建山坝水库安全鉴定阶段工程地质勘察报告

'工程勘测证书181107-kY湖南省　　　新化县建山坝水库大坝安全评价阶段地质勘察报告娄底市水利水电勘测设计院二OO九年四月14 批准：谭礼文核定：王恒源审查：罗晓良校核：赵志彪编写：李得超参加人员：谭礼文王恒源赵志彪罗晓良　　邹双七李得超14 附件1、附图图名比例尺图号坝区工程地质平面图1：1000建山坝水库安鉴-地质-01大坝工程地质纵剖面图1：500建山坝水库安鉴-地质-0214 目录1绪言11.1工程概况11.2工程建设及运行现状21.3本次地勘工作概况22水库区地质概况42.1地形地貌42.2地层岩性42.3地质构造与地震42.4水文地质条件52.5物理地质现象53坝址区工程地质条件及评价73.1地形地貌73.2地层结构及岩土特征73.3地质构造特征73.4水文地质条件83.5坝基工程地质条件评价83.6坝基岩体物理力学性质94坝体质量评价104.1坝体结构特征104.2坝体施工104.3坝体质量评价104.4坝体砌筑石料物理力学性质115附属建筑物工程地质条件125.1灌溉发电涵工程地质条件126主要工程地质问题评价127结论与处理措施建议147.1结论147.2处理措施建议1414 1绪言1.1工程概况建山坝水库位于湖南省新化县吉庆镇南山灌区上水田村，位于资江三级支流上游，距新化县城区45km，大坝有2.0km未通公路，交通极为不便。是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电等综合效益的山丘小（1）型水利工程。大坝控制集雨面积31km2，该工程于1975年11月破土动工修建，1976年基本建成枢纽工程，同年电站开始受益。大坝为堆石重力坝，坝顶高程303.00m，坝顶轴长67m，坝顶宽度5.0m。大坝上游坡比为1：0.2，下游坡比为1：1。正常蓄水位高程300.00m，相应库容185.00万m3，死水位292.00m，死库容60.0万m3。洪水复核30年一遇设计洪水位303.10m，300年一遇校核洪水位303.22m，相应总库容264.86万m3，枢纽工程由大坝、输水涵管等组成。根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000之规定，该工程等别为Ⅳ等，其主要建筑物为4级。涵管为灌溉发电涵管，钢筋砼管，长32m，直径1.0m，壁厚0.3m，接坝后电站，电站于1990年废弃，1988年在涵管中部接一叉管放水，叉管尺寸为1.3×1.2m，采用门盖式铸铁闸门启闭，3T绞车启闭，后闸门废弃，采用电站水轮机前闸阀开关。导流涵洞尺寸为1.0×1.4m，城门洞形，采用门盖式铸铁闸门，3T手摇绞车启闭。溢流堰位于大坝中部，为WES实用堰，堰顶高程为300.00，溢流宽度为24m。建山坝水库原设计灌溉3000亩农田，现实际灌溉1600亩。自运行以来，水库保证了灌区抗旱用水的需要，保护下游0.3万亩农田、5000多人的生命财产安全，承担下游2所小学，油溪乡至吉庆镇公路的防洪保安任务。14 1.2工程建设及运行现状建山坝水库位于湖南省新化县吉庆镇南山灌区上水田村，位于资江三级支流上游，距新化县城区45km，大坝有2.0km未通公路，交通极为不便。建山坝水库大坝控制集雨面积31平方公里，该工程于1975年动工，由新化县水利电力局设计，并负责大坝的施工放样，大坝砌筑由乡政府统一组织，成立了建山坝水库工程指挥部，由当地公社民工队伍施工，新化县水利局派技术员负责指导施工，施工时采用“大兵团”作战的方式，高峰期参与人员达160人，最高达180人，1976年竣工。