浙江水库安全鉴定工程地质勘察报告

'1绪言xx水库位于xx市东约34km的xx区春晓镇龙头岙山涧溪流上，坝址有沿海南线及简易公路相连接，交通较便利。xx水库于1970年8月动工，至1982年上半年竣工蓄水。水库大坝为粘土心墙砂壳坝，坝长215m，坝高26.0m（本次勘探揭露最大坝高为33.20m），坝顶高程约48.7m（1985国家高程基准，下同），库区集雨面积2.8km2，正常库容为122.0万m3，总库容为160.1万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电等综合利用的小（1）型水库。xx水库建库前没有做过地质勘察工作，建库后已运行20余年。根据水利部有关文件精神，xx区水利局决定对该水库进行大坝安全鉴定。受xx区水利局委托，由xx市水利水电规划设计研究院和xx省水利水电勘测设计院地勘岩土工程总公司共同承担本水库安全鉴定阶段的工程地质勘察任务。按大坝安全鉴定的相关规程规范要求，本次勘察工作共布置9只钻孔：坝顶布置6只钻孔（其中1只植物胶取样孔），迎水坡布置1只钻孔，背水坡布置2只钻孔。现场勘察手段以钻探和水文地质试验为主，结合工程地质测绘，本阶段勘察工作的主要目的有：（1）查明坝基覆盖层、坝肩的工程地质条件和水文地质条件；（2）对坝体心墙土质量及心墙与下伏基岩、砂砾石层接触段进行水文地质评价；（3）对左坝头溢洪道进口东侧的滑坡体进行工程地质测绘，提出工程治理建议。本次工程地质勘察工作主要依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）、《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL30-2003）、《土工试验规程》（SL237-1999）、《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）进行。11 勘察外业自2005年7月5日开始，8月29日结束。完成的勘察工作量见表1。表1勘察工作量一览表项目单位工作量坝址区工程地质测绘（1：1000）km20.10钻探1.常规钻孔m/孔354.75/8411.75/92.植物胶取样孔m/孔57.0/1现场试验1.注水试验段次732.压水试验段次53.重型圆锥动力触探试验次17室内试验1.原状土样常规试验个552.原状土样分散度试验个123.砂砾石颗分个34.水质分析个12区域地质及库区工程地质条件2.1地形地貌库区属浙东低山丘陵区，山势北高南低，区内植被茂盛，山涧沟谷深切，群山环抱，以构造侵蚀地貌为主，坝址南面紧临象山港。2.2地层岩性库区出露的基岩为单一的侏罗系上统西山头组（J3x）熔结凝灰岩，新鲜岩石呈青灰色，块状结构。第四系覆盖层主要为第四系全新统冲洪积（al-plQ4）砂砾卵石层、第四系上更新统冲洪积（al-plQ3）含泥砂砾卵石层，坝址处总厚度大于25m，分布于溪流河谷；第四系全新统残坡积（el-dlQ4）、崩坡积（col-dlQ4）粉质粘土夹碎石，主要分布于山坡坡麓及坡脚。2.3地质构造与地震工程区位于华南褶皱系（Ⅰ2）浙东南褶皱带（Ⅱ3）中丽水-xx隆起（Ⅲ7）的新昌—定海断隆带（Ⅳ9）的北段，区内构造以断裂为主，褶皱不发育，地质构造较为简单，以北东向、北北东向压性、压扭性断裂为主。本区区域构造稳定，根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区11 设防水准为50年超越概率10%的地震动参数：地震动峰值加速度为0.05g（相应地震基本烈度值为Ⅵ度），地震动反应谱特征周期为0.35s（按1区中硬场地考虑），设计地震分组为第一组。2.4水文地质条件本区属亚热带季风气候，气候温暖，雨量充沛。地下水主要受大气降水补给，向河流排泄。地下水类型有第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水。局部（含泥）砂砾卵石层可能分布有孔隙性承压水，但水头很小，本次勘探期间坝址区钻孔中未见承压水。孔隙潜水地下水位埋深浅，水位受季节变化，透水性大，水量相对丰富。