湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察报告

湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察报告中国地质大学（武汉）二 0 一一年五月项目名称：湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察委托单位：勘察单位： 勘察资质：审 查：校 核：报告编写：制 图： 1目 录1、前言 .11.1、工程概况 .11.2、水库运行过程中出现的问题 .11.3、完成的主要工作量 .21.4、勘察依据 .22、区域地质概况 .32.1 地形地貌 32.2 地层岩性 32.3 地质构造与地震 42.4 水文地质条件 63、 库区工程地质条件及评价 .74、 坝区工程地质条件及评价 .74.1 地形地貌 74.2 地层岩性和地质构造 74.3 水文地质条件 84.4 岩体风化 85、坝体工程特征及其质量评价 .85.1 坝体心墙工程特性 85.2 坝壳料工程特性 105.3 坝体填筑质量评价 126、坝基坝肩岩体工程特征及其质量评价 .126.1 坝基及坝肩岩体工程地质特征及透水性 126.2 坝基土体工程地质特征及透水性 137、输水建筑物工程地质条件及评价 .148、溢洪道工程地质条件及评价 .149、岩土物理力学参数 .1510、主要工程地质问题评价及主要除险加固措施建议 .1510.1 主要工程地质问题评价 1510.2 主要工程除险加固措施建议 1611 天然建筑材料 .1712 结论和建议 .17附表：土工试验成果表 附图：1、同盟水库坝址工程地质平面图（比例尺 1:1000）2、同盟水库大坝工程地质纵剖面图(11)（水平 1:400，垂直：1:400 ）3、同盟水库大坝工程地质横剖面图(22)（水平 1:200，垂直：1:400 ）4、ZK1 、ZK2、ZK3、ZK4 钻孔柱状图湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告11、前言1.1、工程概况同盟水库位于苦竹乡牛牧村一组，坝址拦截华阳河的支流小溪河。是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益利用的小（二）型水库。同盟水库于 1964 年 10月动工兴建，1965 年 5 月竣工投入运行，该库设计灌溉面积 420 亩，实际灌溉面积 860 亩。下游保护范围为苦竹乡两个村，农田 860 亩，人口 1010 余人，为苦竹乡的建设、经济发展和农业增产增效起到重要的作用。水库承雨面积 1.9km2（未复核前） ，坝址以上主河道长 1.73km，主河道平均坡降 130.1。同盟水库原设计洪水标准为：20 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核。原设计总库容 19.86 万 m3，其中兴利库容 9.30 万 m3，调洪库容 9.66 万m3，死库容 0.90 万 m3。同盟水库所处地区属长江中下游流域，属亚热带季风区，气候温和，雨量丰沛。流域多年平均气温 16.8 OC，无霜期 260 天；参照附近老祖寺雨量站 48 年系列资料统计，多年平均年降水量 1706mm，多年平均径流深 824mm，多年平均径流量 156.6 万 m3，多年平均 49 月份降水量占全年的 70 %，最大 24 小时降水量 515.1mm（1975 年 8 月 13 日） ，最大年降水量 2733.6mm（1975 年） ，最小年降水量为 1054mm（2001 年） 。同盟水库枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵等建筑物组成。大坝为粘土心墙代料坝，全长 88 米，坝顶高程 10.3m（相对高程，下同） ，坝顶宽 3.5 米，最大坝高 10.3 米，大坝上游坡比为 1：2.27，无护坡，下游坡比为 1：2.29，为草皮护坡。溢洪道为开敞式，布置在大坝的西侧与山岗之间，堰型为开敞式宽顶堰，堰顶高程 7.4m，底宽 7.8m，无消能设施。