水库自运行以来，枢纽工程存在如下主要问题：（1）大坝坝体、坝基漏水较严重。（2）启闭设施老化破损，不能满足工程运行；（3）大坝至今没有建立监测设施，观测、通讯等设施也不完善；（4）管理设施落后，大坝有2.0km未通公路。1.3本次地勘工作概况受新化县水利局的委托，由我院承担建山坝水库大坝安全鉴定阶段的地勘工作。由于现场条件限制，无法在坝顶及坝肩进行钻探作业，因此在本次地勘工作中通过与业主商议，决定采用现场踏勘、访问调查、收集已有的地质、设计、施工和水库运行中的各种监测、险情及病害处理等资料进行综合分析研究的方式，从而全面复查影响工程安全的工程地质和水文地质条件，检查工程运行后地质条件的变化情况；对坝基、岸坡的工程处理效果和坝体砌筑质量及枢纽其它主要建筑物地质条件作出地质评价；初步查明工程区存在的地质病害及其危害程度，为工程安全鉴定分级提供地质资料。本次地勘工作根据《新化县建山坝水库14 大坝安全鉴定地勘任务书》的要求，于2009年2～2009年3月对工程进行了较为详细的地质勘察，完成的主要勘察工作量见表1.3。　　　　　　共完成主要勘察工作量表表1.3序号工作内容单位工作量备注011/1000坝区平面地质测绘Km20.45021/500坝区剖面地质测绘Km0.2503资料收集工作日1004调查访问工作日605现场踏勘工作日1614 2水库区地质概况2.1地形地貌建山坝水库位于湖南省新化县吉庆镇南山灌区上水田村，位于资江三级支流上游，区内地势变化幅度较大,北西高、南东低；一般海拔高程300～500m，相对高差100～200m左右，为中低山区，属溶蚀构造地貌、低山峰脊谷地地形，山头多为浑圆状，冲沟较发育，山坡坡度40～55°。2.2地层岩性库区出露地层为二叠系下统茅口组下段灰岩段（P1m1）、二叠系下统茅口组上段硅质段（P1m2）、新生界第四系全新统（Q4），由新至老描述如下：新生界第四系全新统（Q4）①残坡积堆积（Q4edl）：以灰黄色、黄褐色砾质粉质粘土、砾质粘土、含砾粘土混较多的碎石、块石组成，结构较松散。分布于库内两岸山坡局部区域。厚为1.0～3.0m，局部达到4.0m。②冲积堆积（Q4apl）：以灰色、灰褐色砾质粘土、砾质粉质粘土、砂质粘土、细砾土混较多的卵、碎石组成，结构松散。分布于大坝下游河床及河谷阶地。厚0～3m。二叠系下统茅口组上段硅质段（P1m2）：灰黑色薄～中层状灰岩夹燧石条带致密灰岩；黑色中层状泥质灰岩夹薄层硅质页岩；分布于坝址区。二叠系下统茅口组下段灰岩段（P1m1）：浅灰白色生物灰岩、白云质灰岩；隐晶质结构，块状、厚层状构造；节理裂隙较发育，多见缝合线构造，裂隙面上铁质渲染；方解石脉呈不规则状分布。岩溶较发育，主要形态为溶洞、溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，分布于大坝上游库内大片区域。2.3地质构造与地震14 建山坝水库地处新华夏构造体系第三隆起带东北部边缘，属二级构造的祁阳山字型前弧北翼，区内属相对稳定地块。据国家2001年颁布的《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306—2001）查获，库坝区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为6度。库坝区新构造运动微弱，未见明显的差异运动。2.4水文地质条件库区地下水有第四系松散层中的孔隙潜水、基岩裂隙水及裂隙岩溶水三种类型。