基岩裂隙水富水性主要受岩石的风化程度和地质构造控制，水量贫乏。2.5水库区工程地质条件2.5.1水库渗漏水库库周群山环抱，分水岭宽厚，组成库周的岩石为抗渗性良好的火山碎屑岩，库周未见渗透性良好的区域性断层通过，故水库渗漏问题不存在。2.5.2库岸稳定水库已运行20余年，库周除左坝头溢洪道进口东北侧山体存在滑坡体外，水库其余库周岩土体完整性较好，自然边坡整体稳定性尚好，未发生大范围的库岸再造问题。3坝址区工程地质条件3.1坝体填筑料及物理力学指标水库大坝为心墙砂壳坝，坝体填筑材料由心墙防渗体、坝壳、护坡块石等组成。坝体填筑材料（rQ）分别描述如下：Ⅰ1：碎石土，由碎石及少量粉质粘土组成，厚度0.65～0.9m，分布于坝顶表面。Ⅰ2：干砌护坡块石，以块石为主，底部有少量碎石，厚度0.5～0.6m，分布于迎水坡、背水坡表面。11 Ⅱ1（心墙防渗体）：主要为含砾粉质粘土，局部为粉质粘土、砾砂，灰黄、棕黄色为主，粉质粘土呈可塑～硬塑状。心墙土局部夹风化碎石，碎石粒径一般0.5～5cm，大者大于10cm。坝顶处心墙最厚达32.55m。心墙土主要物理力学指标如下：粘粒含量10.9%～43.4%、平均值29.15%，ω=20.1～37.0%，ρd=1.36～1.69g/cm3，e=0.615～1.011，av=0.144～0.432MPa-1，Es=4.21～11.35MPa，Kh=4.22×10-7～2.77×10-4cm/s（室内试验，下同），Kv=5.77×10-8～1.50×10-4cm/s，C快=7.9～31.6kPa，φ快=14.8°～25.7°，C固=18.6～43.5kPa，φ固=19.1°～27.5°ZK2、ZK3孔各取1组心墙土样进行击实试验，最大干密度ρdmax=1.63g/cm3～1.67g/cm3，平均1.65g/cm3；最优含水量ωop=20.0%～21.5%，平均20.7%。本次勘察共取了12组心墙土样进行分散度试验，分散度为0～8.3%，均为非分散性土。分散度试验结果见表2。表2心墙土分散度试验成果汇总表土样编号钻孔位置孔口高程（m）取样深度（m）分散度D（%）类别ZK1-2坝轴线桩号0+020m48.804.45-4.704.0非分散性土ZK1-49.85-10.100.0ZK1-617.45-17.701.5ZK2-2坝轴线桩号0+072m48.656.00-6.251.8ZK2-412.00-12.252.6ZK2-618.20-18.450.0ZK2-824.25-24.501.6ZK2-1030.40-30.658.3ZK3-5坝轴线桩号0+107m48.6016.20-16.450.0ZK3-826.25-26.500.3ZK4-3坝轴线桩号0+140m48.6010.25-10.500.0ZK4-722.70-22.950.4Ⅱ2、Ⅱ3（坝壳）：坝壳填筑料可分为Ⅱ2层砂砾土和Ⅱ3层堆石两个亚层。Ⅱ2层砂砾土由残坡积、全风化层填筑而成，主要由粘土质砾砂及少量粉质粘土组成，局部偶夹碎块石。Ⅱ2层砂砾土主要物理力学指标如下：ω=20.0～28.9%，ρd=1.49～1.69g/cm3，e=0.599～0.833，av=0.144～0.249MPa-1，Es=6.86～11.16MPa，C固=29.5kPa，φ固=27.7°Ⅱ3层堆石主要由碎石组成，含少量块石，碎石粒径一般5～10cm，大者大于15cm11 。该层主要分布在迎水坡及背水坡一级马道以下坝体上部。背水坡ZK7、ZK8钻孔揭露该层。Ⅱ1层含砾粉质粘土、Ⅱ2层砂砾土物理力学指标统计值和建议值详见附表1、2。3.2坝基工程地质条件坝基覆盖层为第四系全新统冲洪积（al～plQ4）砂砾卵石层、上更新统冲洪积（al～plQ3）含泥砂砾卵石层，基岩为侏罗系上统西山头组（J3x）熔结凝灰岩。ZK7钻孔揭露坝基覆盖层埋藏最深达-4.85m高程。坝基地层自上而下分别描述如下：Ⅲ1：粉质粘土层（al～plQ4），灰色，稍湿，可塑。该层为原坝基地表耕植土，本次勘探仅背水坡第二级别马道ZK8钻孔揭露，厚度0.45m。上游坝基部位施工时已将该层全部挖除。