安全生产_某水库大坝安全综合评价报告

河南省焦作市群英水库 大坝安全综合评价报告 南 京 水 利 科 学 研 究 院 二九年十月 I 项 目 名 称 ：项 目 名 称 ：河南省焦作市群英水库大坝安全鉴定 项 目 编 号 ：项 目 编 号 ：H70903 项 目 来 源 ：项 目 来 源 ：焦作市水利局 项 目 负 责 ：项 目 负 责 ：马福恒 刘成栋 报告编写人：报告编写人：向 衍 刘成栋 马福恒 王五平 张保中 项目参加人：项目参加人：宋人心 傅 翔 王承强 余冬生 戴 群 李子阳 何文洲 周太山 刘文成 薛建军 报告评审人：报告评审人：盛金保（总工、教授级高工） 袁 辉（处长、教授级高工） 杨正华（室主任、教授级高工） 报告审批人：报告审批人：蔡跃波（副院长、教授级高工） II 内容提要 依据水库大坝安全鉴定办法和水库大坝安全评价导则 （SL258 -2000） 的要求，本次鉴定通过对群英水库大坝工程质量、运行管理、防洪能力、结构与 渗流安全性、金属结构及输泄水建筑物安全性等进行综合评价，结果表明，水库 防洪能力满足国家防洪标准 （GB50201-94）要求，但溢流坝面多处裂缝，影 响行洪安全；坝体砌石砂浆表面风化，局部脱落，防渗面板混凝土浇筑质量差， 多处孔洞，溢流坝面混凝土浇筑质量差，表面裂缝，工程质量不合格；大坝结构 强度、抗滑稳定及抗震结构安全性满足规范要求，但防渗面板强度低，左坝肩上 部山体陡峻，岩体破碎，存在崩塌危险；大坝下游面及两坝肩多处渗漏，渗漏严 重，虽经灌浆处理，效果不明显；无大坝安全监测设施，管理设施不完善。群英 水库存在多处安全隐患，病险严重，应为“三类坝” 。建议尽快进行除险加固， 并完善大坝安全监测设施和管理设施。除险加固工程实施前，应切实加强水库大 坝的日常巡视，确保工程安全；考虑到坝顶安全超高有较大富裕，可结合下游焦 作市的防洪规划，论证大坝有闸控制的可行性。 关键词：群英水库 砌石重力拱坝 安全评价 三类坝 III 目 录 1 大坝安全鉴定基本情况.1 1.1 工程概况.1 1.2 大坝运行与安全问题.3 1.3 大坝安全评价工作概况.4 2 现场安全检查.5 2.1 大坝.5 2.2 输水洞.7 2.3 其它.8 3 工程地质及施工质量评价.10 3.1 工程地质与水文地质.10 3.2 坝基开挖及处理.18 3.3 工程质量评价.19 3.4 工程质量评价结论与建议.20 4 运行管理评价.21 4.1 管理机构及规章制度.21 4.2 大坝运行及维护.21 4.3 应急预案.23 4.4 安全监测.24 4.5 运行管理评价结论及建议.24 5 洪水复核和防洪安全评价.26 5.1 防洪标准.26 5.2 基本资料.26 5.3 设计洪水复核.27 5.4 洪水调节计算.31 5.5 水库防洪能力复核.34 5.6 结论与建议.36 6 大坝结构安全评价.37 6.1 拱坝结构安全分析.37 IV 6.2 拱座稳定分析.69 6.3 溢洪道泄流安全复核.75 6.4 结论与建议.76 7 大坝渗流安全评价.77 7.1 大坝防渗体系.77 7.2 大坝实际渗流性态.77 7.3 大坝渗流安全评价.78 8 金属结构及输泄水建筑物安全检测与评价.79 8.1 混凝土与砌体结构检测与评价.79 8.2 输水洞闸阀与闸房检查及评价.85 8.3 结论与建议.87 9 大坝安全综合评价结论与建议.88 现场检查与检测照片.90 附件 河南省焦作市群英水库现场安全检查专家组名单.95 主要参考资料.96 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 1 1 大坝安全鉴定基本情况* 1.1 工程概况 群英水库位于北纬 3521、 东经 11308， 坝址建于河南省焦作市西北部 22km 的修武县西村乡境内，所在河流为海河流域卫河上游的大沙河上。工程始建于 1966 年 11 月，1971 年 7 月建成。水库以灌溉兴利为主，并结合防洪、发电、供 水、养殖等综合利用。原设计总库容为 2000 万 m3，其中死库容 53 万 m3，兴利 库容 1247 万 m3，防洪库容 700 万 m3。设计灌溉面积 6 万亩，下游防洪保护面 积 2 万亩。该水库地理位置十分重要，大坝下游 28km 处有焦枝铁路、焦郑高速 公路、焦晋高速公路以及新济公路。水库地理位置十分重要，详见图 1.1-1。目 前，水库由焦作市群英水库管理处管理。为充分发挥群英水库综合效益，1997 年 4 月开始向焦作市城市居民供水，2002 年 4 月发展工业供水，水库建成后在 防洪、灌溉、供水方面发挥了显著作用，设计年供水 800 万 m3。 图 1.1-1 群英水库大坝地理位置图 大坝坝址控制流域面积为 165km2，多年平均降雨量 650mm，多年平均径流 量 0.333 亿 m3。群英水库为中型水库，工程等级为等，主要建筑物级别为 3 级，相应的设计洪水标准为 50 年一遇，校核洪水标准为 1000 年一遇。原设计洪 水按推理公式法计算求得， 50年一遇洪峰流量980m3/s， 最大下泄流量为960m3/s， 相应库水位为 481.75m； 1000 年一遇洪峰流量 2870m3/s， 最大溢流量为 2480m3/s， *编写：南京水利科学研究院 马福恒、向衍、王五平；焦作市群英水库管理处 张保中 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 2 相应库水位为 485.20m。