灌溉输水涵位于大坝右岸，为浆砌块石方形涵管，过水断面 0.81.0m，壁厚 0.4 米，管长 44.0 米。设计最大输水量0.47m3/s。进口底部高程 2.6m，进口设有斜拉式活塞 10.35m ，闸门一台，配一台螺杆式启闭机，手动操作。根据国家防洪标准 （GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000）的规定，同盟水库为小（二）型水库，其工程等级为等，主要建筑物为 5 级。1.2、水库运行过程中出现的问题该水库枢纽工程在兴建中仓促上马，工作精度不够，没有进行一定深度的地湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告2质勘探工作，水库已运行 40 余年，自大坝蓄水至今，常有病险发生，存在以下重大险情隐患：1.输水管由于修建时防渗工作不到位，致使该处长期漏水；2.大坝坝体偏薄；3.过坝渠为浆砌石结构，漏水严重；4.溢洪道未作任何衬砌，消力池未建，泄槽及尾水渠段冲刷较严重。1.3、完成的主要工作量为客观、真实地反映本工程的工程质量情况，勘查工作从 2011 年 4 月 27 日开始，2011 年 4 月 30 日结束，共投入钻进 1 台套，工作人员四名。勘察工作以工程钻探、原位试验和取样进行室内试验为手段，以了解坝体及坝基岩土体物理力学性质及透水性为重点，对大坝共完成钻孔 4 个，形成沿大坝纵轴线及横轴线的地质纵剖面各一条，勘探点布置见工程地质平面图，完成的主要工作量见表 1-1。表 1-1 勘察完成的主要工作量工 作 项 目 单位 工作量勘探 大坝钻探 米/孔 68.8/4土样 块 6岩样 块 7注水试验 段 7压水试验 段 6取样水位观测 次/孔 8/4土体物理力学试验 组 6渗透试验 组 6击实试验 组 6室内试验相对密度 组 61.4、勘察依据本 阶 段 勘 察 ， 主 要 依 据 为 ：（ 1） 水 利 水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 (GB504872008)（ 2） 中 小 型 水 利 水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 (SL552005)湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告3（ 3） 水 利 水 电 工 程 天 然 建 筑 材 料 勘 察 规 程 (SL2512000)（ 4） 水 利 水 电 工 程 钻 探 规 程 (SL2912003)（ 5） 水 利 水 电 工 程 钻 孔 压 水 试 验 规 程 (SL312003)（ 6） 水 利 水 电 工 程 注 水 试 验 规 程 (SL3452007)（ 7） 湖 北 省 小 （ 2） 型 病 险 水 库 除 险 加 固 项 目 前 期 工 作 指 导 意 见 2、区域地质概况2.1 地形地貌工程区位于鄂、豫、皖交界的黄冈地区，总体呈构造侵蚀的低山丘陵地貌特征。地势以东部的大别山最高（主峰-天堂寨高程 1729m） ，北部以九峰尖（高程1352m）为转折，与近东西向的桐柏山余脉共同组成长江、淮河分水岭，向南向北降低；相对高差在数百米至数十米之间，沿河谷区有小规模的山前平原或山间盆地，及河流阶地断续分布。区内滠水、倒水、举水、巴河、白莲河（浠水）等河流自西向东展布，向南注入长江或汉江，高程低于 50m。2.2 地层岩性区内出露的主要地层，由老到新分述如下：1.前震旦系上红安群（Pt 2hn）磨盘寨组（Pt 2m）：岩性主要为石英片岩。塔耳岗组（Pt 2t）：岩性主要为绢云石英片岩。2. 三叠系中、下统（T 1+2）观音山组（T 1g）：岩性主要为白云岩、白云质灰岩和灰岩。蒲圻组（T 2p）：岩性主要为砂质泥岩、粉砂岩等。3. 侏罗系上统（J 3m）马架山组（J 3m）：岩性上部为流纹岩、中部为安山岩、下部为碎屑砂岩。4. 下第三系-白垩系（K 2-E）东湖群（K 2-E）dn：岩性主要砾岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及砂质泥岩。