Ⅲ2：砂砾卵石层（al～plQ4），灰黄色，稍密～中密，卵石粒径一般2～5cm，少数大于10cm，局部见漂石，砾卵石成分以火山岩为主，次圆～次棱角状，分选性较差，厚度4.8～6.0m。水库建坝时，坝轴线心墙齿槽部位已将该层全部挖除。Ⅲ3：含泥砂砾卵石层（al～plQ3），灰黄色～黄褐色，中密～密实，泥质胶结，卵石粒径一般2～10cm，少数大于10cm，局部见漂石，钻孔中见漂石最大直径达1.35m；砾卵石表面已风化，部分砾卵石呈全强风化，砾卵石成分以火山岩为主，次圆～次棱角状，泥质胶结程度、密实度随埋深增大而提高。ZK7钻孔揭露该层最大厚度达23.45m。不均匀系数Cu=190.17～3471.0，曲率系数Cc=5.162～124.28。ZK9钻孔中原状砂砾石样品颗分试验级配曲线见附图1～3，颗粒分析成果详见表3。根据ZK9孔级配曲线分析，细颗粒含量Pc均小于25%，坝基含泥砂砾卵石的渗透变形类别为管涌。Ⅳ：基岩，岩性为侏罗系上统西山头组（J3x）熔结凝灰岩，青灰色，块状构造。左岸强风化带厚0～4.0m，弱风化带厚7.0～12.0m；河床段强风化带厚0.8～1.1m；右岸强风化带厚1.0～1.5m。表3钻孔ZK9坝基含泥砂砾卵石颗粒分析成果表11 样品编号取样高程(m)d60(mm)d30(mm)d10(mm)CuCcZK9-110.0～15.038.1827.2250.0113471.0124.28ZK9-25.0～10.054.58011.3520.287190.178.227ZK9-30.0～5.055.4606.8730.165336.125.1623.3地质构造坝址区地质构造简单，两岸地表及钻孔中均未见断层通过。发育的节理以中等～陡倾角为主，节理面较平直，多充填铁锰质、方解石薄膜。大坝左岸主要发育两组节理：（1）N35～40°E/SE∠80°，（2）N60～65°W/SW∠75°；大坝右岸主要发育两组节理：（1）N15～20°E/NW∠85°，（2）N60～65°W/SW∠55°。3.4水文地质条件坝体Ⅱ1层心墙土现场注水试验渗透系数K=2.2×10-5～1.4×10-3cm/s，属弱～中等透水性；室内土工试验水平渗透系数Kh=4.22×10-7～2.77×10-4cm/s，属极微～中等透水性，垂直渗透系数Kv=5.77×10-8～1.50×10-4cm/s，属极微～中等透水性。坝体Ⅱ2层砂砾土现场注水试验渗透系数K=6.9×10-4～7.8×10-3cm/s，属中等透水性。坝基Ⅲ2层砂砾卵石渗透系数k=2.3×10-3～3.6×10-3cm/s，属中等透水性。Ⅲ3层含泥砂砾卵石上部（坝轴线纵剖面上厚度4.7～5.6m、底部高程10.5～10.9m）渗透系数k=1.4×10-4～6.9×10-4cm/s，属中等透水性；下部渗透系数k=2.3×10-5～9.6×10-5cm/s，属弱透水性。心墙土与含泥砂砾卵石层接触带渗透系数k=1.9×10-4～2.9×10-4cm/s，属中等透水性；坝轴线处含泥砂砾卵石层与基岩接触带渗透系数k=2.4×10-5～6.8×10-5cm/s，属弱透水性；两岸坡坝体与基岩接触带渗透系数：左岸k=4.1×10-5～3.3×10-4cm/s，属弱～中等透水性；右岸k=2.4×10-5～6.8×10-5cm/s，属弱透水性。左岸坡基岩透水率q=0.8Lu～2.6×10-4cm/s，属微～中等透水性；右岸坡基岩透水率q=3.2Lu～8.0×10-5cm/s，属弱透水性。各钻孔坝基水文地质试验成果详见表4。表4坝基水文地质试验成果汇总表11 钻孔编号钻孔位置孔口高程(m)试验段孔深(m)渗透系数K(cm/s)或吕荣值q(Lu)备注ZK1坝轴线桩号0+020m48.8018.70～21.704.1×10-5心墙/基岩接触带21.70～25.802.6×10-4基岩25.80～33.01.6×10-433.0～38.902.3ZK2坝轴线桩号0+072m48.6531.65～35.303.3×10-4心墙/基岩接触带35.30～39.800.8基岩ZK3坝轴线桩号0+107m48.6032.50～34.302.2×10-4心墙/含泥砂砾卵石接触带34.30～37.706.5×10-4含泥砂砾卵石37.60