闪电河水库除险加固主要工程地质问题分析

孟 晔

闪电河水库运行多年，存在的主要工程地质问题有坝基渗漏及坝后沼泽化、坝基土渗透变形、坝体迎水坡局部塌陷。坝基渗漏关系大坝安全，准确查明渗漏部位，判定土层渗透变形型式，确定允许水力比降，选定合理的处理措施，对水库除险加固具有重要意义。

1. 工程概况

闪电河水库位于张家口市沽源县平定堡镇黄土坑村东，海河流域滦河上游闪电河上，总库容4260万m3，是一座中型水库，上游控制流域面积890km2。

水库枢纽工程由大坝、输水洞、溢洪道构成，大坝为均质土坝，最大坝高12.6m，坝顶长度约2836m，坝顶宽度4m。工程按百年一遇洪水设计，相应洪峰流量467m3/s；千年一遇洪水校核，相应洪峰流量904m3/s。

1.1 地形地貌

闪电河水库地处内蒙古高原东南部边缘，海拔1350～1400m，南部多丘陵，北部较平坦。工程区总体地势南高北低，平坦开阔。坝址区河漫滩发育，河床呈浅碟型，河道宽约2km，最低高程约95m（假设高程系，下同）。河两侧岸坡呈缓倾状，山体呈北西～南东向分布。

1.2 地层岩性

一是侏罗系上统张家口组（J3z），由粗面岩及凝灰角砾岩组成，分布于坝址两岸，灰紫色，致密坚硬，地表呈强～中等风化。

二是第四系下更新统（Ql1），湖积成因，由厚层壤土及砂壤土组成，棕色～棕灰色，饱和，可塑，勘探厚度大于18m。

三是第四系全新统（Q4al），冲积成因，顶面高程95～100m，总厚10～13m。壤土：灰色～灰黑色，饱和，软塑～可塑，含有机质；砂壤土：灰色～灰黑色，饱和，稍具塑性；细砂：灰色～灰黑色，饱和析水，上部疏松～稍密，下部密实；砾砂呈厚层状分布于底部，密实。

四是第四系人工堆积物 （Q4S），为坝体填筑土，以壤土为主，其次为砂壤土。

1.3 地质构造及地震动参数

工程区位于大地构造单元的中朝准地台，内蒙地轴，沽源陷断束，大滩中断凹的西部。

近场区发育的大断裂主要有：北部康保～围场深断裂、西部沽源～张北大断裂、东部上黄旗～乌龙沟深断裂。这些断裂不具活动性，且距离场区较远，对工程无影响。

工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度Ⅵ度。

1.4 水文地质条件

工程区属典型的大陆性干旱气候，多年平均降水量420mm。

闪电河常年径流，但流量小。水库水属HCO3-Ca-Mg型水，矿化度0.279g/L，PH值7.7，对混凝土无腐蚀性。

场区地下水属孔隙潜水，主要赋存于Q4al砾砂层，水位高程95.82～97.83m。地下水属HCO3-Ca型水，矿化度0.39g/L，PH值7.6，对混凝土无腐蚀性。

表1 闪电河水库地基土细砂、砾砂颗粒分析统计表

1.5 物理地质现象及沼泽化

建筑物附近无冲沟、塌滑体、泥石流等不良物理地质现象。

坝后低洼处多有积水，逐渐形成了沼泽地。

2. 问题分析

经现场检查及勘探分析，闪电河水库存在与地质相关的主要问题有：坝基渗漏及坝后沼泽化，坝基土渗透变形，坝体迎水坡局部塌陷。

2.1 坝基渗漏及坝后沼泽化

水库低水位期在坝后地势低洼处多处出现积水，坝后成为沼泽地，当库水位抬高时坝后则多处出现地表明流。坝基渗漏严重，对大坝安全运行构成威胁。

勘探揭露坝基河床地表薄层壤土以下，分布有厚4～10m砾砂层，抽水试验确定其渗透系数2.1×10-2～4.4×10-2cm/s，属强透水层。库水在库区下渗后，沿砂层向下游径流，穿过坝体下部，在坝后出露。砾砂层是库区渗漏的主要通道，库水沿砾砂层渗漏，是造成坝后沼泽化的直接原因。

2.2 坝基土渗透变形

大坝桩号2+420以右（包括右输水洞），地基土表层细砂、砾砂在水库高水位长时间运行时，易产生渗透变形造成破坏。颗粒组成见表1。

根据 《水利水电工程地质勘察规范》GB50487—2008附录G，判定细砂的渗透变形为流土型，允许水力比降可取0.26。砾砂的渗透变形为过渡型，允许水力比降可取0.23。

根据设计资料，细砂层承受最大水头9m，砂层位置最短渗径32m，实际最大水力比降0.28，细砂层存在渗透破坏可能。砾砂层承受最大水头10m，砂层位置最短渗径40m，实际最大水力比降0.25，砾砂层存在渗透破坏可能。

2.3 坝体迎水坡局部塌陷

据水库运行资料，桩号2+360～2+440坝体迎水坡面高程98～101m范围内曾出现整体塌陷现象，后用碎石填平。

针对坝坡塌陷情况，进行了重点探查。该段坝体主要由砂壤土填筑，含砂粒较多，少含小砾石，较密实，平均含水率9.8%，平均干密度1.75g/m3，平均渗透系数1.9×10-4cm/s，属中等透水。

根据勘探资料结合水库运行情况综合分析其形成原因：一是该高程段正处在冰融风浪冲刷掏蚀影响带，又经过雨水淋蚀，加速反滤层破坏。二是该段填筑土属砂性土，抗冲刷能力差。

3. 处理建议

根据以上分析，结合实际情况，提出以下处理建议：一是为减少渗漏，避免砂层渗透破坏，消除坝后沼泽化，应采取垂直防渗处理措施，截断渗漏通道。二是对桩号2+360～2+440坝体迎水坡面塌陷段，重做反滤层及砌石护坡工程。