水库死水位 425.00m，死库容 53 万 m3。经本次安全鉴 定复核，50 年一遇洪峰流量 1616m3/s，最大下泄流量为 1330m3/s，相应设计洪 水位为 482.65m；1000 年一遇洪峰流量 3253m3/s，最大下泄流量为 2710m3/s，相 应校核洪水位为 485.64m。 水库主要建筑物有大坝、输水洞、电站厂房等。枢纽平面布置及大坝下游立 视图见图 1.1-2 和图 1.1-3。大坝为定圆心、变半径的浆砌石重力拱坝，坝顶弧长 154.28m，坝顶中心角为 80，外半径 110.5m，坝顶厚 4.5m，坝底厚 52m，厚高 比为 0.52，弧高比为 1.54，坝顶高程 490.50m，最大坝高 100.5m，为亚洲同类型 第一高坝。大坝上游设有混凝土防渗面板，底厚 5m，顶厚 0.5m。坝体为 100# 水泥砂浆砌块石。拱冠梁剖面见图 1.1-4。 坝 主 坝 主 道溢 洪 溢 图 1.1-2 群英水库平面布置图 大坝采用坝顶溢流，溢洪道布置在坝顶中部，无闸控制，为 7 孔净宽 8.0m 的克-奥型非真空溢流堰。左侧两孔堰顶高程为 479.00m，右侧五孔堰顶高程为 477.00m，采用挑流消能。溢流段总宽 65m，净宽 56m。溢洪道布置见图 1.1-5。 在大坝左岸高程 412.00m 和高程 445.00m 处，设有一、二两级输水洞，内径 分别为 1.0m 和 0.8m，出口安装闸阀控制。水电站装有机组两台，装机容量为 750kW（即 500kW 与 250kW 机组各一台）的机组。 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 3 490.50 485.00 445.00 412.00 386.00 390.00 410.00 一级输水洞闸房 二级输水洞 479.00 477.00 1#2#3#4#5#6# 7# 图 1.1-3 大坝下游立视图 图 1.1-4 拱冠梁剖面图 图 1.1-5 溢洪道布置示意图 1.2 大坝运行与安全问题 群英水库建于 20 世纪 60 年代末，属典型“三边”工程，设计及施工资料缺 乏，加之水库管理机构多次出现变更，仅有的少量资料也已流失，给水库的运行 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 4 管理带来诸多不便。水库自 1971 年投入正常运行后，当蓄至高水位时，大坝两 岸坝肩渗漏严重，并有恶化趋势。鉴于群英水库存在的主要问题，焦作市水利局 勘测设计室于 1998 年 3 月编制了群英水库除险加固工程可行性研究报告 ，并 于 1998 年 9 月完成了群英水库除险加固工程初步设计 。加固工程于 1998 年 开工，工期两年，2000 年完工。主要措施内容包括大坝灌浆、防汛路整修、工 作桥面改造和小坝基灌浆， 对大坝上游防渗面板裂缝及溢流面裂缝采用环氧砂浆 勾缝抹平，下游坝面渗水作进一步观察。 群英水库大坝无常规安全监测项目，目前仅靠日常巡视。水库自建成以来目 前已运行 38 年，但从未进行过系统的安全鉴定，无法掌握工程运行性态。 1.3 大坝安全评价工作概况 按照水利部颁布的水库大坝安全鉴定办法要求，为全面系统地掌握水库 大坝运行性态，2008 年 10 月，焦作市水利局委托南京水利科学研究院对群英水 库大坝进行安全鉴定。依据水库大坝安全评价导则 （SL258-2000）要求，结 合大坝运行现状，对大坝工程质量、运行管理、防洪安全、大坝渗流与结构安全、 抗震安全等进行专题分析评价，并在现场安全检查、大坝及输水洞安全检测等成 果基础上，对群英水库大坝安全性态进行了综合评价。安全鉴定成果见表 1.3-1。 表 1.3-1 群英水库大坝安全鉴定报告成果一览表 专题 报 告 名 称 主 要 完 成 人 完成日期 1 大坝安全鉴定基本情况 马福恒、向衍、王五平、张保中 2008.10 2 大坝现场安全检查与评价 群英水库现场安全检查组 2008.10 3 工程地质及施工质量评价 向衍、刘成栋、王五平、刘文成 2009.3 4 大坝运行管理评价 张保中、周太山、刘文成、薛建军 2008.12 5 洪水复核和防洪安全评价 向衍、刘成栋 2009.1 6 大坝结构和稳定安全评价 向衍、刘成栋、马福恒 2009.4 7 大坝渗流安全评价 刘成栋、向衍 2009.5 8 溢流坝及输水洞安全检测与评价王五平、宋人心、傅 翔、王承强 2009.3 9 大坝安全综合评价结论与建议 马福恒、向衍、刘成栋、王五平 2009.10 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 5 2 现场安全检查* 2008 年 10 月 8 日，群英水库大坝现场安全检查专家组（名单见附件）在查 阅了工程勘察设计、施工与运行资料的基础上，对大坝、溢流堰、输水洞等建筑 物的外观状况、结构安全情况、运行管理条件等进行了全面检查与评估，并对工 程的有关问题进行了研究、讨论。此外，以目测、摄影等，并借助卷尺、卡尺、 数码相机等工具，描述溢流坝导流墙、溢流堰、挑流坎、防渗面板，坝顶工作桥 的排架柱、横梁、拱肋、连系梁等各类构件的外观缺陷，记录了混凝土剥落、破 损部位、数量、面积；保护层脱落露筋的块数、面积（或长度）与部位；锈斑的 数量、部位；钢筋锈胀裂缝、结构裂缝长度、宽度、走向。