孔隙水埋藏于第四系残坡积层和第四系冲洪积层中，含水量较贫乏，靠大气降水补给，以散流形式排泄于沟谷及库区。基岩裂隙水埋藏于基岩风化裂隙、构造裂隙中，主要受大气降水和孔隙潜水补给，径流途径短，以下降泉及散流形式排泄于低洼的沟谷，枯水期多干涸，水量较贫乏。裂隙岩溶水主要赋存于灰岩溶蚀裂隙中，一般埋藏较深，主要由大气降水、地表水补给，补给源广，径流途径长，在低洼处以泉的形式排泄，水量较丰富。据1/20万区域水文地质报告，区内地下水化学类型属HCO3～Ca型和HCO3～Ca.Mg型，地表水类型均属HC03～Ca型。根据区内水质分析成果，地下水和地表水均对普通硅酸盐水泥无侵蚀性。2.5物理地质现象①近坝库岸岸坡稳定性：建山坝水库库、坝区两岸山坡地层岩性主要为黑色中层状泥质灰岩夹薄层硅质页岩、浅灰白色生物灰岩、白云质灰岩，地形坡度较陡峻，大部分边坡为岩质边坡，表层岩体风化破碎，水库蓄水以后，页岩夹层遇水易软化，难软化的灰岩岩块在自身重力作用下，发生小规模的崩塌，由于规模较小，崩塌方量很小，对水库大坝无不良影响。14 ②坝址区基岩为灰黑色薄～中层状灰岩夹燧石条带致密灰岩；黑色中层状泥质灰岩夹薄层硅质页岩，浅部岩石风化强烈，裂隙发育，岩体破碎，完整性较差，强风化带下限埋深自基岩面以下一般为3.5～4.5m。14 3坝址区工程地质条件及评价3.1地形地貌坝区为中低山区，河谷属深切河谷，谷底狭窄；坝址两岸层山壁叠，壁峭如墙，河谷呈“V”型，岸坡陡峻。坝区地表高程在283m～400m之间，坝址处河床高程283.5m，河谷宽约25～30m，两岸山坡坡度约40°～55°。两岸基岩裸露，两岸山体基本对称，植被发育较差。3.2地层结构及岩土特征根据施工开挖资料及地表勘查，坝址区揭露的地层为二叠系下统茅口组上段硅质段（P1m2）：灰黑色薄～中层状灰岩夹燧石条带致密灰岩；黑色中层状泥质灰岩夹薄层硅质页岩；灰岩节理裂隙较发育，多见缝合线构造，裂隙面上铁质渲染。灰岩岩溶较发育，主要形态为溶洞、溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，浅部岩体风化破碎严重，岩体受层面与节理面切割呈层状～碎裂结构，岩层总体产状N70°～75°E∠SE40°～45°。3.3地质构造特征根据建山坝水库大坝基础施工地质资料记录：⑴断层：坝区小型断层较发育，坝址区在开挖清基过程中，共揭露小断层数条条，其中大部分分布在右坝基，断层规模一般较小，破碎带宽度均较小，多为泥质及碎石充填，倾角较陡。⑵节理裂隙：受库区附近构造的影响，坝址区岩石节理裂隙发育，坝址区清基后，在两坝肩及河床均可见高倾角裂隙密集带，主要有以下三组：①走向120～130°，倾向NE，倾角50～55°；闭合状，延伸较远。②走向180～185°，倾向NW，倾角50～56°；闭合状，延伸较远。③走向220°，倾向SE，倾角55～60°；闭合状，延伸较远。上面三组节理均较为发育，其密集程度一般10～1514 条/m，对岸坡的稳定影响较小，但由于延伸较远，贯穿大坝上下游，对抗渗性不利。坝基岩层内的大量节理裂隙的将坝基岩体割裂，呈碎裂结构，严重破坏了坝基岩体的完整性，加深了岩体的风化深度。⑶岩体风化：坝区表部岩体风化较为严重，坝基开挖过程中已将基坑内的强风化岩层基本清除。3.4水文地质条件根据施工地质资料，坝基开挖到了岩石的弱风化带上部，但坝基岩石构造节理及裂隙发育，局部发育大量的溶蚀裂隙，岩石完整性较差，坝基较严重透水带(透水率10～100Lu)深度约10～15m，尤其是坝区内顺河向的较陡角节理裂隙较发育，且延伸较远，贯穿大坝坝基，对防渗十分不利。