东冲水库坝基水文工程地质条件及评价

　　摘要：在介绍通城县东冲水库库坝的水文地质、工程地质条件的基础上，较详细地评价了库坝的水文地质、工程地质条件，并对坝基的稳定和安全防护提出了合理建议。
　　关键词：水库库坝;坝基的水文地质;工程地质条件及评价;安全防护方案;东冲水库。
　　Abstract: In the basis of introduced the county Dongchong reservoir dam hydrogeological, engineering geological conditions, detailed evaluated reservoir dam of hydrogeological, engineering geological conditions, and the dam foundation stability and security to offer reasonable proposal.
　　Key words: reservoir dam; dam foundation engineering geological conditions and hydrological geology; evaluation; security protection scheme; Dongchong reservoir
　　中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：
　　1.前言
　　随着国家经济的发展，以及对人民生命财产安全的担忧，国家对一些旧的库区坝基的整险加固工程的投入，本着对人民生命财产负责，对东冲水库库区坝基进行水文地质工程地质评价，东冲水库位于通城县大坪境内，陆水河上游支流，铁柱河源头，水库控制面积有10平方公里，汇集有七里冲水库泄水，河道总落差300m。
　　2.坝基工程地质条件及评价
　　2.1坝基地质概况
　　1)地形地貌
　　坝址区为低山丘陵区，河流自七里冲水库流入本区，坝址正位于南北向河段上。大坝由主坝和副坝组成，主坝坝址右岸地表坡度约为30°～40°左右，山顶高程174.40米左右，主坝与副坝间由小山体相连，其地表坡度为30°～50°左右，局部较陡地段达到60°，山顶高程被削平后与主坝同高。副坝左岸山体地表坡度为30°～40°左右，局部较陡地段达到60°，山顶高程214.5m。
　　2)地质构造
　　东冲水库是东冲小岩体的南缘地带。本区构造部位处于新华夏系巨形第二沉降带的次一级隆起带，燕山和喜山期产生的新华夏系构造和一系列北东向断裂构造组成了该区的主要构造形迹。
　　a.断裂
　　区内断裂主要为近北东向的平推逆断层：
　　①麦市压扭性断裂，走向30～35°，倾向西，倾角40～60°。该断层北起楠林桥，经过塘湖(水库左侧约10公里)，呈北东向延伸入湖南境内，长约90公里，断裂带宽30～50米，沿断裂带普遍有角砾岩、靡棱岩及萤石石英脉等。
　　②鲤港压扭性断裂，与麦市断裂平行发育，北起青山，经过水库右侧向云溪方向延伸，走向30～40°，倾向西，倾角60°左右。
　　b.褶皱
　　区内褶皱不甚发育，地质测绘只发现副坝左坝肩有柔褶现象。
　　3)地层岩性
　　坝址区出露的岩层主要有燕山晚期的岩浆岩和寒武系上统灰岩。副坝左端及其以东、主坝左坝肩中下部、右坝肩下部、溢洪道西南面方向几全为寒武系上统地层;主坝下游主要出露为寒武系泥质条带状灰岩;而主副坝之间山体及溢洪道断续可见两种岩体相互穿插、迭置等现象，主要体现出岩体后期侵入的特点;址区地表大多为第四系松散堆积物覆盖呈零星分布。现由老至新将各地层主要特征分述如下：
　　a.燕山晚期岩浆岩(ηr53b)