～43.356.2×10-543.35～48.107.6×10-548.0～52.33.4×10-551.50～53.06.8×10-5含泥砂砾卵石/基岩接触带53.0～57.02.1基岩ZK4坝轴线桩号0+140m48.6031.50～35.402.9×10-4心墙/含泥砂砾卵石接触带34.90～38.053.6×10-4含泥砂砾卵石37.70～41.502.3×10-539.45～44.902.4×10-5含泥砂砾卵石/基岩接触带43.0～45.408.0×10-5基岩45.0～48.805.6ZK5坝轴线桩号0+172m48.7025.05～28.06.8×10-5心墙/基岩接触带29.50～33.153.2基岩ZK6上游马道桩号0+107m46.7025.60～27.501.9×10-4心墙/含泥砂砾卵石接触带27.40～30.501.4×10-4含泥砂砾卵石30.50～33.655.6×10-433.60～36.606.4×10-435.80～39.456.9×10-439.40～43.759.1×10-543.65～48.708.4×10-548.70～51.202.0×10-4含泥砂砾卵石/基岩接触带ZK7下游马道桩号0+107m40.7015.40～18.07.5×10-3心墙/砂砾卵石接触带17.60～21.503.6×10-3砂砾卵石21.30～24.603.2×10-4含泥砂砾卵石21.30～24.604.2×10-421.30～24.602.8×10-421.30～24.609.6×10-521.30～24.608.3×10-5ZK8下游马道桩号0+107m33.259.80～12.02.8×10-3心墙/砂砾卵石接触带11.90～15.502.3×10-3砂砾卵石15.40～19.03.4×10-4含泥砂砾卵石18.90～23.201.8×10-423.10～27.401.8×10-427.30～32.455.4×10-5根据水质分析成果，库水水化学类型为HCO3--Na+-Ca2+型。依据11 《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99），从PH值判断，库水对混凝土具有分解类一般弱酸性型腐蚀。水质分析成果见表5。表5水质分析成果表阳离子（mg/L）阴离子（mg/L）其他K++Na+Ca2+Mg2+合计HCO3-SO42-CL-NO3-合计总硬度PH值游离CO2侵蚀性CO29.113.181.7314.0215.012.010.77.8845.5815.16.39.47.63.5物理地质现象左坝头溢洪道进口东北侧山体曾多次发生滑坡，该滑坡体若再次滑动，极有可能堵塞溢洪道进口，严重影响溢洪道的正常行洪功能，进而威胁水库大坝及下游村庄的安全。为查明滑坡体的工程地质条件，xx区春晓镇政府于2004年6月委托xx省工程勘察院对该滑坡体进行了勘察，并提交了《xx区春晓镇xx水库左坝肩山体滑坡地质灾害勘查与方案设计》。因此，本次安全鉴定地质勘察工作，未针对该滑坡体布置钻探工作，仅以现场工程地质测绘为主，分析评价时结合利用前期的滑坡勘察资料。该滑坡体地表为较松散的第四系全新统残坡积（el～dlQ4）灰黄色含碎石粉质粘土覆盖，下伏基岩为侏罗系上统西山头组（J3x）青灰色熔结凝灰岩。根据滑坡体附近基岩露头调查成果及前期钻孔资料，下伏基岩无不利于山体稳定的结构面组合，基岩整体稳定。滑坡体后缘边界呈近直立的弧形，局部折线形，后缘高程74～84m，前缘高程43m，滑坡体纵向长度约58m，最大横向宽度约100m，经钻孔揭露平均厚度约12m，总体积约6万余m3。滑坡体地表多处发育拉张、剪切陡坎，剪切、鼓丘裂缝。3.6工程地质评价3.6.1心墙土填筑质量评价坝体心墙由非分散性的含砾粉质粘土填筑而成，土料主要来源于残坡积土，土质不均匀，性质差异较大，局部含较多碎石、砾砂。11 本次勘察共进行了48组心墙土干密度试验，心墙土干密度ρd=1.36～1.69g/cm3，平均干密度ρd=1.50g/cm3。心墙土击实试验平均最大干密度ρdmax=1.65g/cm3，计算可得坝体心墙土的平均压实度为91%，低于现行规范要求的标准。