此外，对输水洞闸阀 及闸房等部位的闸阀锈蚀状况和闸房现状进行了检查。现场检查时，库水位为 453.36m，相应库容为 498 万 m3。 2.1 大坝 1 大坝 水库大坝为浆砌石重力拱坝，砌石体种类为100#水泥浆砌石灰岩块石。坝体 上游设有混凝土防渗面板，底厚5m，顶厚0.5m。非防渗坝体填筑材料为花岗岩 条石， 条石尺寸高30cm， 宽30cm45cm， 长60cm100cm。 条石之间缝距6cm8cm， 胶结材料为100#水泥砂浆。临近防渗面部位的条石采用顺砌，其余部位丁砌。经 现场测定，砌体空隙率在30%左右，容重在24kN/m3以上。现场检查时发现大坝 下游右侧约425.00m高程以及右坝肩410.00m高程处有渗漏点（照片34、35）。经 管理人员描述，高水位与低水位时大坝下游面及两岸坝肩的渗漏点位置见图 2.1-1。图中S表示低水位渗漏点位置，H表示高水位时的渗漏点位置。经现场估 计及管理人员描述，低水位445.00m时渗流量约为30L/s，高水位470.00m以上时 渗流量为80L/s 100L/s。 此外，现场检查时发现，大坝背水坡砌石砂浆表面风化，局部脱空。 2 溢流堰 溢流堰上出现多条裂缝（照片3照片5）。现场检查时共发现76条裂缝，长 度总计322.3m。其中陡坡段58条裂缝，累计长度228.7m；反弧段18条裂缝，累计 长度93.6m。陡坡段裂缝基本与坝轴线平行，反弧段裂缝大部分与坝轴线平行， 另一些裂缝垂直坝轴线。反弧段裂缝中部分已采用环氧砂浆修补，修补长度为 * 编写：焦作市群英水库现场安全检查组（名单见附件） 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 48.4m。溢流堰横向及纵向分缝两侧平整，无明显高差（照片6）。 490.50 485.00 445.00 412.00 386.00 390.00 410.00 一级输水洞闸房 二级输水洞 479.00 477.00 1#2#3#4#5#6# 7# 图 2.1-1 大坝下游渗漏点示意图 溢流堰上裂缝统计结果见表2.1-1。 由于溢流堰上有横向分缝， 统计裂缝数量 时以分缝为界，即使裂缝处于分缝两侧的同一位置处，也计作两条缝。另外，反 弧段的横向分缝介于各闸墩之间，同一条裂缝穿过两个孔，因此统计反弧段裂缝 数量时，以导流墙为分界，亦即左边1#、2#孔，中间3#、4#、5#孔，右边6#、7#孔 分别合在一起统计。 表 2.1-1 溢流堰裂缝统计（单位：m） 陡坡段 反弧段 孔号 裂缝数量 裂缝长度 裂缝数量 裂缝长度 已修补长度 1#10 44.1 2#8 25.7 4 19.2 14.3 3#9 33.4 4#10 44.5 5#9 37.5 7 39.2 19.1 6#6 17.5 7#6 26.0 7 35.2 15.0 累计 58 228.7 18 93.6 48.4 3 导流墙 溢流堰共设四垛导流墙，从左往右依次编号为1#、2#、3#、4#导流墙。导流 墙浇筑时多处跑模，表面不平整，普遍出现大面积露石（照片7照片10）。1#导 流墙上部砌石的部分砌筑砂浆脱落（照片11）。导流墙自溢流堰纵向分缝往下游 6 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 7 游4.4m处有一条长1.8m的裂缝（照片12）。导流墙水平分缝处有5处渗漏，析出 白色钙物质（照片12）。2#导流墙有一条裂缝，裂缝底端位于溢流堰纵向分缝处， 往下游伸展1.5m，至墙顶结束，缝长3.3m。该裂缝在导流墙的两侧均可见，为贯 穿裂缝。3#导流墙有两条裂缝，其中一条裂缝底端位于溢流堰纵向分缝往下游 0.7m处，往下游伸展3.8m，至墙顶（照片13），缝长4.0m，宽1.0mm，为贯穿裂 缝。另一条裂缝顶端位于溢流堰纵向分缝所在位置的墙顶，往上游伸展4.7m，往 下伸展0.6m（照片14），缝长5.0m。导流墙左侧有3处混凝土胀裂，钢筋外露， 累计长度0.7m（照片15）。4#导流墙有一条竖向裂缝，位于溢流堰纵向分缝往下 游3.7m处，裂缝顶端在导流墙水平分缝处，延伸至溢流堰，缝长1.8m，缝中渗水 （照片16）。导流墙水平分缝处共有14处渗漏，析出白色钙状物质（照片16）。 导流墙上部砌石部分也出现多处砌筑砂浆脱落。 4 闸墩 闸墩施工质量较差，表面不平整，普遍露石（照片17）。 5 防渗面板 上游防渗面板施工质量较差， 浇筑时跑模现象较普遍， 表面不平整 （照片18） ， 多处出现孔洞（照片19）。 6 坝顶工作桥 工作桥为7孔拱桥，拱座支承在与大坝导流墙或闸墩相连的排架柱上，每孔 在上、下游各设一根横梁，横梁架设在排架柱上（照片20）。排架柱从左往右依 次编号为1#8#。 8#下游排架柱左、 右侧各有1条竖向裂缝， 长度分别约3.0m、 2.0m （照片21）。1#孔下游横梁一处主筋锈胀、混凝土开裂，长0.4m（照片22）；7# 孔上游横梁一处主筋锈胀、混凝土开裂，长2m（照片23）。1#孔拱肋两处箍筋锈 胀开裂，箍筋外露，长度分别为15cm、10cm；7#孔上游拱肋箍筋锈胀，混凝土 空鼓，面积30cm20cm。桥面板多处出现混凝土胀裂、钢筋露筋（照片24）。 拱肋连系杆多处出现断裂（照片25）。 2.2 输水洞 输水洞分上、下两级，一级输水洞进口高程412.00m，出口为两个直径0.6m 的闸阀控制，进口为一竖井与平洞相连。