　　该岩层主要出露于大坝溢洪道及库内，黄白带浅肉红色片理化花岗岩，细～中粒结构，块状构造，属燕山晚期二云二长细粒花岗岩，其矿物成分由斜长石，钾长石、石英、黑云母、白云母组成。岩体风化程度较深，一般数米～数十米，地表多为强风化产物，疏松，易散，用力碾多呈砂状，部分地表近为全风化状，岩石强烈片理化成毫米级左右的片状小岩片，其产状为310°～320°∠60°～40°，本次钻探揭露，大坝下伏有0.5～3.5米厚不等的花岗岩体，弱风化状，且上覆于灰岩之上。
　　b.寒武系上统泥质条带灰岩( €3 )
　　灰色、青灰色，风化后呈黄灰色，为薄层泥质条带灰岩，该岩层风化后极明显表现为以近水平波状泥质条带突出等特征，其片理产状为330°～340°∠30°～40°，片理一般为1厘米左右厚。该组岩体主要出露于主坝右坝肩及坝体西南部，在坝体中从平面上与花岗岩呈弯曲状交错出露;垂直断面上，钻孔揭露，见花岗岩在该岩层之上，蚀变较少。
　　c.第四系(Q4)
　　1、残坡积层(Q4del)
　　灰黄色、棕黄色粉质粘土夹灰岩风化小碎块，水库上游区主要为砂土夹花岗岩风化碎块，主要分布于区内斜坡坡脚及由风化碎石组成的缓坡地带，结构呈稍密～中密状。坝体下残留有残坡积地层，厚度为4.9～13.6米，主要分布于两坝肩。
　　2、冲积层(Q4al)
　　主要分布河床附近，现已多被辟为耕土或被围砌为鱼塘。成分以灰褐色～灰黄色粉质粘土为主，含有中～粗砂土、砂砾石等，土质均一性差。本次钻探在ZK7、ZK10钻孔有分布，分布厚度0.7m。
　　3、崩积土(Q4)
　　崩积物主要由砂岩岩块、碎石夹粘土组成，成分复杂，大多数分布于地形陡峭部位，厚度变化大，结构松散。本次地质调查在溢洪道下游段有分布，厚度在2～5米，主要受洪水冲刷崩落堆积形成。
　　4)地下水类型
　　坝址区属湿润多雨气候，多年平均降水量为1510 ml ,降雨多集中于4～9月份，12～2月份多为枯水期。流域内基岩裸露，岩溶不甚发育，每当雨季，山洪爆发，河水爆涨，由于地表水文发育，降水多汇集成地表径流，少部分通过基岩裂隙渗入地下，并受地层岩性、岩体风化程度、构造条件的限制。
　　坝区位于鄂东南一级剥夷面，按其岩性、构造、地貌及所处位置，属于中等富水区。地下水的运动与地形、地层产状和裂隙发育程度有明显的关系，其主要特征是：地表水分水岭与地下水岭一致，两岸地下水补给河水，并顺层面裂隙及构造裂隙由上游向下游径流，库区局部库水补给地下水。
　　坝址区地下水按其含水介质特征，可分为基岩裂隙水和第四系松散介质孔隙水。基岩裂隙水主要赋存于坝址区全、强风化带及弱风化带裂隙中，受大气降水和同一含水层中地下水的补给，部分受库水的补给，具有一定的承压性，赋存和运移在断层破碎带和基岩裂隙中，以渗透水形式就近向附近冲沟等低洼地带排泄或直接排泄于下游隽水港中。受隽水港河谷切割较深的影响，岩层裂隙水一般埋深较大，近河谷部位与河水位相近。第四系孔隙水主要赋存于第四系松散堆积物中，受大气降水影响，顺坡运移，并于堆积物前缘排泄。
　　总体来看，区内山体雄厚，地下水渗流相对较长，地下水埋藏较浅，河谷水动力条件属补给型，水文地质条件比较简单。地下水均属HCO3-Ca-Mg型，对混凝土无腐蚀性。
　　5)岩土风化特征
　　岩体风化主要受地形地貌、地层岩性、地质构造及地下水等因素的影响，是外营力的重要表现，由于该区属于亚热带温湿气候，四季分明，年降雨量充沛，岩石的物理化学风化作用极为明显，以化学风化作用为主。
　　坝基下伏为泥质条带状灰岩及燕山晚期二云二长花岗岩，从结构上可见为花岗岩包围舌状灰岩体或以捕滤体状包围灰岩体，两者间为直间接触。受其结构、构造及矿物成分等因素及地形地貌条件的控制，坝址区大部分地区已形成强～全风化花岗岩，坝区出露基岩大部分为强～弱风化状态，河床中心属弱～微风化状态。根据地表调查及地质钻孔资料，将坝址区地层分为强风化带、弱风化带及微风化带。分述如下：
　　a) 强风化带