受历史条件的限制，在大坝修建过程中没有对坝基进行防渗处理，因此，建山坝水库大坝自运行以来就存在较为严重的坝基渗漏和左、右坝端的绕坝渗漏。3.5坝基工程地质条件评价3.5.1大坝基础开挖与处理⑴一般开挖：河床开挖深2m，其中开挖基岩0.5～1.0m，已达到弱风化岩层上部，基本达到设计要求。两岸坝肩挖深1～2m，只达到强风化层下部。⑵坝基后期处理：1993年底，新化县水利局对大坝右岸山坡做砼面板处理坝肩渗漏，但坝肩渗漏没有根本解决，任存在渗漏。后于1995年底，新化县水利局对大坝左岸山坡局部做护坡处理。2005年底，对大坝左岸溶洞进行块石和砼充填，并在山坡开挖沟槽做砼槽截水。但本次踏勘时发现坝后电站厂房底部有一股漏水，说明处理效果差。3.5.2坝基工程地质条件评价坝基岩层为14 灰黑色薄～中层状灰岩夹燧石条带致密灰岩；黑色中层状泥质灰岩夹薄层硅质页岩；灰岩节理裂隙较发育，多见缝合线构造，裂隙面上铁质渲染。灰岩岩溶较发育，主要形态为溶洞、溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，浅部岩体风化破碎严重，岩体受层面与节理面切割呈层状～碎裂结构。坝基浅层岩体具中等透水～强透水性，坝基岩石节理裂隙发育，岩层构造裂隙、风化裂隙和溶蚀裂隙的大量存在为渗漏提供了良好的通道，由于未设置防渗帷幕，坝基渗漏及两坝肩的绕坝渗漏较为严重。因此，大坝坝基存在岩体完整性差未进行固结、渗漏较严重未进行防渗等工程地质问题，直接影响到大坝的安全运行。3.6坝基岩体物理力学性质坝基岩体大部分为灰岩，节理裂隙较发育，根据施工资料与现场踏勘分析，弱风化岩体结构类型属中层状～碎裂结构；岩体完整性较差。坝基弱风化岩体类别宜划分为Ⅲ～Ⅳ类，微风化岩体类别为Ⅱ～Ⅲ类。根据上述分析，结合有关经验数据及本区类似工程资料，提出本工程坝基岩体物理力学性质指标建议值。坝基岩石物理力学地质参数推荐值表　　　　表3.6-1参数原设计采用值复核建议取值密度r(g/cm3)2.60～2.65饱和抗压强度Rb(Mpa)45～50软化系数kd0.60～0.65弹性模量Ez(Mpa)1.05～1.2×104变形模量Eo(Mpa)0.6～0.65×104泊桑比μ0.25～0.30抗剪摩擦系数f（砼/岩石）0.58～0.70抗剪断摩擦系数f’（岩石/岩石）0.75～0.90抗剪凝聚力C(Mpa)0.05～0.2抗剪断凝聚力C’(Mpa)0.80～1.00允许承载力R(Mpa)3.0～3.5岩石工程分类（级）9～10备注坝基岩性为灰岩夹少量钙质页岩，岩石弱～微风化14 4坝体质量评价4.1坝体结构特征水库大坝为堆石重力坝，设计最大坝高20.2m，坝顶高程303.0m，溢洪采用WES溢流堰溢洪，无闸门控制，溢流宽度24m，溢流堰顶高程300.0m，大坝泄洪消能采用挑流消能的方式。4.2坝体施工据参与施工的技术人员回忆，在坝基开挖、清理工作完成后，按坝体放样测量的精度要求：基本平面控制不低于四等三角网的精度；基本高程控制不低于四等水准精度；测站点高程不低于五等水准的精度。在坝体堆砌以前，做好砂浆的铺设，坝体砌筑分块进行，同一坝块内的坝体砌筑，逐层全面连续上升，按石料规格及上下错缝要求砌成阶梯形，大坝每升至一定高度，对大坝砌体的容重、密实度等技术指标进行抽样检查。底部砼浇筑厚度为0.8m，局部地方为1.0m。大坝面板与导水墙采用水泥砂浆砌料石，面板料石后砌400mm厚三合泥块石，中间用块石加粘土回填，没有达到设计要求，表面没有做防渗处理。溢流面在中间块石回填后，分段浇筑C15砼，溢流面砼厚400mm厚。