登封市清凉寺水库主坝坝基渗漏问题分析

李今朝，陈新朝，赵 进，陈平货

（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

1 工程概况

清凉寺水库位于河南省登封市大金店镇崔坪村北约500m的石崖河上，控制流域面积12.3km2，设计为一座以防洪为主，兼顾供水、灌溉、养殖等综合利用的小型水库。清凉寺水库设计防洪标准为30年一遇，设计坝顶高程495.5m，最大坝高29.17m。水库于1997年开工兴建，由于资金短缺，水库于中途停建，水库溢洪道和副坝均未进行施工。各项主体工程均未能达到设计要求，10年以来水库一直处于死水位运行，不能发挥其应有的防洪及灌溉等作用。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

清凉寺水库位于颖河支流石崖河上游坝址以上河道长约5km，控制流域面积12.3km2。石崖河发源于嵩山右部主峰少室山，于大金店镇东侧汇入颖河，属淮河流域。库坝址区及以下河流两岸大部分为低山丘陵地貌，两岸山坡基岩风化严重，河谷多呈“V”型发育。

清凉寺水库坝址区河谷开阔，河床高程约466.3m，河槽宽度约为250～350m，河床上分布有砂卵石层。河流漫滩以上左右岸均发育一级堆积阶地，地层具粘砾双层结构。两岸为低山丘陵地貌，山顶高程约497.0～504.0m，地势高出主河槽大于30m，山坡基岩出露，地层岩性为元古界侵入的黑云母花岗岩，右侧山坡大部分为第四系松散层覆盖。

2.2 地层岩性

坝址区地层主要有：坝体填土（QS）、第四系(Q)、上元古界侵入岩（Pt2）。

2.2.1 上元古界侵入岩（Pt2）

（1）强风化黑云母花岗岩（γ2）：浅黄杂灰白色，中粗粒结构，块状构造，敲击易碎，多风化成砾砂状，主要成分为长石、石英、云母。该层在左岸坝肩及和溢洪道轴线部位山体岩体裸露，地表风化呈中粗砂状，地表冲沟发育，强风化下限高程为474.0～476.2m，厚度15.0～25.0m。河槽坝轴线下部强风化下限高程为458.3～460.2m，厚度5.0～6.0m。右岸地表为第四系地层覆盖，泄洪渠部位和右副坝轴线强风化下限高程为460.0～472.0m，厚度11.0～20.0m。

（2）弱风化黑云母花岗岩（γ2）：灰白色杂黑色斑块，中粗粒结构，块状构造，主要成分为长石、石英、云母，岩芯多呈8～10cm柱状。左岸坝肩及和溢洪道轴线部位弱风化上限高程为474.0～476.2m，勘察揭露厚度2.0～10.0m。河槽坝轴线下部弱风化上限高程为458.3～460.2m，勘察揭露厚度4.0～8.0m。右岸泄洪渠及右副坝轴线弱风化上限高程为460.0～472.0m，勘察揭露厚度7.0～10.0m。

2.2.2 第四系(Q)

（1）低液限粘土(Q3al+pl)：以浅棕红—浅棕黄色，稍湿，可塑—硬塑状，土质不均一，局部含有卵砾石。该层主要分布在泄洪渠以右的山坡上部地表，底板高程一般479.7m，厚度一般6.0m。

（2）砂卵石(Q3al+pl)：以灰白色为主，杂青灰、紫红、棕黄等杂色，成分以砂岩为主，堆积松散、杂乱，卵石次棱角—次圆状，分选性差，卵石砾径一般5～8cm，个别大于15cm,泥砂质充填，泥砂含量约占10%左右。该层主要分布在右坝头坝肩及泄洪渠以右的山坡上部，底板高程一般476.0～480m，厚度一般3.0～7.0m，在泄洪渠及右副坝右部出露地表。

（3）低液限粘土(Q4al+pl)：浅黄色，稍湿，可塑状，土质不均一，局部含有少量小砾石。该层分布在左右岸一级阶地上部，厚度一般2.0～3.0m。

（4）砂卵石(Q4al+pl)：以灰白色为主，杂青灰等杂色，成分以砂岩为主，较松散，卵石多呈次圆状，分选性差，卵石砾径一般5～10cm，个别大于20cm，泥砂质充填，泥砂含量约占15%左右。该层主要分布在右坝头坝肩及泄洪渠以右的山坡上部，该层分布在左右岸一级阶地下部，厚度一般3.0～4.0m。

2.2.3 坝体填土（QS）

根据坝体填土岩性、工程部位、作用的不同将坝体填土分为花岗岩石渣、粘土心墙、坝前填土、砂卵石反滤层等，分述如下：

（1）花岗岩石渣（QS）：浅黄杂灰白色，较松散，石渣多呈砾砂状，中粗粒结构，主要成分为长石、石英、云母。该层在坝前填筑厚度约8.2m，底部高程478.3m，坝后填筑最大厚度约20.2m，底部高程466.3m。

（2）粘土心墙（QS）：岩性以低液限粘土为主，浅棕红色为主，局部杂棕黄色，可塑—硬塑状，土质不均一，局部含有2%～5%的砂砾石。该层为分布于坝体中间部位，填筑最大厚度约26m，底部置于弱风化的花岗岩层上，与坝前填土和粘土截水槽构成统一的防渗体系。

