王 婷,任延波

(1.商洛市商州区水利局,陕西 商洛 726000；2.商州区惠众农村供水有限公司,陕西 商洛 726000)

1 概 况

位于陕西省商洛市商州区城关街道办事处傅村的草庙沟水库建于1960年4月，水库坝址以上控制流域面积2.75 km2，总库容22.9万m3，其中兴利库容13.0万m3，滞洪库容7.1万m3，死库容2.8万m3。是一座以防洪为主，兼灌溉、养殖、旅游、供水等综合利用的小(2)型水库[1]。草庙沟水库枢纽工程由黏土心墙堆石坝、开敞式溢洪道、卧管式放水洞三部分组成，水库为Ⅴ等工程。工程区沟谷发育，地形相对陡峻，植被较差，大部分地段岩石裸露。构造相对稳定。

2 库坝区工程地质条件

2.1 地形地貌

水库位于黄沙河中游河段，库区回水长度约0.4 km，库坝区河谷呈“V”型发育，谷底宽15～30 m，高程680～685 m；河谷两岸斜坡高度大于30 m，左岸大部分地段基岩裸露，坡面倾角35°～40°，右岸坡面平缓，坡面倾角15°～20°，多为坡地和台地。河谷两岸斜坡基本稳定。无不良地质现象。

2.2 地层岩性和岩体风化卸荷特征

根据地质调查，坝区出露地层按岩土现场鉴定特征和工程地质性能，分为淤泥质土①、碎石土②、素填土③、碎石土④、粉质壤土⑤、砾岩夹粉砂岩⑥六个工程地质单元。两坝肩岩体表面强风化带的水平宽度3.0～4.0 m，垂直厚度4.0～5.0 m，河床岩体表面强风化带的垂直厚度1.0 m左右。岸边斜坡卸荷带的水平宽度与强风化带宽度比较接近。

2.3 水文地质条件

工程勘察期间库水水位高程694.4 m，河谷两岸地下水补给库水，库坝区地下水按含水层岩性分为孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型，孔隙潜水的含水层为坡～洪积碎块石，粉质黏土，粉土质砾。基岩裂隙水含水层为强～弱风化砾岩夹粉砂岩。地下水的主要补给来源为大气降水，以下降泉和渗流形式补给河水或向下游河道排泄。本次取地下水和地表水各一组，进行了水质分析，地下水和河水均属低矿化度的淡水。地下水水化学类型为HCO3-—Mg2+—Ca2+，地下水和地表水对普通硅酸盐水泥无腐蚀性。

3 水库工程地质条件分析评价

3.1 库岸边坡的稳定性

库区河谷两岸大部分地段基岩裸露，局部缓坡有粉质壤土覆盖，岸边斜坡主要由强～弱风化的砾岩夹砂页岩组成，坡面倾角30°～40°，水库运行50 a，没有出现不良地质现象，库岸边坡基本稳定。

3.2 水库渗漏

库区地形封闭，库盆主要由砾岩夹粉砂岩组成，弱～微风化岩体，微透水。库区两岸地下水位高于库水位，地下水补给库水，水库渗漏不存在。

3.3 水库浸没和淤积

库区回水长度约400 m，库内无耕地，植被覆盖较好，不存在浸没问题，洪水携带的泥沙、碎石是水库淤积物主要来源，水库运行50 a淤积量约2.8万m3，死库容已淤满。

3.4 溢洪道的工程地质条件

溢洪道位于大坝左岸，开挖于坝肩基岩斜坡上。溢洪道长132.50 m，进口高程699.87 m，侧墙及槽底采用浆砌石衬砌，砌石表面风化较为强烈，侧墙中下部有裂缝，勾缝砂浆局部脱落，槽底砌石凹凸不平。溢洪道左侧为岩质高边坡，坡面倾角大于60°，坡高约30 m；出口无消能设施。

泄洪槽底及两侧边坡岩体为强风化的砾岩夹粉砂岩，岩体的基本质量级别Ⅳ级，承载力特征值fa k=350 kPa，变形模量E0=23～25 MPa，允许不冲流速V=2.0～2.5，冲刷系数1.8～2.0。

溢洪道进口左侧边坡，高约30 m，坡面倾角大于60°，岩性为由砾岩夹粉砂岩组成，斜坡表面岩体破碎有松动危石，稳定性差，建议削坡喷护。建议溢洪道出口增设消力池。消力池建基面选择弱风化砾岩夹砂页岩。弱风化岩体承载力特征值fa k=800 kPa，变形模量E0=600 kPa。

3.5 放水设施工程地质条件

放水设施位于大坝右岸，由卧管及放水涵洞组成，砌石结构，卧管年久失修，局部已损坏，无闸门，不能控制放水。放水涵洞长35 m，为0.30 m×0.48 m半圆拱浆砌石拱洞，出口处无排水渠道。

卧管为贴坡式，基础为弱风化的砾岩夹砂页岩，岩体的基本质量级别Ⅳ级，承载力特征值fa k=800 kPa，变形模量E0=0.8 GPa。

根据勘探试验资料分析，放水建筑物卧管河涵洞地基持力层为强风化的砾岩，强风化岩体垂直厚度1.0～1.5 m，岩体的基本质量级别Ⅳ级，承载力特征值fa k=350 kPa，变形模量E0=23～25 MPa，放水洞进出口边坡基本稳定。

