大庆水库工程地质勘察评价

郝振华

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

大庆水库位于承德平泉卧龙镇庙后村，距平泉县城17km，是滦河水系瀑河上游的一座中型水利枢纽工程，控制流域面积82km2，总库容1170万m3，以防洪为主，兼顾灌溉、养殖等综合利用。水库于1978年建成蓄水后，由于坝基基岩上部出现渗漏，经地质调查发现：①右坝肩存在渗漏问题；②溢洪道（溢流堰基础及泄槽段）处于3条断层破碎带上，存在渗漏和抗冲刷问题，挑坎下游两岸未衬砌的岸坡冲刷稳定问题；③左岸放水洞部分洞段围岩呈强风化，节理裂隙发育岩体破碎，未全部衬砌亦有渗漏问题。除险加固工程完工后，水库存在问题得到了有效解决，水库运行良好。本文针对地质存在的问题及加固措施进行了论述。

2 地质概况

大庆水库地处燕山北麓低山河谷地貌，流域内干流为瀑河（滦河支流）。沟谷间山体峰峦迭起，峰顶高程一般600.0～900.0m，局部超过1000.0m。

流域内总体地势自西北向东南降低，瀑河自西北流向东南。河流两岸不对称，断续分布由含卵（碎）石黄土状土构成的二级阶地，阶地宽度100～300m。受山麓坡洪积堆积影响阶面向后缘方向抬升，同时受坡水冲蚀及人为活动影响阶面破坏严重，前缘多呈陡坎局部缓坡。基岩裸露岸多山势陡峭。库区下游河谷两侧或一侧原发育一级阶地，漫滩和一级阶地界线不明显，上覆厚0.5～1m壤土，两岸向河床方向地势渐低。

区内火成岩（含侵入岩和喷出岩）、变质岩均有分布，沟谷及两侧近河库岸则多分布松散沉积物。现按岩性类别及地层时代由老到新分述如下：

2.1 太古界迁西群上平房组一段（ARSH1）

黑云角闪斜长片麻岩夹纹状斜长浅粒岩，斜长角闪岩，主要分布于坝轴线下游一带，片麻理产状：走向NE36°～72°，倾向SE，倾角50°～60°。

2.2 下元古界变质花岗岩（BHR）

与迁西群混染接触，受其变质作用影响局部岩体具片麻理构造。花岗岩原岩颜色呈肉红色、灰白色、质地坚硬，细—粗粒结构，主要矿物成分为长石、石英、云母等，主要分布于两坝肩及库区两岸。

2.3 第四系沉积物

2.4 岩脉侵入体

枢纽区内有伟晶、石英及辉绿岩脉侵入于花岗岩和片麻岩体内。

2.5 地震

水库区南距张家口—北京—唐山主体强震构造带120km，近百年来周围100km范围内未发生过3级以上地震。

依据GB18306—2015 《中国地震动参数区划图》，本区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相当于地震基本烈度6°。

3 枢纽工程地质条件及评价

大庆水库枢纽建筑物主要由拦河坝、溢洪道、放水洞等组成。拦河坝为黏土心墙坝，坝顶长460.0m，坝顶高程668.5m，最大坝高24.0m。溢洪道位于拦河坝右侧，堰型为开敞式实用堰，堰顶高程663.8m，净宽70.0m，无闸门控制；放水洞位于拦河坝左侧，为城门洞型无压隧洞，洞身全长160m，进口底高程653.0m，洞宽2.0m，洞高2.2m。

3.1 枢纽区工程地质条件

3.1.1 地层岩性

结合现场查勘情况，枢纽区地层岩性由老到新分述如下：

（1）下元古代斑状混合花岗岩（Bhr）与迁西群混染接触，受其变质作用影响局部岩体具片麻理构造。花岗岩原岩颜色呈肉红色、灰白色、质地坚硬，细—粗粒结构，主要矿物成分为长石、石英、云母等，主要分布于坝基、坝肩及库区两岸。

