水库除险加固工程工程地质勘查报告

水库除险加固工程工程地质勘查报告

*********水库除险加固工程工程地质勘查报告一、工程概况受***设计有限公司委托，我院承担了***水库除险加固工程工程地质勘查任务，工程由***水利水电勘测设计有限公司设计。现状塘坝坝址以上汇水面积0.39Km2，主流长1.0Km，工程规模为塘坝，工程等别为V等，正常库容约为7.8万m3，效核库容约为11.60万m3。原坝型为心墙土坝，坝高17.50m，坝顶长约51.0m，坝顶宽4.0m，溢洪道为正槽式宽顶堰，宽6.0m，深2.7m，放水设施为坝下埋管。据了解，大坝存在以下问题：①大坝可能因基岩破碎，坝脚中间位置有渗水现象。②大坝有白蚁。③放水设施为素砼涵管。大坝加固拟采用粘土防渗墙，放水设施为隧洞放水。本工程位于***内。距***约25km，交通较便利。二、勘察目的、任务与完成工作量2.1勘察目的在充分利用已有地质资料基础上，根据***有限公司《*********水库除险加固工程地质勘探技术要求》，查明库区及坝址区工程地质条件，进行水库建设适宜性及坝基工程地质、水文地质评价，为塘坝加固设计提供所需的岩土参数。2.2勘察任务根据地质勘探技术要求和水利水电勘察规范，确定主要任务为：15n(1)调查水库渗漏、库岸稳定等主要水文地质和工程地质问题。(2)查明坝址、溢洪道、隧洞的工程地质条件，为选定基准线、大坝防渗形式和其它建筑物，确定建基面高程和地基处理方案，提供地质资料与建议。(3)进行天然建筑材料调查。2.3本次勘察按以下规范及要求执行：a、《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287—2006)b、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251—2000)c、《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)d、《水利水电工程钻探规程》(DL5013—92)e、《水利水电钻孔压水试验规程》(SL31—2003)f、《水工建筑抗震设计规范》(DL5073—2000)g、《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）《*********水库除险加固工程工程地质勘探技术要求》***水利水电勘测设计有限公司2009年8月。2.4勘察工作量野外勘测自2009年8月20日至2009年9月5日进行，勘察工作量详见下表：勘察工作量汇总表项目钻孔（米/个）土样（件）岩样（件）压水试验（段次）工作量141.0/91414915n项目坝区地质调查（Km2）测量（点）工作量0.109三、库区工程地质1、地形地貌库区地处低山丘陵区，地形起伏较大，地势总体北高南低。山体呈近南北向，沟谷两岸基本对称，呈“U”字型，谷底宽度约15～45m，水库左岸山坡自然坡角350～450，右岸山坡自然坡角250～450，山坡覆盖层较薄，植被发育，水土保持良好，冲沟不发育。山坡基岩裸露较差，河床基岩裸露较好，阶地不发育，河床坡降小。2、地层岩性2.1第四系库区第四系覆盖层主要为沿沟谷分布的洪坡积层和沿山坡分布的残坡积层。(1)洪坡积层（Q）主要分布于库区沟谷内，岩性为含粘性土碎石。由于汇水面积较小，河道短，因此该层不太发育，厚度约1～3m。(2)残坡积层（Q）主要分布于山坡及坡脚，岩性为粉质粘土混碎石，灰黄色，厚度变化不大，一般0.3～1.5m，平缓坡处稍厚。2.2侏罗系库区及其附近出露奥陶系长坞组(O3c)泥质粉砂岩与粉砂岩互层，岩石完整性较好。强风化层较薄，岩石有不同程度的硅化蚀变现象。