二级输水洞进口高程445.00m，出口为 两个直径0.5m的闸阀控制。 1 闸阀 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 8 一级输水洞出口的两个闸阀（照片 26）分别控制发电站引水及邻近村庄的 饮用水。闸阀涂层大片脱落，有密集成片的锈坑，局部较深的点锈坑深度超过 1.5mm，属于较重锈蚀（照片 27） 。发电站引水钢管涂层局部脱落，有明显的锈 斑、锈坑，但锈坑面积小、深度一般在 0.5mm1.5mm 之间，属于一般锈蚀（照 片 28） 。 饮用水控制闸阀出水口， 无防护设施， 水流直冲连接涵洞， 水流喷溅 （照 片 29） 。 2 闸房 一级输水洞闸房为两层结构（照片 30） ，紧靠大坝下游面。墙体为浆砌石， 与大坝下游面相邻的一楼及二楼墙面均出现多处渗水（照片 31、32） 。屋内无照 明设施。二级输水洞闸房建于左岸岩基上（照片 33） ，房屋简陋，屋内无照明设 施。一、二级输水洞均未设置检修闸门，闸阀维修困难。 3 输水洞启闭设施 一级、 二级输水洞闸阀安装于 1971 年， 迄今已达 38 年， 目前锈蚀较为严重。 闸房简陋，一级输水洞闸房墙体多处出现渗漏。一、二级输水洞均未设置检修闸 门，闸阀维修困难。 2.3 其它 1 群英水库建于 20 世纪 60 年代末，属于典型的“三边”工程，设计及施工 资料缺乏，加之水库管理机构多次变换，管理设施缺乏；部分资料遗失，给水库 的运行管理带来诸多不便。鉴于群英水库大坝为亚洲最高的浆切石重力拱坝，未 布置安全监测仪器，无法实时掌握大坝的运行性态。 2 大坝库区左岸山体曾出现滑坡，左坝肩局部山体较破碎，其下的输水洞闸 房存在安全隐患。大坝下游为天然河道，泄洪时下泄水流曾将一级输水洞闸房下 至河道的台阶冲毁，坝前闸房下游侧已形成一个长 50m、深约 26m 的冲坑。 3 水库电站直径1m的输水管主管道长约150m， 1#发电机支管道直径0.73m， 长 13m；2#发电机支管道直径 0.75m，长 11.0m。由于水库下游输水管道长期处 于阴暗潮湿的山洞内，通风不良，虽然经过 35 年一次的防锈处理，但输水管道 依然锈蚀严重，管道表面已经出现严重的锈坑。且有 45.0m 管道长期处于完全封 闭状态，自电站建成以来从未进行过防锈处理。 4 目前，通往一、二级闸房的道路在 2005 年修建景区旅游步道时被砸毁， 造成通往一、二级闸房的道路全部中断，现在大坝中间通往二级闸房的步道宽仅 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 9 0.5m，汛期大坝溢流时无法通过，无法及时开启闸阀泄洪。 5 大坝工作桥，水库管理房及输水洞闸房等年久失修，给正常运行管理带来 困难。 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 10 3 工程地质及施工质量评价* 根据水库大坝安全评价导则 （SL258-2000） ，工程质量评价的方法包括现 场巡视检查、历史资料分析、试验检查等。尽管群英水库建设过程未有详细的地 质勘探资料，但 1999 年大坝灌浆加固时进行了工程地质勘探工作。本次工程地 质及施工质量评价以历史资料和现场巡视检查为主。 3.1 工程地质与水文地质 3.1.1 工程地质条件 1 地形地貌 地形由西北向东南倾斜，依据地貌单元及形态划分为山区、山前坡地岗丘区 和平原区。山区海拔高度 1700m200m，为构造剥蚀中低山地貌，基岩裸露，山 势陡峻，谷系发育，多呈“V”形；山前坡地岗丘区，海拔高度 200m95m，由 山前冲洪积堆积物构成，覆盖层厚度不一，南北向冲沟发育，侵蚀切割较重，沟 岭相间，波状起伏，区内土层与砂砾石交错，分布不均。地面坡度 1/1001/600； 平原区为洪积冲积扇群形成的山前倾斜平原，地面平坦，地势西北至东南，地面 坡度 1/10001/2000，冲沟在该区逐渐萎缩消失。本区地层从太古界到新生界均 有出露，最广泛的是寒武奥陶纪灰岩，厚 8001000m，是岩溶水良好的储水构 造。山前倾斜平原及冲洪积平原，为第四纪松散沉积物，蕴藏着丰富的浅层地下 水。 流域内山区部分为基岩区，岩性为灰岩及白云岩，河道内为卵石层。河流出 山口以后为典型的洪积扇地形，上部沉积层以粗颗粒为主，卵砾石层厚度大，并 含有大量的漂石颗粒，但在上游两岸所影响的范围较小，仅在河道和两岸的一小 部分。洪积扇中部地势逐渐变缓，河道在沉积早期分成许多小支流，影响范围逐 渐扩大，卵砾石层的厚度和规模也较大。河床在中上部多以粘性土为主，卵砾石 层呈透镜体出现。洪积扇下部大都是粘性土、粉土和沙层。 2 地层岩性 群英水库坝址区出露地层主要是寒武系上、中统，坝基、坝肩属寒武系中张 夏组、上统崮山组和长山组，坝顶以上皆为凤山组。水库内水面基本上在长山组 浮动，其岩性自下而上为： * 编写：南京水利科学研究院 向衍、刘成栋、王五平；焦作市群英水库管理处 刘文成 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 11 1）寒武系中统张夏组（2Z） 出露于大坝南大东河底两侧坡脚，由北向南厚度变薄，出露最大厚度为 12.40m，顶板高程约 430.00m，为一套巨厚层状深灰色微晶鲕粒白云岩。该层表 面为微风化状，颜色为浅灰色，风化后单层厚度一般为 20cm50cm。 