无防风蚀、防冲刷及防浪设施，土体呈松散扰动状态，局部存在雨雪水冲刷形成的冲沟及冲蚀空洞，存在少量植被。坝顶及下游坝坡顶部普遍存在平行于坝轴线的纵向裂缝，一般裂缝长度3-10m，宽度1-2cm，深度1.0-2.2m。上下游坝坡均无护坡设施，植被较少；下游坝坡呈松散堆积状态，受风蚀与冲刷作用影响，局部有塌陷凹坑及细流冲沟。现状坝前基本均为耕地，坝后均为荒地，植被发育。西坝段X0+200-X0+500段，下游坝坡存在较多鼠洞。

2.2 坝体土质量评价

在坝体共布置取样勘探点10个，控制深度7-13m，用以揭露坝体土层，并采取原状及扰动土样，进行密度、含水量及其他物理力学性质试验。在坝体布置的10个取样勘探点中，采取天然密度样33组，采取位置分布在整个坝体土层中，取样间距为1.0m[1]。试验结果及评价见表1。

坝体土均为低液限黏土，棕黄色-棕褐色，干-稍湿，可塑-硬塑状态，韧性强，干强度高。根据水库主要标段坝体土力学性质测试结果，坝体土压实度不符合要求，建议将原坝体表层1.5m厚的部分清除，并需重新进行填筑，再按坝体除险加固设计方案进行加高培厚。

表1 坝体土质量评价结果

2.3 坝体渗透性分析

根据渗透试验结果，坝体土的渗透系数为1.8×10-1-7.2×10-6cm/s，属微透水性土层。而水库正常水位为504.1m，坝体渗漏属均一单层渗漏类型，坝后地下水位按埋深1.5m考虑，渗漏量计算公式为：

(1)

Q=q×B

(2)

式中：q为坝体单宽剖面的渗漏量，m3/d m；k为土的渗透系数，m/d；H1、H2分别为水库正常蓄水位和坝后地下水位，m；h1、h2为坝体上、下游含水层厚度，m；L为坝体透水部分平均距离，m；Q为分段坝体渗漏量，万m3/a；B为渗漏段总宽度，m。

根据该水库坝体岩土力学特征，选择两个典型坝体横断面进行分析计算，一个主坝段X0+100-D0+400段老坝体培厚加高段，该段坝体典型断面为D0+100处。计算得到坝体D0+100、X0+600段单宽渗流量为Q1=0.0012m3/d.m，Q2=0.00065m3/d·m，渗漏量很小，D0+100坝体渗流稳定计算成果见表2。

通过分析得到，坝体浸润线渗流溢出点高于后坝坡脚地面线以上0.3m，后坝坡脚渗透比降值大于允许比降。出于安全考虑，坝体后坝脚设贴坡反滤排水体，以防止坝后坡脚发生渗透变形破坏，排水体垂直厚度应大于设计冻深，防止渗流溢出点冻结后，造成坝体浸润线抬高。

表2 D0+100坝体渗流稳定计算成果

3 坝基土工程地质条件及评价

水库除险加固设计方案初步确定将原有坝体培厚加高，坝线方案与原坝线重合，仅将东西坝段进行适当延长。坝基地层为第四系全新统冲洪积层(Q4pl+al)，岩性主要为低液限黏土，局部存在厚度<0.3m的粉土、粉砂夹层。经勘察坝基表层存在10cm左右的腐殖质，主要含有芦苇根、杂草等，为当时筑坝时清基不彻底形成的。

坝基低液限黏土为棕黄色-棕红色，稍湿，韧性较强，切面光滑，干强度较高。由坝基粉土的试验资料反映其黏粒含量为18%-40%，其渗透变形类型为流土，坝基渗透稳定，一般不会产生渗透破坏。坝基土层均为低液限黏土，其黏粒含量为18%-40%，符合初判不液化的条件，所以坝基不会产生地震液化现象。但水磨沟水库所属地区属寒冷区，最大冻深1.4m，而库盘出露地层岩性低液限黏土属于冻胀性土，故除险加固中需进行处理。

4 结 论

1)水磨沟水库坝体普遍存在裂缝，部分地段坝体变形严重，坝体表层土体呈松散扰动状态，局部有塌陷凹坑及细流冲沟;下游坝坡存在较多鼠洞，经检测坝体土压实度不符合要求。建议将原坝体表层1.5m厚的部分清除，并重新进行填筑与加高培厚。

2)坝基在正常蓄水位状态下，实际水力比降超过安全允许比降，分析其坝基渗透不稳定，可能产生渗透破坏。建议坝体除险加固设计时，应使实际水力比降小于坝基土的允许水力比降。

3)库盘出露地层岩性主要为低液限黏土，属季节性冻土，建议除险加固设计时，对相应的工程部分采取抗冻胀措施。

[1]崔瑞.青山水库工程地质条件评价[J].黑龙江水利科技,2014(02):141-143.

1007-7596(2017)05-0103-02

2017-04-12

王启荣(1970-)，男，新疆昌吉人，工程师，从事水利工程管理工作。

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