15n3、区域构造和场地稳定性3.1区域构造库区在区域上属扬子—钱塘地槽系上，通过地质调查库区及坝址区无断裂通过，其构造以节理发育为主，发育有三组节理，闭合型。实测岩层产状：倾向1100，倾角700。实测岩层节理产状：①倾向100，倾角600、②倾向2510，倾角350、③倾向1700，倾角550。3.2场地稳定性从区域地质构造及历史地震记载的分布情况分析，本场地属强度弱、震级小、地震发生频率低的相对稳定地带，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的规定，本场地的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。坝址区无断裂通过，属基本稳定区。通过对坝区地质调查，未发现有滑坡、泥石流等对库坝稳定性造成破坏的不良地质作用。根据拟建场地覆盖层厚度综合判定该场地为中硬场地土和岩石，属Ⅱ类建筑场地，设计地震分组为第一组，设计特征周期值为0.35s。4、岩土体工程地质条件库区工程地质层组从上到下依次为：1层粉质粘土混碎石（筑坝填土）（Q4）：筑坝年限超过40年。灰黄色，软可塑，土质中混有含量10～25%棱角形碎石，粒径一般0.5～1.0cm，土质为中等胶结。层厚0.50～14.80米，层底标高102.80～117.26米。15n2层含粘性土碎石（Q）：灰黄，稍密，碎石含量约占50%，棱角状，粒径一般1.5～3.5cm，成分为强风化粉砂岩。该层为残坡积物，胶结程度较低，厚度较薄，一般0.5～1.5cm。层厚0.40～3.50米，层底标高101.40～107.18米。3-1层强风化泥质粉砂岩(O3c)，灰黄色，岩石结构不甚清晰，岩石完整性较差，节理裂隙很发育，沿裂隙面铁锰质粘性土充填。岩芯呈碎块状，硬质合金钻可钻进。层厚0.60～1.20米，层底标高100.80～116.86米。3-2层中风化粉砂岩(O3c)，灰绿色，浅灰色，砂质结构，层状构造。岩石较破碎～较完整，节理裂隙较发育，闭合节理为主，部分微张，岩石有不同程度的硅化蚀变现象。岩芯呈短柱状，部分块状，锤击声脆，不易击碎，岩层金刚钻方可钻进。层厚0.90～10.00米，层底标高98.40～113.24米。3-3层微风化泥质粉砂岩(O3c)，浅灰色、青灰色，砂质结构，层状构造。岩石完整性较好，节理裂隙不发育，岩石有不同程度的硅化蚀变现象，局部岩石硅化较强烈。岩芯呈柱状，部分短柱状，锤击声脆，不易击碎，岩层金刚钻方可钻进。揭露最大厚度10.00m。5、水文地质条件库区地下水的赋存条件与分布规律受气象水文、地貌、构造、岩性等因素控制。区内沟谷短，汇水面积小（0.39km215n），水系不发育，雨季流量大，平时水量贫乏。工作区构造不发育，主要为闭合型节理，连通性及张开性均较差，第四系土层较薄，且透水性较好，地下水易沿第四系土层与下伏基岩面之间渗流。排泄条件好，大多数地段不利于地下水的富集与赋存。野外地表调查时未发现泉点。库区地下水根据其赋水条件划分为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水二大类。孔隙潜水含水层有洪坡积层和残坡积层，水位、水量受大气降水、季节及地形影响较大。基岩裂隙水主要赋存于节理裂隙中，由于节理裂隙以闭合型为主，水量极贫乏。6、库区工程地质评价6.1库岸稳定条件库岸周边山坡第四系残坡积层较薄，且植被发育，坡脚多为强～中风化岩质边坡，沟谷水流侧蚀作用较弱，自然边坡未发现滑坡或崩塌，库岸边坡工程稳定性较好。6.2水库渗漏库区地层岩性简单，地层岩性为粉砂岩，为较软岩，工程力学性质较好，透水性较弱，经钻探及地表调查，库区断裂构造不发育，其构造以闭合型节理发育为主，不存在大规模的渗漏通道。