某新建小(1)型水库坝址工程地质评价及处理措施

施正协

(福建省泉州市洛江区马甲镇人民政府，福建 泉州 362014)

1 工程概况

某新建小(1)型水库坝址以上径流面积14.30 km2，水库设计总库容296.90万m3，正常库容229.24万m3，兴利库容199.77万m3，总供水量304.8万m3，设计灌溉面积6024亩。库区河道蜿蜒弯曲，为长条带状河槽形水库，库盆长约2.40 km，断面呈“V”字型，河道总体流向由北向南，河床平面分布宽15 m～40 m不等，河道平均坡降22.2‰，河床平缓。左右两岸均分布有小的箐沟，总体两岸地形基本对称。库区大部分基岩出露，岩性为江底河组下杂色泥岩段(K2j1)紫红色粉砂质泥岩夹钙质泥岩及泥灰岩。本文经勘探钻孔岩芯、声波测试、钻孔压水试验资料分析，坝基、坝肩强风化带岩体裂隙发育，岩块间嵌合力相对较差，且存在渗漏等问题，应对大坝进行基础及防渗处理，以确保大坝安全。

2 工程地质评价

2.1 岩体风化

坝址区岩性以粉砂质泥岩夹泥灰岩为主，强风化界线划分主要根据勘探钻孔岩芯、声波测试、钻孔压水试验资料，以及地表探槽、浅井勘探资料综合分析确定，下坝线强风化底界线划分如下：(1)左岸强风化下限埋深：6.4 m～6.5 m；(2)河床强风化下限埋深：7.0 m～7.9 m；(3)右岸强风化下限埋深：9.5 m～14.2 m。钻孔岩芯以短柱状、块状和碎块状为主，强风化下限以上岩芯较破碎。以下较完整，岩层不存在不均匀风化、夹层风化特征，总体上右岸强风化埋深较河床和左岸深。

2.2 坝轴线钻孔RQD指标评价

该坝轴线上共布置6个钻孔：CZK1、CZK2、CZK3、CZK4、CZK5、CZK6，从钻孔岩芯看，坝基分布的粉砂质泥岩、泥灰岩为软质岩，强风化底界以上岩体破碎，节理裂隙发育，岩芯呈块状、碎块状，岩质较软，易折断。以下弱风化岩体岩芯较完整，呈柱状，柱长一般11 cm～36 cm，最长40 cm。岩芯采取率、RQD值统计见表1。

RQD=0非常不好；0～25%不好；25%～50%较好；50%～75%好；>75%非常好。

2.3 声波测试试验

在坝轴线CZK1～CZK6共6钻孔中进行了现场原位声波(纵波)测试，现场原位声波测试成果见表2。

从测试结果分析：左岸CZK1、CZK2钻孔声波规律性较强，表层0～5.5 m为第四系残坡积含砾、碎石粉质粘土层，波速在917 m/s～955 m/s之间，上部6.5 m内强风化岩体声波值一般在1256 m/s～1283 m/s之间，下部(强风化岩体以下)随深度加深，风化减弱，岩体坚硬度提高，岩体声波值一般在2347 m/s～2581 m/s之间。河床CZK3钻孔表层3.5 m为第四系冲洪积砂卵砾石混砾碎石层，声波值为692 m/s，上部8 m内强风化岩体声波值为1274 m/s，下部弱风化粉砂质泥岩声波值为2625 m/s。右岸CZK4、CZK5、CZK6三孔表层第四系含砾、碎石粉质粘土波速在898 m/s～1021 m/s之间，上部强风化带3.5 m～14.5 m波速在1302 m/s～1374 m/s之间，下部弱风化岩体声波值在2735 m/s～2877 m/s之间。

声波值变化与钻孔岩芯RQD值、岩体风化程度、透水率及岩性的变化基本接近。左岸钻孔岩体声波值为1256 m/s～2581 m/s，相应岩体完整性指数为0.36～0.74，岩体完整性为较破碎～较完整；河床钻孔岩体声波值为1274 m/s～2625 m/s，相应岩体完整性指数为0.36～0.75，岩体完整性为较破碎～较完整；右岸钻孔岩体声波值为1302 m/s～2877 m/s，相应岩体完整性指数为0.37～0.82，岩体完整性为较破碎～完整。

表1 钻孔岩芯采取率、RQD值统计表(仅列CZK1～CZK4)

表2 钻孔原位声波测试成果汇总

2.4 岩石质量评价

坝址区岩性为粉砂质泥岩夹泥灰岩，为软质岩。左岸第四系松散堆积层厚度2 m～5.3 m，局部基岩出露。右岸第四系松散堆积层厚度2.5 m～11.9 m，基岩零星出露。河床中第四系松散层厚3.1 m～5.1 m，强风化埋深6.4 m～14.2 m。岩芯受机械破碎严重，强风化底界以上岩体较破碎、松散，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，岩质较软，易折断。以下弱风化岩体岩芯较完整，呈柱状，柱长一般11 cm～36 cm，最长40 cm。坝基开挖线都在强风化带以内，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体RQD值偏低，需对坝基进行固结灌浆处理[1]。