5. 第四系（Q）(1) 第四系残坡积层（Q 4el+dl）：岩性主要为含碎石粘土。(2) 第四系冲洪积层（Q 4al+pl）：岩性主要为砂、砾石及砂质粘土。(3) 第四系冲积层（Q 4al）：岩性主要为砂、砾石及砂质粘土。湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告46. 侵入岩在区域内零星分布有吕梁期（ ）及燕山期（ ）的侵入岩，吕梁期侵入32v25岩岩性主要为辉长岩及辉绿岩；燕山期侵入岩岩性为花岗岩。2.3 地质构造与地震（1）地质构造本区在大地构造上处于秦岭地槽区和扬子准地台区的接触部位，属西南地台之大巴大洪台褶带的南河断褶束，区域构造线呈北西向，表现为紧闭同斜褶皱，倾向北东 55，倾角一般为 30左右。区域处于扬子准地台的级构造单元下扬子台坪黄梅台褶束（图 2-1） 。区域构造线受黄梅断裂的控制，呈北东向，在黄梅断裂的影响下，次级断裂十分发育，次级断裂主要表现为逆断层，断层面倾向北东，倾角一般为 3060。基岩断裂分布在工程区以北，黄梅县城以南，其构造线方向为 NE 向。褶皱束被中、新生代陆相盆地所覆盖，之下为古生界和中生界地层。北部为前震旦纪变质岩和燕山期酸性侵入岩。进入晚三迭系，在先前构造格局的基础上，经过漫长时间侵蚀和地壳下降，接受了内陆盆地的沉积，即第三系浦口层，不整合于燕山期以前地层之上。喜山运动隆起，其构造方向亦为 NEE 向。中更新统以后至今该区为沉降阶段，沉积了较厚的第四系松散地层，不整合于先前地层之上。（2）地震据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001） 。境内地震动峰值加速度为0.05g（图 2-2） ，地震动反应谱特征周期为 0.35s，相应地震基本烈度为 VI 度。湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告5图 2-1 工程区区构造纲要图湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告6图 2-2 中国地震动参数区划图（比例尺：1:400 万）2.4 水文地质条件本区有基岩裂隙水外、第四系松散堆积物中的地下水。区内地下水可分为：（1）孔隙潜水：区内主要分布此类水。储存于全新统上部粉细砂、砂壤土或壤土中。含水层厚度各处不一，一般为 25.1m。由于含水岩组岩性及其组合在空间变化大，其富水性各处不一。受大气降水补给，由于区内沟塘纵横，潜水与地表水体的水力联系较强。地下水埋深随季节而异，旱季一般较深，雨季水位稍高。（2）孔隙承压水：全新统上部有粘性土（间夹薄层粉细砂和砂壤土） ，构成承压水的隔水顶板，下部为砂层和砂砾石层形成统一的含水层，含水量丰富。（3） 基岩裂隙水：主要赋存于岩石裂隙中，富水性极不均匀。裂隙发育，贯穿性好的地区裂隙水富集。裂隙水接受大气降水及孔隙潜水补给，向低洼处排泄。裂隙水受地形地貌及构造影响，一般水位埋深 520m。据区域水文地质资料及水质分析成果，地下水的水化学类型主要为 HCO3-Ca 湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告7-Mg 型和 HCO3- Ca- K+Na 型。对混凝土无腐蚀性。3、 库区工程地质条件及评价水库库区范围属构造剥蚀的低山丘陵区，总的地势北高南低，库区出露的地层主要为第四系的残坡积（Q 4dl+el） ，厚 05m。第四系松散堆积物岩性较复杂，两岸山坡主要分布残坡积成因的粘性土夹碎石。库区地下水根据含水层的性质可将其分为裂隙水与孔隙水。裂隙水：赋存于基岩裂隙中，接受大气降水及上覆第四系松散堆积物中地下水的补给。富水性主要受裂隙发育程度所控制，一般透水性弱，含水量贫乏，分布极不均匀。裂隙水多以泉水的形式向河谷排泄，流量很小。孔隙水：主要赋存于第四系地层中，孔隙水与库水联系密切，含水较丰富。水库库岸山坡较缓，而且库岸主要为花岗岩和含碎石土构成，库区未发现大的断层和滑坡，库岸总体稳定，发生大规模滑坡及泥石流的可能性很小。根据库区地质调查，库区岸坡基本稳定。