2）寒武系上统崮山组（3g） 沿河两侧下部出露，分为上下两段： （1）下段（3g1） 深灰色厚巨厚层状鲕状白云岩与微晶白云岩互层， 风化层呈灰褐色，弱微风化状，风化后单层厚度为 20cm50cm。该层底部为厚 20cm 40cm 的灰黄黄绿色薄层泥质白云岩呈断续出现， 可作为与下伏张夏组的 分层标志，厚约 20m。 （2）上段（3g2） 灰色厚层状鲕状白云岩，上部鲕粒含量渐少，泥质含 量渐增， 呈微风化状， 局部弱风化， 风化色为褐灰褐色。 单层厚度为 20cm30cm。 该段厚 20m。 3）寒武系上统长山组（3C） 分布于坝肩及河两岸山腰，分三个岩性段： （1）第一岩性段（3C1） 浅灰黄色泥质条带白云岩，微晶结构，薄层状 条带状构造，泥质条带间隔 2cm3cm，条带宽 0.5cm。泥质条带下部较密，上部 渐疏，沿泥质条带层面可见波痕及竹叶状条带。该段中部局部可见一些串珠状溶 蚀凹坑沿泥质集中部位分布。该段一般呈弱风化状，风化后单层 2cm3cm，呈 板状，段厚 8.2m。 （2）第二岩性段（3C2） 下部为灰色泥质条带微晶白云岩，呈中厚或薄 层状，风化色为浅灰或灰黄色，条带宽度为 0.5cm1.5cm，条带间距 5cm20cm， 风化后单层厚 2cm5cm。段厚 19.2m。 （3）第三岩性段（3C3） 上部为灰黄色泥质条带白云岩，条带密度较下 部密集，一般间隔为 2cm5cm，条带宽度为 0.5cm，顶部泥质渐少，风化后单层 厚 2cm5cm。该段厚 10m12m。 4）寒武系上统风山组（3f） 该组大面积出露两岸山腰及山顶，分四个岩性段： （1）第一岩性段（3f1） 灰或灰黄色微、细晶白云岩，厚层 25m30m。 （2）第二岩性段（3f2） 灰白色粗晶白云岩，风化后微显褐色，厚层或 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 12 巨厚层状，结晶颗粒粗大，晶粒可达 1mm2mm，该层层位稳定，可作为层位对 比的标志，厚 12.2m。 （3）第三岩性段（3f3） 灰色或局部为斑杂色细晶白云岩，厚层状普遍 含燧石条带，该段底部含两层灰黄色薄层泥质白云岩，间隔约 2.0m，呈透镜状 产出，厚度微 20cm50cm，沿该层常形成断续的溶蚀沟槽，局部为溶蚀小洞， 溶蚀凹槽一般内凹 10cm20cm。溶蚀小洞大小不一，一般高度为 50cm100cm， 深 50cm80cm，洞底外倾，无充填，洞壁为钙质薄膜。该段厚 60m。 （4）第四岩性段（3f4） 灰黄色薄或中层泥质白云岩，微晶结构，由下 向上泥质含量逐渐增高，单层厚度渐薄，地貌上往往缓坡。未见顶，厚度大于 30m。 寒武系各地层均为整合接触。 5）第四系（Q） （1）上更新统（Q3） 分布于坝区河谷中，为坡残积物，以褐黄色中或重 粉质壤土夹坡积碎石，厚度大于 10m。 （2）全新统（Q4） 分布于河床中，为冲积物。以漂石、卵石、砾石为主， 含中、粗砂，微具层理，厚约 20m。 3 区域地质与地震 根据中国地震动参数区划图 （GB 18306-2001） ，群英水库坝址区域地震 动峰值为 0.15g，相应地震基本烈度为 VII 度。 图 3.1-1 群英水库的地震动参数图 3.1.2 地质构造 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 13 坝址区为缓倾斜的单斜岩层， 仅在局部地段相对软弱的岩层中见到轻微揉皱 现象。岩层一般倾向南东至南，局为南西，倾角 510，靠近断层处产状变化较 大。区内以断层构造为主，且多为高角度正断层，但断层规模较小，具体如下。 1 断层 1）F1断层 位于左坝肩（见图 3.1-2） ，走向 NE45，在坝南穿河谷伸向 右岸，出露长约 335m，倾向 135，倾角 6070，为南东盘下降，北西盘上升 的正断层。断层破碎带约 0.4m，带内构造角砾岩发育，一般为钙质胶结，局部 为砾石、壤土充填，断层面呈舒缓跛波状，显示先压后张的力学特点。断层上盘 影响带宽 15m20m，系3C3鲕状白云岩，岩石破碎，裂隙发育，裂隙走向与断 层走向一致。下盘影响带宽约 5m。岩石为压碎岩，裂隙较为发育。该断层断距 3m5m。 由于此断层靠紧坝肩， 且裂隙发育， 是影响大坝稳定和渗漏的可能因素。 但因大坝 479.00m 高程以上部分的拱作用因溢洪道而极大削弱， 相对于下部的重 力拱坝而言， 对左侧山体的拱作用也较小。 综上， F1断层对大坝的稳定影响不大。 图 3.1-2 F1断层 2）F2断层 位于右坝头两洞之间，断层走向 35，倾角 85，倾向北西，为 南东盘上升、北西盘下降的正断层，断距 2m3m，断层带宽约 1m，内有大小不 一的构造角砾岩，呈棱角状，钙质胶结，地表由于风化剥蚀，胶结较差，局部为 砾石、壤土充填。上盘影响带宽 5m，下盘 2m 左右，断层面两侧有明显的褐色 现象且见红色铁质薄膜。该断层向北东没入水库内，向南西延伸，长约 140m。 3）F3断层 位于右岸，在凉亭附近通过，倾向 SE125，倾角 7078， 为南东盘下降、北西盘上升的正断层，断距 2m3m，断层呈舒缓波状，斜擦痕 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 14 明显， 断层宽 1m0.5m， 构造角砾岩发育， 且为钙质胶结， 该断层向北没入水库， 向南西延伸，长约 145m。 