山城河水库坝址区水文地质条件分析及坝线选择

张成

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000）

山城河水库位于甘肃省民乐县洪水镇山城子村境内，坝址距民乐县城西南约10km，距离出山口约5km。工程主要任务是农田灌溉、城镇和农村人畜供水，设计总库容272万m3，壤土心墙土石坝，最大坝高37.8m，由大坝、输水洞与溢洪道等组成，属Ⅳ等小（1）型工程。水库坝址选择受上游祁连山自然保护区和下游山城子村的制约，选定红石峡坝址为唯一坝址，在红石峡坝址处，拟选上、下两个坝线进行比较，上坝线位于红石峡峡口处，下坝线在下游280m处。经14个钻孔、115段压水试验及7个孔的抽水试验等详细勘察，不仅查明了各坝线的工程地质条件，同时发现坝址区的水文地质条件比较特殊和复杂，成为坝线选择的关键因素。

1 坝址区水文地质条件及分析

坝址区岩体透水性及地下水分布与赋存受地层岩性、向斜地质构造、节理裂隙发育程度控制，水文地质条件较为复杂。

1）基岩裂隙潜水：经坝址区14个钻孔勘探，上第三系上岩组（Nb）橘黄色中及细粒砂岩岩体节理裂隙较发育，层面裂隙宽大，延伸较远，局部节理裂隙密集带岩体较破碎；钻孔压水试验测得岩体透水率平均值（95段）为50.8Lu属中等透水岩体，局部最大可达180～190Lu属强透水岩体。因此，为地下水赋存和运移提供了良好的空间，受河水补给形成较为丰富的基岩裂隙地下水。钻孔水位观测表明，上坝线左、右岸地下水位低于河水位分别为2.07m和5.75m，说明河水补给地下水，河床内钻孔的地下水位与河水位基本持平；钻孔抽水试验表明，上坝线所属区域的钻孔在稳定抽水条件下，水位均有下降，一般为0.12～0.87m，显示含水层的不均匀性和基岩裂隙水呈潜水赋存形式即为基岩裂隙潜水。

钻孔压水试验还表明：上第三系下岩组（Na）紫红色含砾粗砂岩岩体透水率平均值（20段）为6.5Lu属弱透水岩体，局部为微透水岩体，说明紫红色含砾粗砂岩属相对不透水层即成为上部基岩裂隙水的隔水底板。由于上、下岩组均缓倾角倾向下游，整合接触面于地表在上坝线上游附近，故在上坝线河床段的上岩组（Nb）厚度约为20～30m（即基岩裂隙含水层的厚度），自上游向下游渐厚。上、下坝线相距280m，下坝线处河床段上岩组（Nb）厚度为55m左右，左岸为65m左右，右岸达75m左右。基岩裂隙地下水总体自上游流向下游，与河水流向基本一致，向下游排泄。

2）基岩裂隙承压水：在下坝线河床段的ZK8和ZK14钻探时，分别在孔深11.7m和12.8m处突然发生孔口喷水，水头高度分别在地面以上0.6m和0.4m，并持续稳定，表明基岩裂隙承压水的存在。根据钻孔勘探资料：下坝线左岸ZK5地下水位低于河水位0.52m，钻孔初见水位与长期水位基本无变化，较为稳定，无承压迹象，为河水补给地下水；下坝线上游170m处的ZK13地下水位与河水位基本齐平，钻孔初见水位与长期水位也无变化，较为稳定，也无承压迹象；但下坝线右岸的ZK6 和ZK7内地下水位却高于河水位分别为3.88m和4.78m，表明右岸基岩裂隙地下水补给河水，与河床段的承压水是一体的，随着ZK8和 ZK14内的承压水不断排泄，ZK6 和ZK7内的地下水位在一周后便分别下降了0.8m和1.1m，呈现持续下降状态，承压水边界范围逐渐缩小。经在下坝线地质横剖面图和顺河床地质纵剖面图上综合上述成果，判定基岩裂隙承压水只存在于一定的范围内，即左岸在岸边附近；右岸在岸边以外约140m处；河床段在下坝线上游约60m处；在下游直抵向斜轴部。

2 坝线选择

上、下坝线相距280m，从地形条件及天然建筑材料分布情况，结合各水工建筑物布置情况看，下坝线较为有利；但其缺陷也十分明显，主要表现为①距离山城子向斜构造轴部更近，向斜构造对水库大坝造成的影响更大，区域构造稳定性更差；②下坝线上第三系上岩组（Nb）橘黄色中细粒砂岩厚度更大，下岩组（Na）紫红色含砾粗砂岩埋藏更深，由于上岩组（Nb）整体属中等～强透水性岩体，下岩组（Na）属弱～微透水岩体，上、下岩组差异明显，因而对库区及坝基防渗极为不利；③特殊的地质构造与岩体条件还形成了下坝线河床及其右岸的地下承压水，使得下坝线不仅帷幕灌浆深度很大、灌浆效果较差，难以形成封闭的防渗体系，而且地下承压水容易造成对坝基和坝体的渗透破坏。

因此，坝址区特殊的构造与水文地质条件成为坝线选择的决定性因素。最终，选择上坝线作为本工程的建设坝线。

3 结语

在选定的上坝线上，设计采用以当地材料为主的壤土心墙砂砾石坝坝型。左坝肩及左岸段坝基防渗帷幕灌浆深度为17～41m；河床段坝基帷幕灌浆深度为21～45m；右坝肩及库区右岸段采取折线（夹角1180）沿库岸顶逆向上游布置长约280m，帷幕灌浆深度为45～10m。从而形成自左坝肩、左岸段、河床段坝基至右库岸完全封闭的防渗体系。至2017年10月施工全部完成了帷幕灌浆，坝线下游河床处的ZK13水位降至孔底附近，下坝线ZK8和 ZK14内承压水的承压性完全消失，地下水位降至15m以下，表明防渗处理效果良好，可为同类型水库坝基及库区防渗处理提供参考。