4 坝基工程地质条件

4.1 坝 基

根据地质调查和勘探试验资料分析，大坝施工时清除了河床表面覆盖④碎石土，坝基开挖了深1.5～2.0 m的防渗结合槽，坝基砾岩夹粉砂岩表面强风化带垂直厚度1.5 m左右。防渗结合槽建基面为弱风化粉砂岩。强风化岩体的基本质量级别为Ⅴ级，抗剪断强度指标φ=26.0°,C=80 kPa，透水率q>10 Lu，中等透水性；弱风化岩体，基本质量级别为Ⅳ级，抗剪断强度指标φ′=30°,C′=150 kPa，透水率q=6.3～8.5 Lu。坝基岩体工程地质条件良好，坝基渗漏不存在。

坝前水库淤积层淤泥质土①层厚12.0～13.0,根据工程地质类比淤泥质土①物理力学指标建议值为：密度ρ=1.60 g/cm3，含水量ω=26%，渗透系数Kh=8×10-5cm/s。抗剪强度指标：φ′=9°，c′=10 kPa。

4.2 坝 肩

两岸坝肩边坡由(K1dh)砾岩夹粉砂岩组成，左坝肩边坡坡面倾角45°～50°，边坡表面强风化带垂直厚度3.0 m左右。右岸坝肩边坡坡面倾角15°～25°，边坡表面强风化带的垂直厚度约2.0 m，强风化岩体的基本质量级别为Ⅴ级，透水率q>10 Lu，中等透水。弱风化岩体基本质量级别为Ⅳ级，透水率q=6.3～8.5 Lu，弱透水。两坝肩地下水位高于设计库水位高程。根据地质调查和勘探试验资料分析，左坝肩渗水与坝肩斜坡较陡有关，坝肩没有开挖接合槽存在碾压不实的松软土有关，建议灌浆处理，帷幕下限应深入弱风化岩体2.0～3.0 m。

5 坝体填筑质量分析评价

5.1 大坝防渗心墙

大坝采用黏土心墙防渗，心墙顶宽2.5 m，底宽16 m。上游坡比1∶0.3，下游坡比1∶0.2，填筑土料以粉质黏土为主。本次布置钻孔2个，取原状土样9组，扰动土样1组。室内颗粒分析试验定名为低液限黏土。心墙填筑素填土③黏粒含量21.7%～32.0%，平均值27.1%，塑性指数Ip=14.8～21.0，平均值17.2。大坝防渗心墙填筑土料的质量符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL 251—2015)[2]的要求标准。防渗土料的质量评价如表1。

表1 坝体土料质量评价

从室内土工试验资料的统计成果来看。坝体防渗墙素填土③的干密度ρd=1.45～1.72 g/cm3，压实度p=81%～95%，压实度样品检测合格率为44%，防渗心墙素填土③渗透系数：水平Kh=5.52×10-5cm/s，垂直Kv=2.51×10-5cm/s，未达到规范要求<1×10-5cm/s。坝体心墙存在的主要问题是防渗效果差。

5.2 坝体填筑质量

坝体填筑料以坡积碎石土为主，从室内颗粒分析试验成果表2来看，碎石土粗粒(粒径>5 mm颗粒)含量为64.5%～67.5%,含砂量平均值为27%，细粒含量平均值为3.8%。按室内颗分资料坝体填筑碎石土定名为碎石混合土，坝体填筑料的质量评价表如表3。

表2 碎石土现场密度测试成果

根据坝体土的现场密度测试资料分析，坝体填筑碎石土的干密度ρd=1.82～1.87 g/cm3，平均干密度ρd=1.85 g/cm3，相对密度Dr=0.47～0.58，压实度没有达到《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2020)[3]要求的填筑标准(Dr≥0.70)。

表3 坝体填筑石渣料的质量评价

5.3 坝体填筑质量综合分析和建议

根据勘察试验资料综合分析，坝体填筑质量没有达到规范SL 274—2020要求，建议对坝体稳定性进行复核，坝体稳定复核的物理力学指标根据勘察试验资料与同类工程比较建议如下：

(1)碎石土②：密度ρ=2.04 g/cm3，内摩擦角φ=32°，黏聚力c=5 kPa，渗透系数K=4.0×10-2cm/s。碎石土②与坝基岩面摩擦系数f=0.50。允许水力比降i=0.12～0.15。

(2)素填土③：浸润线以上密度ρ=1.99 g/cm3；浸润线以下ρsr=2.02 g/cm3。渗透系数：水平Kh=5.52×10-4cm/s，垂直Kv=2.51×10-5cm/s。抗剪强度：有效应力指标φ′=21°，c′=12.0 kPa。总应力指标φ=15°，c=21.0 kPa。

(3)砾岩夹粉砂岩⑥岩体物理力学指标的建议值如表4。

表4 坝区岩体物理力学指标建议值

6 结 论

(1)草庙沟水库库坝大部分地段基岩裸露。库区地形封闭，库区两岸地下水位高于设计库水位，库岸边坡基本稳定，水库渗漏不存在。

(2)根据勘探资料分析，坝基、坝肩地层为(K1dh)砾岩夹粉砂岩，坝基、坝肩岩体工程地质条件较好，但在左坝肩边坡较陡，坝肩结合部位存在碾压不实的松软土，有渗水。

(3)大坝存在的主要问题是，碾压质量差，渗透系数大于1×10-5cm/s。坝壳填筑碎石土相对密度Dr=0.47～0.38，未达到规范要求标准(Dr≥0.70)。