4）F4断层 位于坝区东南边缘，断层走向 4045，倾向南东，倾角约 70， 为南东盘下降，北西盘上升的正断层，断层带宽 3m5m，断层影响带约 30m， 断距约 30m。 2 裂隙 坝区裂隙按成因可划分为张裂隙、剪切裂隙、风化裂隙、卸荷裂隙、层面裂 隙，以风化裂隙、卸荷裂隙较发育，张裂隙与剪切裂隙次之。 1）风化裂隙由无序裂隙和层面裂隙两种表现形式。 （1）无序裂隙 在岩体表面杂乱排列，长短不一，张开度不尽一致，随岩 性和风化程度不同而异。一般巨厚层状厚层状鲕状白云岩、白云岩和微风化区 裂隙较短，张开度较小，无充填或少许泥质充填。泥质白云岩、条带状白云岩和 弱中等风化区裂隙数量多，长度也较大，裂开度呈上宽下窄状，地貌上呈缓坡， 植物根系发育。该裂隙一般深度较浅，微风化区 2m3m，弱风化区 5m10m， 中等风化区大于 10m。该类裂隙在大坝两坝肩及坝头处较发育，是引起坝肩渗漏 的因素之一。 （2）层面裂隙 层面裂隙与岩性和风化程度有关，一般微风化的厚层白云 岩、鲕状白云岩裂隙间距 10cm50cm，地表裂开 2mm10mm，长 3m10m，裂 隙无填充。泥质白云岩，条带状白云岩及弱风化、中等风化区的岩体顺层裂隙间 距 2cm20cm，张开度 2mm30mm，局部稍大。长 5m30m，局部 50m。裂隙为 泥质充填，局部植物根系发育。该类裂隙在坝肩部位发育，且倾向南，是引起渗 漏的重要因素。 2）卸荷裂隙 沿河岸边发育，走向随河岸弯曲而异，大致与河岸平行。裂 隙面倾向河谷，一般起伏不平。张开度从垂直方向上看，从上到下逐渐变小；水 平上从外向里由大到小呈楔形。地表宽 5cm15cm，最宽达 50cm，充填物为砾 石、壤土，无胶结。本区卸荷裂隙倾角均在 80以上，局部直立，易崩塌，局部 渗水。 3）张裂隙 受构造影响明显，区内规模较大者 23 条，这些大的裂隙产状 基本与区内断裂平行，产状陡立，裂开度大，一般 10cm30cm，内充填砾石及 壤土，延伸 100m 左右。小的张开一般延伸 5m10m，张开度 0.5cm1cm，钙质 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 15 胶结，仅在断层附近发育。 4）剪切裂隙 剪切裂隙分布范围较大，但规模较小，坝址区南稍发育。裂 隙一般延伸 3m5m，局部大于 20m，产状陡立，以走向北西一组稍发育，裂隙 一般为闭合状，内充填方解石脉。 3 风化、溶蚀 1）风化 区内裸露岩石遭受不同程度的风化，以弱风化和微风化为主，少 量强风化。特点如下： （1）不同岩性风化程度不同 区内厚层状白云岩，鲕状白云岩结构致密， 一般为微风化深度 2m4m，表面弱风化，长山组泥质条带白云岩及凤山组顶部 薄层状泥质白云岩为中等风化或弱风化， 中等风化深度 5m 左右， 深部为弱风化。 （2）风化程度受构造影响明显 靠近断层处，岩石破碎，裂隙发育常形成 强风化，随层面形成中等风化或弱风化。 2）溶蚀 区内溶蚀现象以凤山组三段底部及长山组泥质白云岩较为发育， 常形成串珠状溶蚀洞穴，直径达 0.5m1.5m，宽 0.4m0.8m，深数十厘米。 3.1.3 水文地质条件 根据区域水文地质条件分析， 平水期坝址区原河床地下裂隙潜水位埋深大于 50m。群英水库坝址区地质调查及灌浆试验（1998 年 9 月）时，钻孔表明，稳定 地下水位埋深为 21.86m。据调查平水期坝下游河床地下潜水位埋深为 3m5m。 坝址区地下水补给来源主要为大气降水及库水补给，总体方向由北而南，并随地 形由高而低径流移动，排泄方式以径流和蒸发为主。根据水库建成后水力条件分 析，并结合钻孔压水试验资料，由上而下分述各含水岩层特征。 1 寒武系上统凤山组透水层 位于水库溢洪线高程以上，厚 217m，主要岩 性为厚层粗晶白云岩，含燧石条带白云岩，局部为斑杂色细晶白云岩，上部为薄 中层泥质白云岩，构造裂隙与层面裂隙较发育，为弱透水而非含水层。 2 寒武系上统长山组含水岩层 位于坝顶面以下，厚 37.7m。主要岩性：上 部为厚巨厚层状白云岩， 中午为泥质条带白云岩， 下部为中厚薄层状泥质条带 白云岩。构造裂隙及层面裂隙较发育，据钻孔资料，基岩面以下约 10m，局部见 张裂隙，并有钙化及溶蚀现象之小溶孔，该段压水试验透水率 10.1Lu，渗透系数 为 0.054m/d。全层的压水试验透水率为 4.16 Lu 10.14Lu，渗透系数为 0.046 m/d 0.11m/d，含裂隙水，为弱含水层。 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 16 3 寒武系上统崮山组含水岩层 位于长山组之下，厚 40m。主要岩性：上段 为厚层鲕状白云岩，泥质含量较高，下端为厚巨厚层鲕状白云岩，该层底部为 厚 0.2m0.4m 的灰黄黄绿色薄层泥质白云岩呈断续出现。层面裂隙与构造裂隙 发育较微弱，仅在孔深 45m 左右局部见有小张裂隙发育，裂隙张开度 13mm， 偶见溶坑，该层压水试验透水率为 0.76 Lu 4.56Lu。除压水试验第九段，即孔深 42.98m48.83m 的透水率为 4.56Lu 外， 其余各段透水率均小于 3Lu。 渗透系数为 0.011 m/d 0.046m/d。含裂隙潜水，为弱含水层。 4 寒武系中统张夏组含水层 位于崮山组之下，可见厚 2.4m。主要岩性： 为一套巨厚层状深灰色微晶鲕粒白云岩。表面为微风化状，颜色浅灰色，风化后 单层厚度一般 20cm50cm。