6.3水库淹没条件根据地表调查和区域地质资料，该水库库容小，水库建成后正常蓄水位以下淹没均为竹林及灌木丛，无村庄、农田和有开采价值的矿产资源，库区淹没损失严重程度较小。15n6.4水库污染问题库区及汇水范围内地表松散堆积层较薄，山体植被发育，水土保持良好，冲沟不发育，自然边坡稳定性较好，且河流冲蚀作用较弱，库区及其上游人类活动较弱，未发现天然及人工污染源，水库污染小。四、坝址工程地质1、工程地质条件根据设计要求，对坝址共施工钻孔9个，并对建筑材料场地进行了地质调查。根据勘探技术要求对钻孔（ZK1、ZK2、ZK3、ZK6）进行了压水试验，现根据上述资料及野外调查对该坝址工程地质条件作出评价。1.1地形地貌原坝坝高约17.5m，坝顶长约51m，坝址河床宽约15～45m。坝基左右坝肩自然地形坡度基本对称，左右坝肩自然地形坡度约250～450，山坡基岩裸露较差，多为第四系覆盖，坡脚基岩裸露较好。1.2地层岩性坝址处地层为第四系洪坡积层（Qpl-dl3）以及左、右岸山坡及坡脚分布的残坡积层(Qel-dl)。基岩则为奥陶系长坞组(O3c)粉砂岩，左右岸坡脚裸露基岩其完整性一般～较好。1.3地质构造通过勘查及结合区域地质资料，坝址断裂构造不发育，主要发育节理裂隙，地质构造简单。坝址区发育三15n组节理，以闭合节理为主，节理密度2～3条/米，节理延伸一般1～3.0m。实测岩层产状：倾向1100，倾角700。实测岩层节理产状：①倾向100，倾角600、②倾向2510，倾角350、③倾向1700，倾角550。2、不良地质作用拟建坝址处边坡较稳定，断裂构造不发育，经调查未发现有滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用。3、坝址工程地质评价3.1坝基、坝肩稳定性评价坝址处左右坝肩第四系土层较薄，下伏为中风化、微风化粉砂岩。坝基基岩表层为强风化粉砂岩，其下为中风化、微风化粉砂岩。强风化粉砂岩岩体破碎，风化裂隙发育，岩体质量等级为Ⅳ级，抗风化、抗变形能力一般，工程地质性能一般。中风化、微风化粉砂岩经取岩样测试：中风化粉砂岩其岩石饱和单轴抗压强度标准值为frk=18.81Mpa,岩石属较软岩，岩石节理裂隙较发育，岩石较破碎～较完整。微风化粉砂岩其岩石饱和单轴抗压强度标准值为frk=65.99Mpa,岩石硅化较强，岩石节理裂隙弱发育，岩石属坚硬岩，岩体较完整。中风化、微风化粉砂岩承载力高，岩体质量等级为Ⅲ级，抗风化、抗变形能力强，工程地质性能较好。坝基、坝肩开挖至中风化粉砂岩后，稳定性较好，适宜库坝建设。3.2坝基、坝肩地基渗透性评价坝基、坝肩所处部位地基地层岩性单一，为奥陶系长坞组(O315nc)粉砂岩。根据钻孔压水试验成果及地表调查，中风化粉砂岩属弱透水～微透水层，微风化粉砂岩属微透水层，坝址经勘查未发现有断裂及破碎带通过，不具备较大规模渗漏通道。本次对坝轴线ZK1、ZK2、ZK3、ZK6钻孔进行了压水试验，其成果如下：ZK1孔：试验段2.5～7.5m，岩性为中风化粉砂岩，渗透系数k=4.22×10-5cm/s，透水率q≈5.48Lu，属弱透水性。试验段7.5～12.5m，岩性为中风化粉砂岩，渗透系数k=8.74×10-6cm/s，透水率q≈1.13Lu，属微透水性。试验段12.5～17.5m，岩性为微风化粉砂岩，渗透系数k=3.22×10-6cm/s，透水率q≈0.41Lu，属微透水性。结论：ZK1孔经压水试验，2.5～7.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。