（3）岩脉侵入体。枢纽区内有伟晶、石英及辉绿岩脉侵入于花岗岩和各类片麻岩内。

3.1.2 水质分析

勘探期间在水库中取1组库水进行了水质试验分析，大庆水库库水属于重碳酸硫酸钠钙型水，pH值为8.42，呈弱碱性。

根据GB50487—2008 《水利水电工程地质勘察规范》 环境水腐蚀判定标准，所取环境水对混凝土（普通水泥）无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。如表1，表2。

表1 环境水腐蚀性类型判定

表2 环境水对钢筋及钢结构腐蚀性判定

3.2 拦河坝坝体质量及评价

3.2.1 坝体土分布特征

拦河坝为黏土心墙坝，坝顶长460.0m，坝顶高程668.5m，最大坝高24.0m。坝顶宽6.0m，采用水泥混凝土路面，上游侧设浆砌石路缘墙，下游侧设浆砌路缘石。坝体上游采用浆砌石框格护坡，坡比采用1∶2.0，1∶3.0，坝体下游采用贴坡结构，按原坝体结构的材料分区，坝坡分两级1∶2.0，1∶2.5贴坡，在高程656.0m设一级马道，马道宽2.0m，坝脚填筑透水性较大的材料，护坡采用干砌石。在坝体与两岸山坡接触处，修建左、右两岸的坝肩排水沟，整修下游坝脚减压沟，使岸坡及坝面雨水通过坝脚减压沟外引至拦河坝下游渠道。左、右坝肩及坝脚排水沟由干砌石砌筑，下设反滤。结合前期资料坝体填筑料岩性为砂砾石，表层为砾砂。

3.2.2 坝体质量评价

3.2.2.1 黏土心墙

（1）坝体心墙岩性为壤土，土质均匀性较好，壤土干密度范围值为1.57～1.79g/cm3，平均值1.68g/cm3，坝体心墙满足设计压实度0.98的要求。

（2）黏土心墙渗透系数范围值0.041×10-6～4.5×10-6cm/s，平均值4.5×10-6cm/s，满足心墙土料的规范要求（渗透系数不大于10×10-6cm/s）。

3.2.2.2 坝壳料

坝壳料填筑的岩性为角砾，少部分为砾砂，其天然密度2.24g/cm3，不均匀系数Cu平均值21.6，曲率系数Cc平均值0.7，级配不良。

3.3 坝基工程地质条件及评价

3.3.1 坝基工程地质

河床地面高程645～646m，宽330m，右岸分布有一级阶地，高出河床10m。河床覆盖层厚度8.11～10.7m。由于河床坝基砂卵石覆盖层透水性较大，存在渗漏问题，故在建坝清基时，作了截水槽防渗。水库运行多年以来，未发现坝脚及坝后存在明显漏水现象，坝基防渗措施效果较好，坝基无明显渗漏。

3.3.2 左坝肩工程地质

左坝肩建在下元古代混合花岗岩体上，据钻孔揭露基岩强风化厚7.5m以下为弱风化，粗粒结构，块状构造。水库运行多年以来，未发现明显的绕坝渗漏现象，仅左岸山体局部存在轻微水流，主要为左岸山体基岩裂隙水出渗。

3.3.3 右坝肩工程地质

右坝肩上部为人工回填黏土及砌石，厚2.3～5.5m，下部以变质花岗岩为主，局部为黑云斜长片麻岩。基岩呈强风化，厚度6.5～12.7m。坝肩与溢流堰接合处及下游花岗岩、片麻岩岩体呈全风化～强风化并有辉绿岩脉侵入，岩石较为破碎，弱风化顶面高程在654.0m以下。岩芯完整性差，节理发育，岩石破碎。

