王圪堵水庫承壓水分布特征及對壩基的影響

摘 要：王圪堵水庫地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣的結合部位。壩基由左岸沖湖積細砂夾砂質、粉質壤土、河床沖積細砂和右岸基巖斜坡構成。左壩段和河床壩基下伏地層為侏羅系上統安定組（J3a）砂、泥巖，多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結構。具有明顯的濱海積沉相，為承壓含水層。通過各階段資料分析，承壓水對壩基影響較小。

關鍵詞：承壓水；分布特征；壩基影響

中圖分類號：TV223 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0216-02

王圪堵水庫壩基下伏巖體為侏羅系上統安定組（J3a）砂、泥巖，多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結構，為承壓水含水層。承壓水的存在是否水庫運行具有潛在的威脅。通過對承壓水的特征和各階段的觀測資料分析，最終得出結論性意見。

1 工程概況[1]

王圪堵水庫位于無定河中游，為黃河一級支流的水沙控制水利工程，主要以供水、攔沙為主，兼顧灌溉、發電、防洪等綜合功能。設計壩型為碾壓均質土壩，最大壩高46m，壩頂長1162m，正常蓄水位1046m，總庫容3.89億m3。屬大（2）型，工程等級為Ⅱ等。樞紐工程由攔河大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、放水洞和壩后電站等主要建筑物組成。

2 地質簡況

2.1 地形地貌

王圪堵水庫大壩左壩段為沙漠地貌，由沙丘、沙梁及洼地組成，分布高程1070～1090m。岸坡較為陡峻，自然坡度35～50°，河床段地形相對開闊平坦，分布高程1007～1009m，右壩段為基巖斜坡，相對高差60～80m。

2.2 地層巖性

左壩段地層主要以第四系全系統風積（Q4eol）細砂和上更新統沖湖積（Q31al+l）細砂夾粉質壤土組成。層厚度93.7～71.3m，下臥層為侏羅系砂泥巖。河床段覆蓋層為第四系全新統沖積（Q42al）粉細砂，厚度1.0～13.0m，下臥侏羅系砂泥巖。右壩段為基巖斜坡，巖性為侏羅系上統安定組（J3a）砂泥巖，表層覆蓋0.5～2.5坡積粉細砂及砂壤土。砂泥巖紫紅色、淺灰色、暗紫紅色，中厚層狀粉砂巖、泥質砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質砂巖，多呈互層狀，層面分布高程996.3～998.7m。

2.3 水文地質

工程區地下水分為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和承壓水。第四系孔隙潛水為沙漠區孔隙潛水含水層（Q31al+l）和階地孔隙潛水含水層（Q4al），分布于左岸沙漠區中下部和右岸一級階地下部，接受大氣降水補給?；鶐r裂隙潛水（J3a）：主要分布于河流右岸基巖風化、卸荷帶內，水位埋深5～14m，地下水位受降雨影響明顯，含水層富水性相對較好，以下降泉的形式補給河流。

承壓水（J3a）：分布于河床段壩基下伏基巖中，屬層間水，接受地表和第四系孔隙潛水補給，排泄條件尚差。

3 承壓含水層巖性特征

承壓水含水層地層為侏羅系上統安定組（J3a）砂巖、泥巖、粉砂質泥巖和泥質砂巖夾泥巖或泥巖夾泥質砂巖，紫紅、淺灰、暗紫紅色，薄層～中厚層狀，一般單層厚度30～60cm，最大厚度1.2m。近水平層理，局部可見斜交層理。多呈互層或夾層狀，局部呈薄層嵌入結構。具有明顯的濱海積沉相。含水層為砂巖，相對隔水層為泥巖或粉砂質泥巖。

4 承壓水分布和變化特征

主要分布于河谷部位，從下壩址～庫區王家溝下游的新地臺處均有分布，如圖1。承壓水頂板埋深16～28.2m，承壓水頭高出地面2.5～16.5m。鉆孔揭示承壓水頂板埋深、高程及相對隔水層巖性、水頭高度及流量統計如表1。承壓水主要出露于左壩段，水頭高1015.93～1019.35m，最高水頭為1025m，承壓水頂板上覆基巖厚度7～12m，且具有不連續性，向兩側深度變大。承壓水主要接受河流上游及兩岸深部地下水補給，排泄條件差，形成不連續的層間承壓區。