　　岩石结构大部分破坏，风化裂隙发育，岩石呈碎片状，矿物成分变异大，岩石结构本身变得疏松，强度低，岩石内部尚保持原岩特征。坝区强风化灰岩呈灰黄色、灰色，连结性弱。钻孔岩心破碎，主要呈碎块状，产芯率低。强风化带在坝区大面积出露，风化深度不等，据地面地质观察结合钻探资料，强风化带深度1～12.7m。
　　b) 弱风化带
　　岩石沿裂隙、层面有明显风化现象，风化裂隙较发育，岩石强度降低，锤击有哑声，岩石整体性一般。钻探取芯多呈短柱状、饼状或碎块状，少数呈柱状，裂隙面粗糙，裂隙面上有红色铁质浸染，裂隙一般呈张开性，无充填物。
　　c) 微风化带
　　岩石风化裂隙一般发育，裂隙面一般较新鲜，少量被铁质浸染，岩石强度小于小刀，锤击声较清脆，岩石整体性较好。坝区微风化泥质砂岩、砂页岩呈灰色、灰黑色状，钻探取芯多呈短柱状、柱状，少数呈长柱状。
　　2.2坝基区主要工程地质条件及评价
　　1)坝基岩体风化特征及完整性
　　坝区出露基岩寒武系上统泥质条带状灰岩及燕山晚期二云二长花岗岩。灰岩岩质较坚硬，抗风化能力相对较强，经本次地质调查及地质钻探揭示，坝区灰岩岩体地表很少见强风化岩石，地表基岩多呈弱风化状，弱风化带厚5～7m，下部为微风化层，本次钻探进入微风化层3～6m，未揭穿此层。钻探岩芯采取率50～70%之间，RQD指标在20～40%之间，岩体完整性较差，主要与岩体隐性节理发育有关。
　　花岗岩体处于边缘相带，呈蠕英结构，片麻状构造，压碎现象较发育，其矿物成分主要为微斜条纹长石、黑云母、白云母、绢云母、高龄石等。岩体抗风化能力相对较弱，岩体风化后多呈灰黄褐色。经本次地质调查及地质钻探揭示，花岗岩体强风化带有1～12.7m，弱风化带一般有数米～上十米，下部为微风化层，本次钻探未揭穿此层。地表多为强风化产物，疏松，易散，部分地表为全风化状，岩石强烈风化成毫米级左右的片状小岩块。强风化带岩芯采取率40～50%之间，RQD指标几乎为零;弱风化带岩芯采取率50～70%之间，RQD指标在10～40%之间;岩体完整性差，主要与岩体隐性节理发育有关。
　　2)坝基岩体渗透特性
　　为了解坝基及坝肩岩体的透水性，在本次勘察过程中对部分钻孔进行了压水试验, 经钻孔压水试验揭示，坝基花岗岩体强-弱风化带透水性较强，属中等透水层;泥质条带灰岩体透水性相对减弱，其透水性以中等透水性为主导，弱风化带透水性次之。
　　3)坝基岩土体强度评价
　　本次地质勘察，对场区岩土体物理力学性质未做过多研究，借用场区已有工程及成果资料，提出以下岩土体物理力学性质指标建议值供设计使用。
　　土体物理力学指标建议值 表2-1

项目 地层	湿密度 (g/cm3)	干密度 (g/cm3)	内聚力 (kPa)	内磨擦角φ (º)	允许坡降	渗透系数 cm/s
残坡积碎石土	1.95	1.54	30	21	0.45	5.0×10-4
冲积粉质粘土	1.98	1.58	45	15.0	0.6	1.0×10-6
砂卵石层	2.02	1.70	0	35	0.25	1.0×10-2

　　岩石物理力学指标建议值 表2-2

项目 岩石	风化状态	湿密度 (KN/m3)	干密度 (KN/m3)	岩石湿抗压强度MPa	岩石静弹性模量GPa	与砼间抗剪强度	渗透系数 cm/s
泥质条带灰岩	强风化	24.2	20.4	20.0	3.8	f=0.42	5.5×10-4
泥质条带灰岩	弱风化	22.1	19.5	30.0	12	f=0.46	1.0×10-4
泥质条带灰岩	微风化	21.5	17.7	50.0	21	f=0.50	1.0×10-5
花岗岩	强风化	27.2	23.0	75.0	14	f=0.40	2.5×10-3
花岗岩	弱风化	26.1	22.5	90.0	25	f=0.45	1.0×10-4