2.5 钻孔压(注)水试验

根据坝轴线钻孔压(注)水试验成果分析：左岸在14.80 m～22.20 m深度以上为中等透水层，透水率为10.67Lu～21.24 Lu，以下为≤10 Lu的弱透水层，≤5 Lu的相对隔水层埋深在32.20 m～36.1 m以下；河床段在30.20 m深度范围内为中等透水层，30.20 m以下为≤10 Lu的弱透水层，≤5 Lu的相对隔水层埋深在55.40 m以下；右坝肩在29.9 m～37.20 m深度以上为中等透水层，透水率为10.2 Lu～23.69 Lu，以下为≤10 Lu的弱透水层，≤5 Lu的相对隔水层埋深在34.60 m～42.20 m以下；坝基岩体透水率与岩体风化程度及深度关系密切，随深度的加深，岩体透水率减小明显。两岸地下水位埋深12.5 m～42.5 m，高于河床1.0 m～20.1 m，两岸地下水补河水。两岸及河床坝基存在中等透水带，年渗漏量按270 d计算，年渗漏量为25.91万m3，占正常库容229.24万m3的11.30%，占总库容296.90万m3的8.73%。坝基、坝肩存在渗漏问题，需对坝基、两岸坝肩进行帷幕防渗处理[2]。

根据坝轴线钻孔资料，坝基主要分布江底河组下杂色泥岩段(K2j1)：紫红色厚层状粉砂质泥岩夹泥灰岩，强～弱风化状态，岩体透水率见表3。

表3 依洒水库下坝线钻孔压水试验注水试验成果(仅列CZK1、CZK1、CZK4)

3 基础处及坝基防渗处理

3.1 坝基基础开挖

①心墙截水槽：根据地质勘察钻孔揭露情况，河床坝基截水槽开挖至强风化底界上部，开挖深度6.0 m～9.0 m，建基面高程2170.0 m，左岸截水槽开挖深度8.0 m～9.3 m，右岸截水槽开挖深度6.0 m～9.0 m，河床处截水槽开挖底宽23.0 m，向左岸延伸至心墙顶处渐缩至8 m，右岸延伸至溢洪道控制段底板开挖高程2210.35 m处渐缩至9.32 m，左岸开挖边坡1∶1.2、1∶0.75。右岸开挖边坡1∶1.55、1∶0.75。

大坝截水槽开挖平面布置图见图1。

②河床覆盖面清基：将第四系冲洪积上部粉质粘土夹砾石层清除，并清除上部的砂卵砾石层，清至干净的砂卵砾石层，无淤泥透镜体、黑色淤泥、淤泥质粘土和腐烂的树根树叶，竖直清基深1.5 m，深入砂卵砾石层0.3 m～0.5 m。

③两岸坡清基：建议竖直清基深度1.0 m，清除树根、草皮、及松散破碎岩体。下游排水棱体基坑应挖除冲积层到基岩。

3.2 坝基固结灌浆

坝址区岩性为泥岩、粉砂质泥岩夹泥灰岩，均为软质岩。两岸强风化埋深6.4 m～14.2 m。岩芯受机械破碎严重，强风化底界以上岩体较破碎、松散，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，岩质较软，易折断。以下弱风化岩体岩芯较完整，呈柱状，柱长一般11 cm～36 cm，最长40 cm。坝基开挖线都在强风化带以内，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体RQD值偏低，根据坝基工程地质条件，对2210.95 m正常蓄水位高程以下坝基截水槽基础进行固结灌浆，以确保粘土心墙的细土粒不从基岩裂隙中被带走，固结灌浆孔平行于坝轴线布置，在坝轴线上游和下游各布置一排固结灌浆孔，排距4.0 m，孔距3.0 m，下游排里程0+001 m～0+139 m，上游排里程0+002.5 m～0+137.5 m，下游排47孔，上游排46个孔，合计93孔。固结灌浆孔呈梅花形布置，孔深均为8.0 m(孔深不含混凝土盖板的厚度)，固结灌浆平面布置示意图见图2。固结灌浆灌后岩体透水率≤5 Lu。

图1 大坝截水槽开挖平面布置图

图2 固结灌浆平面布置示意图

3.3 防渗帷幕设计

根据坝轴线钻孔压(注)水试验和坝基工程地质条件，防渗帷幕线长度按248.0 m计，坝基帷幕灌浆两岸采用接地式帷幕，河床为悬挂式帷幕，防渗高程为正常蓄水位(正常蓄水位2210.95 m)以下至坝基帷幕底界。左岸帷幕深度21.1 m～39.30 m、右岸23.9 m～39.3 m、河床段29.7 m～32.10 m，河床段防渗帷幕深度约为坝前水头(水头40.95 m)的0.7～0.8倍。

帷幕布置形式：基础帷幕灌浆左岸至0+057.25 m里程为单排，0+057.25 m至右岸为双排，主帷幕布置在坝轴线上，里程0-032.75 m～0+057.25 m孔距为1.5 m，计61孔，里程0+057.25 m～0+215.25 m孔距2.0 m，计79孔，合计140个孔；副帷幕布置在坝轴线上游1 m(主帷幕上游1 m)，里程0+058.25 m～0+214.25 m，孔距2.0 m，合计79个孔，帷幕灌浆共计219个孔。坝基帷幕防渗标准：坝基灌后岩体透水率≤5 Lu。帷幕灌浆材料耗量：水泥200 kg/m。帷幕灌浆平面布置图见图3。

图3 帷幕灌浆平面布置图

4 结论及建议

通过对某小(1)型水库坝址区工程地质评价得出，坝址区坝基、坝肩强风化带岩体裂隙发育，岩块间嵌合力相对较差，对坝基采取清基处理，采用固结灌浆进行坝基加固处理。

坝基、坝肩存在渗漏问题，需对坝基、两岸坝肩进行帷幕防渗处理，确保水库后期运行安全。工程于2018年完工，完工后大坝运行良好。