水库库盆主要由透水性较小的花岗岩构成，且库岸地带分水岭平缓宽厚，邻谷切割深度小，山体的水经地表径流和地下浅层裂隙均排泄于库内，水库蓄水以来，未发现向邻谷渗漏，因此水库不存在库盆渗漏问题。库区内岩石较易风化，第四系残坡积层分布广泛，厚度一般在 05m，固体径流存在，但是由于库岸地势较为平缓且库岸地带森林覆盖率较高，因此水土流失并不严重，所以水库淤积问题不严重。4、 坝区工程地质条件及评价4.1 地形地貌同盟水库大坝位于黄梅县北部，属构造剥蚀的低山丘陵区，坝区山顶相对高差一般为 10m 左右，两岸山坡坡度一般为 2040，左岸基岩出露，右岸第四系覆盖层厚 01m，两岸坡基本稳定。4.2 地层岩性和地质构造坝址区无大的断层，坝址区地层主要为燕山期（ ）的侵入岩和第四系地层，25现将各地层岩性描述如下：燕山期侵入岩燕山期侵入岩岩性为花岗岩。湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告8第四系（Q）冲积层（Q 4al）：岩性主要为砂砾石及砂质粘土，分布于大坝下游沟谷。人工堆积土（Q 4s）：壤土夹砂土和碎块石等，主要分布于大坝填筑体。冲洪积层（Q 4alpl ）：岩性为粘性土、砂砾石，主要分布于大坝坝基。残坡积层（Q 4dl+el）：岩性主要为黄褐色含碎石粘性土，主要分布于大坝上、下游坡地上。4.3 水文地质条件坝址区地下水的主要类型有第四系孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水：赋存于第四系松散堆积物中，其岩性为粘性土、砂卵石等。孔隙水由大气降水及基岩地下水补给，以孔隙泉水出露，流量一般小于 0.05L/s。基岩裂隙水：坝区基岩裂隙较发育，其性质主要为风化裂隙。裂隙水主要赋存于风化裂隙中，一般在地势低洼处以泉水的形式排泄于地表。水库地表水、地下水对混凝土和水泥不具侵蚀性。4.4 岩体风化坝址区基岩为燕山期花岗岩，本次钻探三个钻孔都钻进至中风化层。地表露头揭示，强风化带一般呈碎裂状构造，裂隙张开，充填泥质、碎屑，锤击即碎、声闷；中风化带块状结构，岩体完整，裂隙一般闭合无充填或附钙膜。强风化基岩广泛出露于坝址区浅表层。坝址钻孔均揭示有强风化层；左坝肩揭露深度位于 12.8 米至 13.6 米，厚度为 0.8 米；坝基揭露深度位于 12.3 至 13.7米，厚度为 1.4 米；右坝肩揭露深度位于 7.3 至 8.2 米，厚度为 0.9 米；钻孔揭示强风化带岩芯极不完整，呈碎块，强度低，钻进中一般漏水，干钻困难、给水钻容易；中风化带一般返水，岩芯完整性好、呈短柱状，岩石强度高，钻进困难。 5、坝体工程特征及其质量评价5.1 坝体心墙工程特性水库拦河坝为粘土心墙组合坝，大坝填筑料按其功能可分为心墙填筑料与坝壳填筑料。（1）心墙物质组成及分布特性大坝轴线布置的三个钻孔 ZK1、ZK2、ZK3 勘探结果显示，大坝心墙填筑材湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘查报告9料主要成分为粉质壤土，偶夹直径 1cm 左右碎石，压密程度较好。为了分析心墙的物质组成，本次在不同深度上取样剔除杂质，作了颗粒分析试验，结果如表 5-1 所示。表 5-1 心墙料颗粒分析成果统计表砂粒 粉粒 粘粒粒径（mm）0.250.075 0.0750.005 2 21 10.5 0.50.25 0.250.075 0.0750.005 2 21 10.5 0.50.25 0.250.075 0.0750.005 0.005 uu uu a1-2 Es K20工程名称 样品编号% g/cm3 g/cm3 g/cm3 % % % % % % % % % % % % kPa 度 MPa-1 MPa土的定名ZK-1-1 21.6 1.93 1.52 2.70 0.676 43.7 93.2 35.6 23.1 12.5 0.28 16.3 21.4 23.7 13.5 11.7 8.7 4.7 3.3 26 0.24 7.38 3.5E-3cm/s 含细粒土砂ZK-1-2 18.5 1.99 1.68 2.71 0.613 38.0 81.6 31.4 18.2 13.2 0.02 13.3 67.5 19.2