（3）坝前填土（QS）：岩性以低液限粘土为主，浅棕红色，局部杂浅黄色，可塑—硬塑状，土质不均一。该层为分布于坝体迎水坡，填筑最大厚度约11.0m。

（4）卵石反滤层（QS）：卵石以灰白色为主，杂青灰等杂色，成分以砂岩为主，较松散，卵石多呈次圆状，分选性差，粒径一般5～10cm，泥砂质充填，泥砂含量约占15%左右。该层为分布于坝体最下部，填筑厚度约1.5m。

2.3 岩土体物理力学特性

对坝体粘土心墙、坝前填土、右副坝坝基低液限粘土、一级阶地低液限粘土层均进行了标准贯入试验，并取原状土样进行了室内物理性和抗剪、压缩、渗透等力学性试验。见表1。

表1 各土层设计力学性参数建议值表

粘土心墙（QS）：岩性以低液限粘土为主，天然干密度1.48～1.68g/cm3，平均值1.59g/cm3，土体压实度不均一；压缩系数为0.10～0.44MPa-1，平均值0.24MPa-1，压缩模量为4.0～15.8MPa，平均值8.5MPa，土体具中等压缩性，局部土体具高压缩性。该层现场标贯击数13～25击，平均值19.8击，属中硬土。

坝前填土（QS）：岩性以低液限粘土为主，天然干密度1.61～1.78g/cm3，平均值1.70g/cm3，土体压实度较好。该层现场标贯击数15～25 击，平均值18 击，属中硬土。

低液限粘土(Q4al+pl)：天然干密度1.55～1.70g/cm3，平均值1.65g/cm3，一级阶地处。

低液限粘土(Q3al+pl)：天然干密度1.52～1.60/cm3，平均值1.55g/cm3。压缩系数为0.20～0.30MPa-1，平均值0.25MPa-1，压缩模量为5.0～10.0MPa，平均值7.6MPa，土体具中等压缩性。该层现场标贯击数17～21 击，平均值18击，属中硬土，右副坝坝基。

2.4 地质构造与地震

工程区位于中朝准地台豫右褶皱带，燕山运动为本区最主要的次构造运动，早期褶皱运动构成本区构造体系的主体，褶皱以北右右向为主，距水库坝址区较近的褶皱和构造主要有拉马店—郭家窑背斜和太后庙断层。清凉寺水库位于河南省登封市右部，按照2001《中国地震动参数区划图》，地震活动强度低，水库所在区域地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震烈度6度。

2.5 水文地质条件

2.5.1 地下水类型

库区内地下水丰富，泉水丰沛，地下水常年补给河水，据1996年测得数据，地下水补给量约为0.03m3/s。

坝址区基岩层为中等透水岩层，局部上覆第四系松散覆盖层，地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积物孔隙水，两者直接接触，连通性良好，形成统一含水层。

勘察期间实测坝址区左岸地下水高程为0.00～0.00m，右岸地下水高程为0.00～0.00m，均高于库水位高程。

2.5.2 岩土体的渗透性

对坝体粘土心墙、坝前填土、风化花岗岩石渣以及右副坝坝基低液限粘土均进行了现场注水试验，对主坝、右副坝、溢洪道等主体建筑物部位强风化和弱风化花岗岩分层进行了现场压水试验，试验成果列于表2。

表2 岩土体渗透试验成果统计表

主坝坝体粘土心墙和坝前填土的透水性分级为弱—微透水性，防渗性整体较好，坝前花岗岩石渣具中等透水性，透水性较强，易受河水冲刷破坏不利于大坝防渗。坝址区右岸副坝坝基中的低液限粘土(Q3al+pl)层为弱透水性，砂卵石(Q3al+pl)层具强透水性，整体防渗性弱。

坝址区基岩层中的强风化花岗岩（γ2）整体具有中等透水性，为透水性基础，作为坝基易产生渗透破坏。弱风化花岗岩（γ2）整体具有弱—微透水性，防渗性整体较好。

3 主坝坝基渗漏问题

主坝坝基处理不彻底，粘土截水槽和粘土心墙下部置于强风化的花岗岩上部，强风化的花岗岩为透水性基础，存在较严重的坝基渗漏稳定问题。

主坝坝基岩层主要为强风化的花岗岩，坝轴线强风化花岗岩下限高程为458.3～460.2m，厚度5.0～6.0m。该强风化花岗岩为中粗粒结构，块状构造，多风化成砾砂状，根据现场压水试验资料，该岩层整体具有中等透水性，为透水性基础，作为坝基易产生渗透破坏。

修建大坝时，未进行清除或防渗处理，上部的防渗体底部直接置于该岩层上部，水库高水位运行时，由于扬压力的加大，形成长期库水沿坝基岩层渗露，严重时可导致管涌现象发生，危及上部坝体安全。

设计可根据具体情况采取一定防渗措施，对该坝基岩层进行防渗处理，处理深度应进入下部弱风化的花岗岩层3～5m，同时采取延长坝体渗径，减小坝下扬压力。

4 结语

清凉寺水库是一座于中途停建，各项主体工程均未能达到设计要求的小Ⅰ型水库，不能发挥其应有的防洪及灌溉等作用。主坝坝基处理不彻底，粘土截水槽和粘土心墙下部置于强风化的花岗岩上部，强风化的花岗岩为透水性基础，存在较严重的坝基渗漏稳定问题。可根据具体情况采取一定防渗措施，对该坝基岩层进行防渗处理，处理深度应进入下部弱风化的花岗岩层3～5m，同时采取延长坝体渗径，减小坝下扬压力。