3.4 溢洪道工程地质条件及评价

3.4.1 地质条件

溢洪道工程位于大坝右岸，为开敞式直槽溢洪道，由进口段、溢流堰、泄槽及挑坎4部分组成。

3.4.1.1 溢流堰和泄槽地基

溢洪道溢流堰及泄槽地基出露岩性为变质花岗岩，右侧多呈弱风化岩，部分受断层F1、F2、F3影响风化较重。由于溢洪道左侧及断层F1、F2已被衬砌的混凝土覆盖，仅可见断层F3。F3产状：走向NW290°，倾向SW，倾角58°。影响带宽15～20cm，岩体风化较严重，属强风化岩。未见明显断层错动迹象。

根据钻孔揭露，进口处覆盖层为素填土，主要为含碎石土，层厚0.8～1.3m；下部为厚0.6～0.9m浆砌石；基岩面高程658～659m，其中钻孔DHY1揭露F1断层。断层F1影响带宽2.5m，深14.6m。泄槽内基岩出露，基岩面高程659～653m，多为弱风化岩。受F1断层的影响，断层影响带内岩石破碎，节理裂隙发育，裂隙多充填有夹泥。其他部位岩体完整，节理裂隙中等发育。地下水类型为基岩裂隙水。

3.4.1.2 挑坎及冲坑

挑坎齿墙位于原有挑坎下游6m。左边墙延接原左边墙向下游方向75m，冲坑位于挑坎齿墙下游30m处。

地层岩性主要为下元古代变质花岗岩 （Bhr），强风化岩芯完整性差，节理发育，岩石破碎；弱风化岩芯大部完整，局部节理发育并有夹泥；表层为全新统冲洪积（）含碎石壤土。

挑坎齿墙处覆盖层为含碎石壤土，层厚3.9～4.5m，基础坐落于强风化岩体中。

3.4.1.3 溢洪道右岸边坡

对溢洪道右岸边坡地质情况进行如下分析：

（1）桩号0+000～0+024.3Ⅰ类区：变质花岗岩，弱风化，节理裂隙较发育，在水库长期运行中稳定性较好。节理裂隙多为走向NE20°～NE30°，倾向NW，倾角40°～近直立，裂隙多与边坡呈50°～60°夹角，倾向边坡外侧，边坡稳定。

（2）桩号0+024.3～0+058.9、0+115.5～0+183.6Ⅳ类区：变质花岗岩，强风化，局部为弱风化岩，节理裂隙发育，基岩破碎，部分形成临空面。节理多倾向边坡外侧，对边坡稳定不利。

（3）桩号058.9～0+088.1Ⅱ类区：变质花岗岩，弱风化，节理裂隙发育，裂隙大部闭合，部分面上可见夹泥。局部裂隙切割破碎。节理裂隙多为高角度，部分近直立。大部都倾向边坡内侧，倾角70°以上，对边坡稳定无不利影响。边坡基本稳定。

（4）桩号088.1～0+115.5Ⅲ类区：变质花岗岩，弱风化，节理裂隙较发育，节理裂隙组合，上部基岩多呈倒三角体状。部分裂隙与边坡呈38°～82°夹角，倾向边坡外侧，对边坡稳定不利。边坡可视为稳定性较差。

边坡整体坡度较陡，坡面不平整，起伏差较大。上部山麓堆积物和破碎岩体经长期的雨水侵袭和冬季的冻融作用使土岩体结构进一步破坏，造成山麓堆积物和岩块时常下滑或塌落，堆积于泄槽中而影响泄洪，应引起注意。

4 结语

（1）除险加固完成后，经过多年运行结果分析，坝坡土体填筑质量较好，不存在明显的沉降问题。

（2）河床坝基存在砂卵石覆盖层，透水性较大，存在渗漏问题，故在建坝清基时，作了截水槽防渗。运行多年以来，经检查未发现坝脚及坝后存在明显的漏水现象。左坝肩不存在明显的绕坝渗漏，右坝肩与溢流堰结合部位未见漏水现象，说明经帷幕灌浆处理后，防渗效果较好。

（3）除险加固时对基岩和溢洪道堰体进行帷幕灌浆，通过现场观测，堰体部位未发现渗漏，基本解决了右坝肩与坝体结合部位及堰体渗漏问题。