由表1可見，承壓水頂板埋深由庫區上游向下游、壩址區由兩岸向河谷逐漸變淺，上覆基巖厚度變薄，最薄處位于壩址下游，頂板上覆基巖厚6.7m，順河流方向承壓水頂板分布高程變化不大；承壓水流量總體看壩址區大于庫區，河谷大于兩岸，承壓水頭高程1010～1025m，低于水庫正常蓄水位21～36m，從水頭和流量變化來看，承壓水流量有逐年減少、水頭降低的變化特征（這可能受先期鉆孔揭露影響，排水減壓，壓力逐步釋放）。由以上現象及地層巖性、巖層產狀、庫壩區地形地質條件及承壓水水頭等綜合分析認為：承壓水補給來源為庫區河床或兩岸地帶，屬近源補給，補給水源為河水或地下水，由于下游無明顯的排泄出路，水流循環不暢。

承壓水礦化度較高，微咸，苦澀。水化學類型為SO42-——Ca2+——K++Na+型，從水質可看出承壓水循環不暢，與各類潛水連通條件、交換性較差，屬局部區域內較封閉的含水巖組。水質SO42-含量553.31～605.18mg/L，對普通水泥具硫酸鹽強腐蝕性。

勘探孔及施工段先導孔均揭示壩基承壓水屬層間水，具有不連續性，天然狀態水源補給及排泄均不暢，勘察觀測資料和施工階段先導孔觀測資料顯示，承壓水壓力釋放后會逐漸減小。

施工階段2010年3月29日，左壩段0+146m，HFX2-7先導孔揭示承壓水頭最大高程1019.35m，較2004年勘探ZK4鉆孔（0+169.2m）承壓水頭最大高程1014.28m高5.07m，HFX5-7先導孔（0+240m）承壓水頭1016.30m，較2005年勘探ZK20鉆孔（0+275.2m）承壓水頭1022.13m低5.83m。由于河床段先導孔施工階段，壩體已填筑至1014.8m，承壓水低于該高程時則無法觀測。因此，河床段0+240m右側河段未出現承壓水，由此可見河床段承壓水自左向右水頭壓力逐漸降低，出水量隨水頭壓力降低而自左向右逐漸減小，說明承壓水壓力一旦釋放，難以恢復至初始的水頭壓力。

施工階段在壩后壩軸線下游146m，壩軸線0+150m、0+250m、0+350m、0+450m、0+550m布設減壓排水孔5個。2011年10月成孔初期，水庫水位高程1015m，GCK1～GCK5孔承壓水頭高分別為6.2m，5.0m、3.5m、1.8m和0.7m，平均流量分別為10.11m3/d，9.06m3/d，8.41m3/d，6.93m3/d，和0.2m3/d，變化曲線如圖2。

2012年3月15日，水庫蓄水高程至1018m時，GCK4孔流量減小至0.6m3，18日斷流。GCK5孔6月8日斷流。GCK1～GCK3孔承壓水水頭高分別為4.5m、2.5m和1.9m，平均流量分別為4.9m3/d，4.5m3/d，3.6m3/d，變化曲線如圖3。

2013年7月水庫位高程1020m時，GCK1～GCK3孔承壓水頭高分別為3.9m、2.2m和1.68m，高程分別為1012.9m，1011.2m，1010.68m，流量分別為3.5m3/d，3.2m3/d和0.3m3/d。

2013年10月水庫下閘后，庫水抬高至1024m時，GCK2、GCK3孔流量表損壞無數據。GCK1孔承壓水頭高3.8m，高程1012.8m，流量3.6m3/d。

5 壓水對壩基的影響

承壓水対壩基的影響主要表現為承壓水頂板巖體破裂后，沿破裂通道或裂隙上升，于壩基出露，產生滲透破壞。通過上述觀測數據分析，水庫水位抬高時，壩后承壓水頭沒有抬高的趨勢，流量趨于穩定或減小。因此，壩基承壓水在現庫水位范圍內屬獨立的含水體，受庫區現蓄水高程以外較遠的補給源補給形成局部或層間承壓含水層，受水庫水位影響較小，受季節影響也微弱。承壓水對庫壩的影響較小。

本次施工中，未對承壓水進行專門處理，僅對先導孔和帷幕灌漿孔承壓水出露的孔段采用抗腐蝕的硫酸鹽水泥壓堵，其余部采用普通硅酸鹽水泥灌漿。

6 結束語

通過勘察、先導孔資料及壩后觀測孔資料分析，壩基承壓水屬局部層間水，補給條件有限。承壓水被揭示后，水頭有逐漸降低的趨勢。針對工程區承壓水，于壩下游布設觀測孔，具有排水減壓功能；對做反濾工作后，不會影響大壩安全。水庫正常庫水時，承壓水有待觀察，及時觀測分析。

參考文獻

[1]楊聚利.王圪堵水庫竣工工程（施工地質）地質報告.勘察分院，2014.

[2]《水利水電工程地質勘察規范》（SL50487-2008）.2008.

收稿日期：2018-6-20

作者簡介：楊聚利（1966-），男，工程師，本科，主要從事工程地質勘察工作。