层面裂隙与构造裂隙发育较微弱，压水试验透水率 为 1.2Lu，渗透系数为 0.015m/d。含裂隙潜水，为弱含水层。 3.1.4 坝区工程地质条件评述 群英水库大坝为浆砌石重力拱坝，大坝的主要受力部位为两岸坝肩，故坝肩 工程地质条件的好坏是影响坝肩稳定的主要因素。 1 坝肩工程岩体级别 两岸坝肩均由寒武系中、上统白云岩及泥质白云岩组成，其中白云岩结构致 密，微风化，节理不发育，裂隙间距 0.51.0m，张开度一般小于 2mm，且多被 方解石脉充填，结合程度较好，属较破碎较完整的坚硬岩；泥质白云岩呈薄层 状构造，风化程度较高，裂隙较为发育，间距 0.20.5m，张开度小于 1mm，以 泥钙质充填为主，结合程度较差，属破碎类型坚硬岩。对照水利水电工程围岩工 程地质分类方法及工程类比法，其岩体级别应为级。 2 坝基岩体滑动因素分析 1）岩体结构面对滑动破坏的影响 （1）层面 坝区岩层一般倾向下游，倾角较缓，虽岩体强度较高，存在顺 层滑移条件。 （2）断裂面 左坝肩有 F1断层，右坝肩 F2断层，根据河南省地质工程公司 第八工程处提供的群英水库坝址区地质调查及灌浆试验报告 ，坝踵部位有一 条宽约 4m，倾向下游的倾角为 80的破碎带。这些断层是影响坝基及坝肩稳定 的重要因素。 （3）张性裂隙 坝区内张裂隙发育，多与坝轴线呈斜交关系，延伸长，张 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 17 开度大，产状较陡，胶结程度差，破坏岩体的完整性，对坝基的渗透稳定有较大 影响。 2）坝肩岩体自然边坡稳定性分析 （1）左坝肩 边坡倾向 270，坡 56，坡度 1:0.67，层面产状 2004， F1产状 13560，裂隙面产状 14080。按工程地质类比法判定边坡类型为 块状陡倾坚硬岩石质边坡，岩体工程级别为级和级。按结构产状判定，F1 断层倾角向坡内，倾角为 60，属稳定类型；地层产状倾角较小（4） ，属稳定类 型；裂隙面倾角大于坡脚，易发生崩塌变形，属于不稳定类型。 （2）右坝肩 边坡走向近 90，倾角 48，坡度 1:0.90，层面产状 2855； F2产状 28085，裂隙走向 3040，近直立。按工程地质类比法判定，边坡 为块状，坚硬岩质边坡，岩体工程类别为级和级。按结构面产状判定，岩层 层面倾向坡内，倾角较缓，属稳定类型；F2产状倾向坡内，属稳定类型；裂隙面 与坡面呈锐角相交，平行于河谷，易引起局部崩塌变形。 综上，坝基岩体的软弱结构面主要为层面、裂隙、断层及其不利组合面，滑 动变形主要表现为混凝土与坝基之间的平面剪切破坏，虽岩层层面产状倾向下 游，倾角较缓。 3 坝肩渗透因素分析 1）岩层与透水性 大坝两侧出露的地层自下而上依次为寒武系中统张夏组白云岩， 上统崮山组 白云岩及鲕状白云岩、长山组白云岩及泥质白云岩。根据压水试验各岩层透水率 分别为：张夏组 1.2Lu、崮山组 0.86 Lu 4.56Lu，长山组 4.16 Lu 0.76Lu，属弱 透水性岩层。 2）断层透水性 （1）左坝肩有 F1断层通过，走向为 NE45，在坝南穿越河谷通向右岸， 该断层破碎带宽 0.40m，带内构造角砾岩发育，钙质胶结，局部为碎石，壤土充 填。通过对断层的研究，该断层属先压后张的透水性断层，在坝南河谷中可见库 区水沿断层带向库外渗漏。该断层是左坝肩渗漏的主要通道。 （2）右坝肩有 F2断层通过，走向 35，该断层带宽约 1m，内有大小不一的 棱角状角砾岩，钙质胶结，具张性断层特点。经调查，在该断面南部出口有明显 渗水现象，该断层也是坝肩渗漏的主要通道。 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 18 3）裂隙透水性 由于受 F1、F2断层影响，左右坝肩裂隙较发育。左坝肩坝头至 F1断层之间 有 5 条张开度为 0.529cm 的张性裂隙没入水库，裂隙产状为 110140 8085，与 F1断层纵向相交，裂隙带内多为泥钙质充填，局部小溶洞溶孔发 育。在灌浆试验施工时发现有 3 处张开度为 1mm5mm 的张裂隙，钙化、方解 石晶簇不完全充填，压水试验其透水率最大可达 10.14Lu，且在水库内发现带状 冒泡现象，延长可达 20m 以上，说明左坝肩张性裂隙贯通性较好，是坝肩渗漏 的主要途径。 右坝肩坝头至 F2断层之间， 发现有 4 条走向为 3040的张性裂隙， 裂隙张开度为 0.5cm15cm，倾角近于直立，内充填物为碎石及壤土。该裂隙与 F2断层呈锐角相交， 是库区水渗漏的主要途径。 在右岸河谷底部可见明显的渗水 现象。 综上，绕坝渗漏的主要途径是断裂带及张性裂隙，因此对两坝肩的 F1、F2 断层和坝头至断裂带的张性裂隙进行了防渗帷幕灌浆处理。目前，大坝左坝肩渗 漏明显，右坝肩局部绕渗。 3.2 坝基开挖及处理 坝址河谷呈“V”形，坡度约为 1:0.5，河面宽 30m40m。砂砾石覆盖层最 厚达 24m。坝址基岩以寒武系灰色厚层灰岩为主，其中有数层黄泥质灰岩。岩溶 和裂隙发育。左坝肩及河谷顺水流方向各有一条构造裂缝，坝前有一条断层横向 河谷，破碎带宽约 4m，内有粘土充填，紧靠断层下游有一条极易风化崩解的泥 灰岩带，宽约 4m。基础处理措施为将断层挖除 1m 深，再回填混凝土，并与坝 趾混凝土防渗墙和防渗帷幕紧密结合。泥灰岩带则挖至新鲜完整基岩面后，再用 10cm 厚水泥砂浆覆盖封闭。基础帷幕灌浆深度 40m50m，在防渗帷幕后 2m 处 设有排水管一排，分三层通向下游进入观测廊道。 