48组土样中仅有6组土样压实度大于96%，仅占取样总数12.5%。3.6.2心墙土防渗性能评价坝体Ⅱ1层心墙土现场注水试验渗透系数K=2.2×10-5～1.4×10-3cm/s，属弱～中等透水性；室内土工试验水平渗透系数Kh=4.22×10-7～2.77×10-4cm/s，属极微～中等透水性，垂直渗透系数Kv=5.77×10-8～1.50×10-4cm/s，属极微～中等透水性。心墙土现场32段注水试验渗透系数均大于1.0×10-5cm/s；18组土样室内渗透试验中，亦有10组土样水平渗透系数大于1.0×10-5cm/s，8组土样垂直渗透系数大于1.0×10-5cm/s；不能满足现行规范要求的心墙防渗体渗透系数不大于10-5cm/s的要求，建议进行防渗处理。3.6.3坝基渗漏与渗透稳定评价坝基为深厚的（含泥）砂砾卵石层。水库动工至今已35年，蓄水运行也已20余年，坝体、坝基压缩沉降变形已基本趋于稳定，坝基的主要工程地质问题是心墙土与坝基接触带、坝基深厚覆盖层的渗漏与渗透稳定问题。大坝基础开挖时虽已挖除表部强透水的Ⅲ2层砂砾卵石，将防渗心墙齿槽设置在Ⅲ3层含泥砂砾卵石上，但坝轴线位置Ⅲ3层含泥砂砾卵石上部（厚度4.7～5.6m、底部高程10.5～10.9m）仍属中等透水性，存在渗漏及渗透稳定问题。心墙齿槽与坝基接触带属中等透水性，存在接触渗流问题。坝轴线处Ⅲ3层含泥砂砾卵石与基岩接触带属弱透水性，不存在接触渗流问题。建议对心墙齿槽地基Ⅲ3层上部中等透水的含泥砂砾卵石层进行渗透稳定分析，必要时进行防渗处理。3.6.4坝肩渗漏与渗透稳定评价左岸坡基岩风化较深，浅部基岩及坝体与基岩接触带均为相对透水层，存在接11 触冲刷和浅部绕坝渗漏问题，建议进行帷幕灌浆处理，防渗帷幕应与坝基防渗体相连。右岸坡基岩风化浅，岩体完整性相对较好，且坝体与基岩接触带透水性弱，工程地质条件较左岸好，不存在接触冲刷和绕坝渗漏问题。3.6.5左岸滑坡体工程地质评价据现场工程地质测绘及xx省工程勘察院的专题报告，溢洪道进口东北侧滑坡体主要由残坡积的灰黄色含碎石粉质粘土组成，滑坡体主要沿着土体与下伏基岩的接触面滑动。由于滑坡体土质较松散，且下伏基岩面倾角较陡，因而在持续强降雨作用下，土体浸润饱和导致自身抗剪强度降低；同时在强降雨形成的土体渗流作用下，土体与下伏基岩接触面摩擦系数亦降低；两者同时作用导致了土体沿基岩面滑动。总之，该滑坡体是持续强降雨作用诱发的沿下伏基岩面的顺层滑坡。目前，该滑坡体由蠕动进入滑动阶段，在持续强降雨作用下有可能再次发生滑动，建议对该滑坡体采取削坡卸荷处理措施，同时加强坡面排水和植被保护的综合治理措施。3.6.6建议参数Ⅲ2层砂砾卵石：干密度ρd=2.0g/cm3、Es=35MPa、φ=33°、J允=0.10～0.12；Ⅲ3层含泥砂砾卵石层：干密度ρd=1.90g/cm3、Es=40MPa、φ=35°、J允=0.30～0.40。4结论及建议11 1、水库区域构造稳定，根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区设防水准为50年超越概率10%的地震动参数：地震动峰值加速度为0.05g（相应地震基本烈度值为Ⅵ度），地震动反应谱特征周期为0.35s（按1区中硬场地考虑），设计地震分组为第一组。2、大坝心墙防渗体由非分散性的含砾粉质粘土填筑而成，局部含较多砾砂、碎石，土质均匀性较差，部分物理力学指标如压实度、渗透系数等大多不能满足现行规范要求，建议进行防渗处理。3、坝基覆盖层为深厚的（含泥）砂砾卵石层。坝基的主要工程地质问题是心墙土与坝基接触带存在接触渗流，心墙齿槽地基Ⅲ3层上部中等透水的含泥砂砾卵石存在渗漏与渗透稳定问题。建议对心墙齿槽地基Ⅲ3层上部中等透水的含泥砂砾卵石层进行渗透稳定分析，必要时进行防渗处理。4、大坝右岸工程地质条件较左岸好。左岸浅部基岩及坝体与基岩接触带为相对透水层，存在接触冲刷和浅部绕坝渗漏问题，建议进行帷幕灌浆处理。5、左坝头溢洪道进口东北侧滑坡体主要是持续强降雨作用诱发的沿下伏基岩面的残坡积土体顺层滑坡，建议对该滑坡体采取削坡卸荷处理措施，同时加强坡面排水和植被保护的综合治理措施。11'