水库大坝工程的地质勘察评价

张 鹏

（广州市水务规划勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510640）

1 工程概况

某水库位于广州市流溪河一级支流小海河的上游，于1966年动工修建，1973年修建完成，水库坝址以上集雨面积33.2 km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养鱼等综合利用的小一型水利工程。水库下游有大量农田和居民分布，水库的安全运行对下游居民的生命财产安全至关重要[1]。

2 工程存在问题及勘察目的

坝体现存在的主要问题为无观测设施、渗流安全及溢流坝抗滑稳定不满足规范要求、输水涵管及闸阀锈蚀等。

勘察工作应了解区域地质及地震概况；了解库区的工程地质条件和主要工程地质问题；了解各坝址区的工程地质条件和主要工程地质问题；分析建库、坝的可能性。

3 库区工程地质条件及主要工程地质问题分析

3.1 库区工程地质条件

3.1.1 地形地貌

库区位于从化区温泉镇南麓山下，地貌属构造侵蚀低山丘陵区，山体多为浑圆状，山体雄厚，植被茂盛，河谷为“U”形，左岸较缓，覆盖层较厚，右岸较陡，基岩裸露，谷底较平坦。河流阶地不发育，河床较小。

3.1.2 地层岩性

根据1∶200 000地质图从化幅，工程区岩性现按地层时代由老至新依次为：

侵入岩第三期黑云母花岗岩（γ2(3)5）：分布于河谷两岸丘陵及河床覆盖层下，岩性主要为花岗岩。

残坡积土层（Qdl+el）：主要由花岗岩风化残积及坡积形成。

第四系冲洪积堆积物（Qal4）：主要分布于河床及河漫滩，主要为黏性土及砂卵砾石，本次勘察范围内未揭露。

第四系人工堆积（Qml4）：主要为新近回填的松散堆积物，野外易于识别。本次勘察范围内有揭露，为坝身填料。

3.1.3 地质构造

新华夏构造体系第二巨型隆起带南西段二级块断隆起区中的粤中拗陷区，从化—广州断裂带北北东段纵贯本区区域，使区内成为纬向构造体系和新华夏构造体系复合交接地带。查阅1∶200 000地质图从化幅，坝区岩性为燕山期花岗岩，未见活动断裂通过。

3.2 水文地质条件

3.2.1 地下水类型及其埋藏条件

根据1∶200 000综合水文地质图，工程区域地下水按其成因类型分为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种类型。前一种地下水主要赋存于坝区冲洪积物中，地层多为砂卵砾石层，主要受大气降水和地表水补给。第二类地下水主要赋存于两岸山体基岩裂隙中，地层为块状岩类，主要受大气降水补给，水量贫乏。勘察期间坝址地下水水位埋深为5.20～26.35 m（高程148.57～162.55 m）。

3.2.2 环境水腐蚀性评价

本次勘察现有坝址及下游分别取1组地表水做水质分析试验。根据国家标准《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487—2008），进行环境水腐蚀性判别。结果表明坝址地表水对混凝土具重碳酸型中等腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀。

3.3 库区主要工程地质问题分析

3.3.1 水库渗漏

水库四面环山，地势为东面高，西面低。库区多为残积土及风化土覆盖，该水库修建于峡谷中，河流两侧山体宽厚，山顶高程远大于水库正常蓄水位，且地下水分水岭高于设计正常蓄水位，库区岩性较单一，以燕山岩浆旋回第三期黑云母花岗岩构成隔水岩层，且没有发现通往邻谷的构造断裂带。因此，库水不存在向邻谷渗漏问题。

库首两岸基岩由花岗岩构成，岩石完整程度高，透水率一般小于5 Lu。

据坝址两岸山体现场钻孔注水试验结果，坝肩风化带渗透系数k=1.98×10-5～4.54×10-4cm/s，属弱透水～中等透水。水库蓄水后，库水存在绕坝渗漏的可能，但可以采取帷幕灌浆进行防渗处理。

3.3.2 库岸稳定

水库正常蓄水位线高程184.50 m，其周边山坡为第四系残坡积土所覆盖，局部覆盖有花岗岩全风化土，岸坡以土质边坡为主，坡角一般在30°～40°。经查勘山坡大部分植被茂盛，岸坡未见有较大面积坍塌，自然边坡稳定；局部虽有小坍塌，但多在正常蓄水位以上，对库岸稳定影响不大。综上所述，库岸整体基本稳定。