ZK2孔：试验段15.5～17.5m，岩性为强风化～中风化粉砂岩，渗透系数k=9.34×10-5cm/s，透水率q≈12.14Lu，属弱透水性，由于强风化岩层厚度较薄，本次未单独对其进行压水试验。试验段17.5～22.5m，岩性为微风化粉砂岩，渗透系数k=4.82×10-6cm/s，透水率q≈0.62Lu，属微透水性。结论：ZK2孔经压水试验，15.5～17.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。15nZK3孔：试验段0.5～3.5m，岩性为中风化～微风化粉砂岩，渗透系数k=2.43×10-5cm/s，透水率q≈3.15Lu，属弱透水性。试验段2.5～7.5m，岩性为微风化粉砂岩，渗透系数k=6.62×10-6cm/s，透水率q≈0.86Lu，属微透水性。结论：ZK3孔经压水试验，0.5～2.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。ZK6孔：试验段11.7～16.7m，岩性为微风化粉砂岩，渗透系数k=8.45×10-6cm/s，透水率q≈1.09Lu，属弱透水性。试验段16.7～22.7m，岩性为微风化粉砂岩，渗透系数k=4.82×10-6cm/s，透水率q≈0.21Lu，属微透水性。结论：ZK6孔经压水试验，11.7m以下岩石均属微透水性。3.3原坝体渗透性评价勘查期间经调查和访问，原坝体坝脚中间位置有渗漏现象，渗漏为泉形式，水流清澈，流量较小，坝体未发现有管涌、潜蚀、流土等渗透变形不良地质作用，也未发现有大规模的渗漏通道。3.4溢洪道工程地质评价溢洪道位于水库右坝肩山坡上，山体坡度25°～45°，残坡积层较薄，层厚0.5～1.0m，强风化层较薄，约0.2～0.5m，其下为中风化～微风化粉砂岩，自然边坡未发现有滑坡或崩塌现象。根据勘查资料，新建溢洪道开挖后基底由中风化粉砂岩组成，边坡上部为残坡积层及强风化岩层，下部为中风化岩层。岩石节理面多15n与坡向大角度斜交，边坡稳定性较好，抗冲刷及抗变形能力较强，溢洪道基础工程性质稳定。3.5隧洞工程地质评价经钻探揭示，拟开挖的右坝肩排水隧洞洞身及进出口基本由中风化～微风化粉砂岩组成，岩石有不同程度的硅化，岩石属较软岩～坚硬岩，岩体较完整～较破碎，抗滑、抗变形能力较强，围岩类别为Ⅲ类，隧洞沿线无断裂及破碎带通过，节理裂隙较发育～弱发育，基岩裂隙水贫乏，岩石属弱透水～微透水性，隧洞工程稳定性较好。五、天然建筑材料1、粘土料经与业主共同调查，基本选定粘土料场一处，并对粘土料场进行了勘查及取样工作。粘土料场位于库区下游约东南方向约1.2km处，位于铁坎村丁香坞塘坝粘土料场旁侧。粘土料沿山坡坡脚分布，分布面积约12000m2，厚度约1.2～2.1m，土方量大于15000m3。粘土料为粉质粘土，软可塑，渗透系数kv=3.30×10-6cm/s，kh=4.5×10-6，属微透水性。经取样进行重型击实试验，粘土料最大干密度1.86g/cm3，最佳含水量15.7%，粘土料土质满足筑坝要求。2、砂砾料库区下游水系较发育，经调查，沟谷溪流下部及两侧分布有少量砂砾层，基本可满足筑坝砂料需求，建议砂料就近取材。15n3、块石料本区出露岩性为奥陶系长坞组(O3c)粉砂岩，石料质量和储量均能满足要求，块石料可根据工程需要就近取材。六、结论与建议1、根据《中国地震动参数区划图》(GB18036-2001)，本区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，设计的特征周期为0.35s。属基本稳定区。场地土类型为中硬场地土及岩石，场地类别为Ⅱ类，在坝区范围内无断裂及破碎带通过，未发现有滑坡、泥石流等对库坝稳定性造成破坏的不良地质作用，也不存在大规模渗漏通道，库区稳定性较好。