花岗岩	微风化	25.5	22.7	110.0	40	f=0.52	1.0×10-5

　　4)坝基残坡积土及冲积土层质量评价
　　残坡积土：本次钻探在ZK6、ZK8、ZK11中有分布，厚度为4.9～13.6米，主要分布于两坝肩，河床段未发现有该层分布。土体呈黄色、黄褐色，稍密～中密状，可塑～硬塑，含有少量的小砾石，向下含量渐增。室内试验表明土体含水量平均为27.5%，天然容重平均值19.5KN/m3，干容重平均值15.3KN/m3，孔隙比平均值0.780;液限平均值38.18%，塑限平均值24.42%，塑性指数平均值13.7，液性指平均值0.223，压缩系数平均值0.227 Mpa-1，压缩模量平均值8.68 Mpa;凝聚力平均值16.8Kpa，内摩擦力23.0°，渗透系数平均值1.06×10-5cm/s。注水试验为4.52×10-5cm/s。
　　冲积土层：主要分布河床附近，成分以灰褐色～灰黄色粉质粘土为主，含有中～粗砂土、砂砾石等，土质均一性差。本次钻探在ZK7、ZK10钻孔有分布，分布厚度0.7m。
　　残坡积层渗透性相对较小,而冲积层渗透性较大，但该层在坝下均被心墙体截断，对坝基渗漏不会产生影响。
　　5)坝肩稳定性分析
　　主坝右坝肩167米高程以上主要为第四系残坡积土覆盖，土体呈中密～密实状，结构紧密，未发现有裂缝、空洞等不良地质现象，且坡度较缓，外荷作用微弱，故边坡稳定;在167米高程以下见有基岩出露，上游主要为强～弱风化花岗岩体，下游为泥质条带灰岩体占据，岩层倾向东南，倾角50°～60°，岩层结合紧密，岩体共发育有3组裂隙，但3组裂隙并没有形成不利结构面组合，未形成对岩体不利的临空面，故主坝右坝肩整体稳定。
　　主坝与副坝间为一小山体连接，山体单薄，内坡见有花岗岩与泥质条带灰岩呈从平面上呈弯曲状交错出露，岩层结合紧密，虽然浪坎较严重，但岩层结合较紧密，岸坡较稳定，水库运行多年来，未发生有崩塌、滑坡等现象，故认为山体内边坡稳定;外坡地表多为第四系残坡积土覆盖，土层结构松散，而坡度较陡，再加上库水外渗使土体长期处于饱水状态下，易形成脱坡滑塌，据了解，98年前该边坡曾产生过小规模的滑坡，后经加设挡土墙处理后，现已基本稳定。
　　副坝左岸山体出露基岩主要为寒武系灰岩，灰岩体上覆盖有2～3米厚的第四系土层，植被较发育，不易产生滑坡等地质险情;山体边坡坡度为50～70°，但岩层倾向坡内，倾角在40～60°，有利于边坡的稳定，虽节理裂隙发育，但未形成不利结构面的组合，而灰岩岩质较坚硬，抗风化能力较强，水库运行多年来，也未发生有崩塌、滑坡等现象，故认为副坝左坝肩边坡稳定。
　　总体来说，坝址区山体边坡相对较缓，岩土层结构特征有利于边坡的稳定，虽岩体裂隙发育，但并未形成不利结构面的组合，无断层的影响，故认为主副坝两岸山体边坡稳定。
　　3.结论与建议
　　3.1.坝肩及坝基地表强～弱风化基岩具中等透水性，坝基基岩存在裂隙渗漏及绕坝渗漏，建议截渗处理。
　　3.2.主副坝间山体单薄，内坡浪坎严重，抗冲刷能力弱，且下伏基岩透水性相对较强，基岩透水易造成外坡脱坡、坍塌等地质险情，应加以护坡处理。
　　3.3.库坝的土石体局部具有渗漏及坍塌现象，建议采取灌浆加固截渗处理，局部采取施工抗滑桩加固库坝处理。
　　参考文献：
　　1. 《工程地质手册》编写委员会 工程地质手手册(第三版)中国建筑工业出版社，1992
　　2. 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)[S]北京:中国计划出版社,2002
　　3. 张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,1992

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