3.3.3 水库淤积和诱发地震

址上下游存在一定落差，部分地段河道狭窄，山洪暴发时容易造成部分地段水土流失，产生固体径流，造成水库淤积，应采取一定的生物措施加强保护。但目前暂未发现泥石流堆积现象或砂土淤积严重问题。

本水库属一座中小型水库，河道弯曲，水文地质条件简单，区域构造稳定性好。库内无近代活动性断层，也没有强地震及火山活动的迹象或历史地震记载，亦无可溶岩分布，缺乏诱发地震的地质背景，故水库诱发地震问题不突出。

4 坝址区工程地质特征

4.1 坝址区工程地质条件

坝址区内出露地层简单，依据钻探孔揭露，地层岩性自上而下为第四系人工堆积（Qml4）、侵入岩第三期黑云母花岗岩（γ2(3)5）组成。

4.1.1 第四系人工堆积（Qml4）

填土：黄褐色，可塑～硬塑，主要由花岗岩风化残积土、全风化土回填而成，经压实，坝顶表层20 cm为混凝土路面，迎水坡表层10 cm为混凝土护坡。在钻探深度范围内均有揭露。层顶标高164.37～175.00 m，层底标高146.37～173.60 m，层厚1.40～19.80 m，填土从坝肩到坝址中轴线深度逐渐增大。共做标准贯入试验21次，统计样本数21次，试验范围值N=8～22击，平均击数Nˉ=14击。共进行注水试验8段，统计样本数6段，试验范围值k=1.80×10-5～1.13×10-4cm/s，平均渗透系数-k=4.91×10-5cm/s，钻孔ZK105注水试验试段深度11.4～16.4 m、16.8～19.8 m漏水量大于进水量，最大进水量为9.6 L/min。

统计样本数15组，湿密度1.89 g/cm3，干密度1.55 g/cm3，最大干密度1.69 g/cm3，土粒比重2.69，天然含水率21.8%，最优含水率17.4%，液限47.6%，塑限25.7%，塑性指数21.9，液性指数-0.18，孔隙比0.734，压缩系数0.471/MPa，压缩模量3.68 MPa，属中等压缩性土。直接快剪：黏聚力24.4 kPa，内摩擦角22.1°；固结快剪：黏聚力28.6 kPa，内摩擦角22.9°，承载力特征值建议取160 kPa，渗透系数1.07×10-5cm/s，渗透性等级为弱透水。

4.1.2 侵入岩第三期黑云母花岗岩（γ2(3)5）

按风化程度分为全风化带、强风化带、弱风化带及微风化带。

花岗岩全风化带：灰白色，风化剧烈，长石已风化成高岭土，但原岩结构尚可辨认，石英矿物形状不规则，具棱角，多呈粗砂或砾砂状，遇水易软化崩解。在钻探深度范围内，钻孔ZK101、ZK104、ZK106有揭露，层顶高程146.37～173.60 m，层底高程144.37～163.89 m，层厚2.00～13.00m。共进行标准贯入试验8次，统计样本数8次，试验范围值N=31～45击，平均击数Nˉ=37击。共做注水试验4段，统计样本数4段，试验范围值5.65×10-5～4.54×10-4cm/s，平均渗透系数1.74×10-4cm/s。统计样本数3组。湿密度1.88 g/cm3，干密度1.54 g/cm3，土粒比重2.66，天然含水率22.3%，孔隙比0.730，液限38.5%，塑限21.1%，塑性指数17.4，液性指数0.07。固结快剪：黏聚力21.1 kPa，内摩擦角26.2°，承载力特征值建议取400 kPa，渗透性等级为中等透水～弱透水。

花岗岩强风化带：灰白色，风化强烈，长石、云母已风化成次生矿物，原岩结构清晰可辨，岩芯呈半岩半土状。在钻探深度范围内，钻孔ZK101、ZK104～ZK106有揭露，层顶标高144.37～163.89 m，层底标高143.57～162.29 m，层厚0.40～1.60m。承载力特征值建议取700 kPa。