大坝没有完整的防渗处理，水泥砂浆料石面板和400mm厚三合泥块石不能有效防渗，部分块石物理力学指标没达要求。4.3坝体质量评价坝体为水泥砂浆砌块石，通过对坝体砌筑施工资料和现场踏勘观察发现块石岩性为灰岩块石，局部夹有少量风化岩块，新鲜岩石中等硬度，砂浆为水泥砂浆，胶结性较差，多见气孔，局部有蜂窝状空隙，砂浆与块石不具有较好的胶结性，局部存在砂浆不饱满的情况。据大坝运行观测记录：2007年5月10日，水库水位为296.00m时，坝身中部溢流14 堰下有一处漏水，漏水量约为0.02m3/s。1987年，新化县水利局投资对大坝做水泥灌浆防渗处理，但处理效果较差，本次踏勘发现大坝坝体多处有明显的出水点，因此，大坝整体质量较差。4.4坝体砌筑石料物理力学性质根据现场鉴定和类似工程经验，提出大坝砌筑石料物理力学地质参数推荐值见表4.4.1。砌筑石料物理力学地质参数推荐值表　　　　　表4.1.1岩性顶目灰岩密度r(g/cm3)2.6～2.7饱和抗压强度Rb(Mpa)45～50软化系数kd0.70～0.75弹性模量Ez(Mpa)0.6～0.8×104变形模量Eo(Mpa)0.4～0.6×104泊桑比μ0.25～0.35允许承载力R(Mpa)3～3.5岩石工程分类（级）10备注新鲜岩石14 5附属建筑物工程地质条件5.1灌溉发电涵工程地质条件灌溉发电输水涵管放置于大坝左端，钢筋砼管，涵管长32m，内径1.0m，厚0.3m。进口采用门盖式铸铁闸门启闭，3T绞车启闭，涵管出口接坝后电站，采用闸阀控制。电站于1990年废弃，1988年在涵管中部接一叉管放水，叉管尺寸为1.3×1.2m，后闸门废弃，采用电站水轮机前闸阀开关。涵管基础座落在岩石基础上，持力层基础为强风化～弱风化灰岩，岩石致密，属中硬岩，岩体完整性中等。灌溉发电涵工程地质条件一般。6主要工程地质问题评价经运行观察和本次安全鉴定，认为建山坝水库枢纽工程存在的主要工程地质问题有：⑴坝体渗漏问题渗漏的主要原因是：由于坝体混凝土防渗面板的施工，是随着浆砌块石砌体的施工，分块分层浇筑，先砌石，后浇混凝土，在施工过程中各坝段层、块升高进度不一，对施工缝的处理很难达到设计要求，同时，大坝面板与导水墙采用水泥砂浆砌料石，面板料石后砌400mm厚三合泥块石，中间用块石加粘土回填，没有达到设计要求，表面没有做防渗处理。溢流面在中间块石回填后，分段浇筑C15砼，溢流面砼厚400mm厚。大坝没有完整的防渗处理，水泥砂浆料石面板和400mm厚三合泥块石不能有效防渗，部分块石物理力学指标没达要求。给大坝坝体的防渗留下了隐患，导致水库蓄水后，坝体产生渗漏。⑵坝基渗漏和左、右坝端绕坝渗漏问题14 坝基在开挖清基过程中，揭露大量的构造裂隙、风化裂隙与溶蚀裂隙，坝址区清基后，在两坝肩及河床均存在高倾角裂隙密集带。对于坝基内全坝基段从未进行过任何形式的防渗处理。经过多年的运行，在上游高水头库水压力和裂隙密集带内地下水潜蚀的长期共同作用下，使裂隙密集带和岩溶通道内的充填物被冲蚀、淘空，库水循裂隙密集带和岩溶通道产生渗漏。14 7结论与处理措施建议7.1结论（1）建山坝水库地处新华夏构造体系第三隆起带东北部边缘，属相对稳定地块，地震基本烈度值为Ⅵ度区。（2）建山坝水库枢纽存在的主要工程地质问题有：坝身漏水；坝基渗漏；左、右坝肩绕坝渗漏。7.2处理措施建议针对存在的上述问题，建议采取以下处理措施：①对大坝防渗面板进行空库检查，对存在的裂缝采用合适的工程措施处理；②对坝基进行全线帷幕灌浆，帷幕深度均应伸入压水试验透水率q＜10Lu的岩体内，并将帷幕线向左右坝端适当延伸；③新建防汛公路。14'