库区植被发育，溪流侧蚀轻微；库岸稳定性较好，下覆中风化粉砂岩属弱透水性～微透水性，微风化粉砂岩属微透水性，库区淹没损失小，无污染，因此适宜本工程建设。2、库区强风化粉砂岩岩体破碎，风化裂隙发育，岩体质量等级为Ⅳ级，抗风化、抗变形能力一般，工程地质性能一般。中风化泥质粉砂岩，岩体较完整～较破碎，frk=18.81Mpa，属较软岩，抗风化、抗冲刷及抗变形能力较强，承载力较高，工程性能较好，围岩类别为Ⅲ类。微风化泥质粉砂岩，岩体较完整，frk=65.99Mpa，属坚硬岩，抗风化、抗冲刷及抗变形能力较强，承载力高，工程性能较好，围岩类别为Ⅲ类。3、拟建溢洪道地段开挖后溢洪道基底及边坡基本由中风化基岩组成，弱透水性～微透水性，抗风化、抗冲刷及抗变形能力较强，15n基础工程性质稳定，适宜工程建设。4、右坝肩排水隧洞洞身及进出口基本由中风化～微风化粉砂岩组成，属较软岩～坚硬岩，岩体较破碎～较完整，抗滑、抗变形能力较强，围岩类别为Ⅲ类，隧洞沿线无断裂及破碎带通过，节理裂隙较发育～弱发育，基岩裂隙水贫乏，隧洞工程稳定性较好。5、本次勘查对ZK1、ZK2、ZK3、ZK6孔进行了压水试验，其结论如下：K1孔经压水试验，2.5～7.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。ZK2孔经压水试验，15.5～17.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。ZK3孔经压水试验，0.5～2.5m岩石属弱透水性，其下岩石均属微透水性。ZK6孔经压水试验，11.7m以下岩石均属微透水性。6、现已查明可供开采的粘土料场一处，土方量大于15000m3。粘土料量满足筑坝需求。经取样进行常规分析及进行重型击实试验，粘土料渗透系数kv=3.30×10-6cm/s，kh=4.5×10-6，属微透水性，粘土料最大干密度平均1.86g/cm3，最佳含水量15.7%，粘土料土质满足筑坝要求。7、根据库区工程地质条件建议如下：（1）***水库原坝型为心墙土坝，坝高约17.50m，正常库容约为15n7.8万m3。库坝除坝脚中间位置有渗水现象外，目前库坝完整性较好。勘察成果显示，坝基基岩隔水层埋藏较浅，且连续，强风化粉砂岩层较薄，建议坝基、坝肩嵌入弱透水性或微透水性粉砂岩，由于浅部中风化粉砂岩节理裂隙较发育，建议对其进行注浆防渗处理，大坝防渗形式宜采用粘土斜墙防渗或套井回填法防渗。套井回填法防渗：套井回填是近年来广泛应用的一种防渗方法，套井回填法是利用冲抓或打井机具，在土坝渗漏范围内造井,用粘性土料分层回填压实结合坝基注浆,形成一连续的套接粘土防渗墙,以达到加强坝体的防渗的目的，同时由于夯锤对井壁的土层挤压,使其周围土体密实,提高了坝体质量。目前该方法在地区普遍采用，效果较好，施工经验较成熟，其特点是工艺较简单，施工速度较快，造价较低，防渗也较为彻底，该方法也较适宜本工程除险加固。粘土斜墙防渗：粘土斜墙防渗是一种常用传统防渗方法，效果较好，施工经验成熟。根据库坝工程地质条件，粘土斜墙防渗适宜本工程除险加固，但由于库坝高约17m，坝顶长约51.0m，库坝较高、较宽，防渗工程量较大，造价较高，同时也存在库水须放干，造成村民饮水困难、农田缺水问题。根据库坝工程地质条件以及交通较便利，电力、机械设备进场较为方便等特点，在有效防渗除险加固的基础上，结合经济条件因素，套井回填法防渗较为适宜本工程。（2）隧洞进出口开挖应进行支护，可采用15n喷混凝土、系统锚杆加钢筋网进行支护，并做好超前地质预报工作。（3）遇地质情况变化应及时通知我院，会同设计等方协调解决。15