由于坝基未有专门的观测项目，仅从施工时的情况和现场检查作简单分析。 河槽段的渗漏情况本可通过坝后设置的廊道进行观测， 但因廊道在大坝建设时期 被施工垃圾填塞，未清理，也未设置排水幕及扬压力观测设施，现两端进口已淤 死。据管理人员介绍，坝基渗水轻微。 右岸坝坡段在大坝施工期帷幕灌浆时，绕坝渗流量曾达 50L/s，帷幕灌浆后 效果较好。在 440.00m 高程以下局部渗漏。左岸坝坡段在水库高水位运行时，绕 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 19 坝渗漏较严重，在坝肩下游沿岸 60m 一带（即坝肩与横切坝肩延伸至下游的断 层间），从上至下整个岩面上形成渗漏，渗流量约 30L/s40L/s。 1 施工时帷幕灌浆 基础帷幕布置在坝体混凝土防渗面板的中心弧线上，其灌浆按溢流坝段、挡 水坝段分两期进行。溢流坝段灌浆在坝体砌筑至 415.00m 高程后，与混凝土防渗 面板浇筑交替进行。挡水坝段灌浆是在大坝主体完工后进行的。相对不透水岩层 的单位透水率小于 2Lu，孔距 2.5m，孔深 45m，采用自上而下分段灌注。 因当时灌浆施工资料未整理保存，且缺乏坝址区地质勘探资料，现难于分析 其帷幕质量情况。但从平均米耗灰量看，坝址区基岩裂隙较发育，且挡水坝段较 溢流坝段为甚。 另据调查， 灌浆帷幕未达两坝端， 坝端外坝肩也未进行帷幕灌浆。 2 除险加固时的帷幕灌浆 帷幕灌浆位置在坝段内时布置在坝顶中心线上， 顺坝头向外延伸段采取开凿 灌浆隧洞方式。 右坝头利用现有隧洞进行布孔灌浆， 布置排数为一排， 孔距 2.0m， 共 10 孔， 布置长度为 20m； 左坝头需开凿灌浆隧洞， 布置排数为一排， 孔距 2.0m， 共 15 孔，布置长度为 30m。灌浆材料采用普通硅酸盐水泥。坝段内采用自上而 下分段灌浆法，坝头以外延伸段采用孔口封闭灌浆法。灌浆均采用循环式，孔序 按三序孔施工，即坝段内第一序孔孔距为 6m，坝头以外延伸段第一序孔孔序为 8m，以此逐序加密施工。帷幕灌浆后水库的防渗效果有一定改善，但大坝及两 坝肩渗漏现象仍较严重。 3.3 工程质量评价 3.3.1 质量检测 群英水库由于施工正处于特殊历史时期，没有严格的监理制度，再加上受当 时施工条件的限制，工程不完善。 大坝为 100#水泥砂浆砌块石重力拱坝， 坝体上游设有混凝土防渗面板， 底厚 5m，顶厚 0.5m。非防渗坝体填筑材料为花岗岩条石，条石尺寸高 30cm，宽 30cm45cm，长 60cm100cm。条石之间缝距 6cm8cm，胶结材料为 100#水泥砂 浆。临近防渗面部位的条石采用顺砌，其余部位丁砌。 经现场测定，砌体空隙率在 30%左右，容重在 24kN/m3以上。对溢流坝主要 结构采用回弹法检测抗压强度。检测结果见表 3.3-1。由表可见，溢流坝导流墙、 溢流堰、挑流坎、防渗面板的混凝土强度推定值分别为 15.2MPa、30.2MPa、 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 20 36.5MPa、15.0MPa，导流墙及防渗面板的现有强度值偏低。 表 3.3-1 溢流坝混凝土结构强度回弹法检测结果（单位：MPa） 结构名称 平均值 标准差 推定值 导流墙 19.5 2.64 15.2 溢流堰 36.8 4.04 30.2 挑流坎 40.7 2.55 36.5 防渗面板 19.0 2.41 15.0 注：推定强度值是相应于强度换算值分布中保证率不低于 95%的强度值。 3.3.2 实际运行表现 水库正常运行后发现当高水位运行时，大坝两岸坝肩渗漏严重，并有恶化趋 势。焦作市水利局勘测设计室于 1998 年 3 月编制了群英水库除险加固工程可 行性研究报告 ，并于 1998 年 9 月完成了群英水库除险加固工程初步设计 。 该工程于 1998 年开工，工期两年，2000 年完工。主要完成了大坝灌浆、防汛路 整修、工作桥面改造和小坝基灌浆，对大坝上游防渗面板裂缝及溢流面裂缝采用 环氧砂浆勾缝抹平。从本次现场检查及检测结果看，大坝主要存在以下问题。 1 大坝混凝土防渗面板浇筑质量差，多处孔洞、局部裂缝；坝体砌石砂浆表 面风化，局部脱落，砌体空隙率较大；目前存在多处渗漏点，高水位时渗流量约 80L/s 100L/s，低水位时约 30L/s。 2 大坝溢流堰出现多处裂缝， 导流墙出现贯穿裂缝， 导流墙及防渗面板的现 有强度值偏低。 3 坝顶工作桥横梁、拱肋及连系梁处于锈蚀中期，多根连系杆断裂，影响到 工作桥的耐久性及承载能力。 4 一级、二级输水洞闸阀迄今已使用 38 年，锈蚀较为严重，未设置检修闸 门，闸房简陋，墙体多处出现渗漏。 3.4 工程质量评价结论与建议 群英水库大坝坝基开挖与处理基本满足设计要求。大坝整体砌筑质量一般， 坝体砌石砂浆表面风化，局部脱落；防渗面板混凝土浇筑质量差，强度偏低，多 处孔洞；溢流坝面混凝土浇筑质量差，表面裂缝。综上，根据水库大坝安全评 价导则 （SL 258-2000） ，大坝原施工质量部分达不到规范要求，19982001 年虽 进行了处理，但一些先天不足仍未得到彻底根治，工程实际运行中已暴露出质量 缺陷，故综合评价大坝工程质量为“不合格” 。 河南省焦作市群英水库大坝安全综合评价报告 21 4 运行管理评价* 4.1 管理机构及规章制度 群英水库工程开工建设之初， 由焦作市郊区政