花岗岩弱风化带：灰白色、肉红色、灰黑色，中粗粒花岗结构，块状构造，岩芯呈块状及柱状，裂隙发育，锤击可碎，岩芯采取率平均值为75%～95%，RQD平均值为55%～90%。钻探深度范围内，钻孔ZK101～ZK103、ZK105 有揭露，层顶高程147.32～160.20 m，层底高程145.72～157.30 m，层厚0.55～4.10 m。弱风化带出露高程从坝两端到中间逐渐变低。统计样本数2组，颗粒密度2.74 g/cm3，天然密度2.61 g/cm3，饱和吸水率1.62%，饱和单轴抗压强度38.0 MPa，弹性模量4.51×104MPa，泊松比0.24，承载力特征值建议取1 520 kPa。

花岗岩微风化带：灰白色、肉红色、灰黑色，中粗粒花岗结构，块状构造，岩芯呈柱状，锤击声脆，岩芯采取率平均值为93%～98%，RQD平均值为90%～95%，致密坚硬。在钻探深度范围内，所有钻孔有揭露，未揭穿，层顶标高143.57～162.29 m。微风化带出露高程从坝两端到中间逐渐变低，变化较大。共进行压水试验5段，试验范围2.6～9.5 Lu，平均透水率4.7 Lu，渗透性等级为弱透水。统计样本数10组，颗粒密度2.76 g/cm3，天然密度2.65 g/cm3，饱和密度2.66 g/cm3，干密度2.65 g/cm3，含水率0.22%，饱和吸水率0.38%，泊松比0.21，饱和单轴抗压强度75.4 MPa，弹性模量7.23×104MPa，承载力特征值建议取3 016 kPa。

4.2 坝址区工程地质条件评价

坝体：大坝坝前坡坡面以混凝土保护，坝后坡坡面以草皮保护，坝顶无不均匀沉降，大坝处于低水位运行，无明显渗透现象。坝顶混凝土路面存在裂缝，防浪墙发现有开裂现象，迎水面局部存在细微开裂、损坏现象。土坝段坝体填土土料主要来源于附近山体的花岗岩风化土和坡残积土，含砂砾质和强风化碎块石。综合土工试验及现场标贯试验统计数据，填土干密度1.55 g/cm3，天然含水率21.8%，最大干密度1.69 g/cm3，最优含水率17.4%。直接快剪：黏聚力24.4 kPa，内摩擦角22.1°；固结快剪：黏聚力28.6 kPa，内摩擦角22.9°，计算得出压实度为91.72%。浆砌石段坝体材料主要由弱风化花岗岩、微风化花岗岩、水泥砂浆混合而成，水泥砂浆浓度低，钻探钻进漏水严重，取芯困难。

坝基、坝肩：坝肩抗滑稳定性又往往取决于坝肩两岸的岩体结构[2]。坝肩岩体滑移边界条件控制了其几何特征、滑移方式及稳定性状况等[3]。土坝段坝基岩性为微风化带岩质致密坚硬，裂隙不发育，岩体较完整。左右坝肩均为较雄厚的山体，上部覆盖厚度较大的花岗岩全风化带，下部为花岗岩强～微风化带[4]。浆砌石段坝基透水率3.4 Lu，满足《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）[5]坝高在50 m以下、透水率为5 Lu的要求。

5 结语

本次勘察基本查明了某水库建设工程地质条件及主要工程地质问题，为该水库后期除险加固设计及扩建提供了工程地质依据。库区地貌属构造侵蚀低山丘陵区，山体多为浑圆状，植被茂盛，河谷为不对称“U”形，左岸较缓，覆盖层较厚，右岸较陡，基岩裸露，谷底较平坦。河流阶地不发育，河床较小。工程区域地下水按其成因类型分为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种类型。第一类地下水主要赋存于坝区冲洪积物中，地层多为砂卵砾石层，主要受大气降水和地表水补给。第二类地下水主要赋存于两岸山体基岩裂隙中，地层为块状岩类，主要受大气降水补给，水量贫乏。库首两岸基岩由花岗岩构成，岩石完整程度较高，透水率一般小于5 Lu。据坝址两岸山体现场钻孔注水试验结果，坝肩风化带渗透系数1.98×10-5～4.54×10-4cm/s，属弱透水～中等透水。根据本次勘察结果，坝址区未见滑坡和崩塌等不良地质现象。坝址范围内未发现大规模崩塌堆积体和卸荷裂隙产生的危岩体存在，岸坡稳定性较好。