刍议水库除险加固工程地质.doc

1、刍议水库除险加固工程地质摘要：随着我国水利工程建设的迅猛发展，水库的建设是水利工程中重要的一部分，施工人员必须做好相应的建设工作。本文笔者结合自身工作经验，以某水库为实例，主要对水库除险加固工程地质作出分析与探讨。 【关键词】：水库；地质；条件；问题；构造 中图分类号：F470.1 文献标识码：A 一、工程概况 某水库位于某地一河流域内，建成后该水库的流域面积为 305km2，总库容 3.62 亿 m3。设计水位为 80.60m，相应库容 2.05 亿 m3。水位79.50m，相应库容 1.69 亿 m3。该水库的主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、输水洞、南干渠首闸、北干渠首闸及水电站。现水库主

2、坝坝型为粘土心墙砂壳坝，坝轴线方向为 14633，坝顶高程 85.62m，最大坝高25.62m，坝顶长 295m，坝顶宽 7m。主坝心墙土质主要为粉质粘土及重粉质壤土，心墙底部直接座落在坝基中重粉质壤土上。坝基防渗采用截水槽辅以水平铺盖，在心墙下设深 2.0m、底宽 810m、边坡 1:1 的截水齿墙，墙体座落在灰色软土层，但未切断其下透水层。 二、主坝坝基工程地质条件 （一）地层岩性 主坝坝基上部为第四系冲积物，地面高程 6068m，第四系厚度1218m。在河床及漫滩为全新统（Q4al）砂砾石层。在河流两岸阶地上为上更新统（Q3al）地层，自上而下依次为黄色中粉质壤土、中细砂、砾砂、黑色软土

3、、砂砾石。下伏基岩为安山质凝灰岩。 （二）地质构造 1.断层 主坝坝基区较大的断层有 4 条。 F66：分布在主坝下游，走向 336，倾向北东，倾角 46，属压性断层；F11：出露于左岸坝头，斜穿坝基，直通右岸坝头上游。走向10，倾向南东，倾角 6080，属压扭性断层；F22：出露于左岸坝头下游，与 F11 斜交，通过坝基直达库内。走向 80，倾向北西，倾角 52，属压扭性断层；F44：出露于右岸坝头上游，走向约 286，倾向北东，倾角 54。 2.片理与节理 在安山质岩类中，节理以北东向和北西向两组较为发育，一组垂直主坝轴线，一组平行主坝轴线。节理多数呈闭合状态，少数为张开型，粘土岩屑充填，

4、充填不好。 三、主坝主要工程地质问题及评价 （一）坝基灰色软土问题 坝基灰色软土位于上下两层砂砾石之间，土质成分上部以灰色中粉质壤土为主，下部以灰黑色重粉质壤土为主，饱水，软塑流塑状态，见有植物根系等腐植质，略有腥臭味。土质不均，局部夹有薄层砾砂透镜体。该层在坝基部位广泛分布，厚度约 4.06.5m。该层标准贯入击数94 次，范围值为 16 击，最小不到 1 击，平均值 3.4 击，小均值 2.4 击，其天然含水量接近液限，天然孔隙比接近 1.0。天然干密度平均值为1.50g/cm3。在主要力学性指标中， 饱和快剪 C=10kPa，=10.7， 压缩系数（P=100300kPa）0.20MPa

5、-1。 从以上指标可以看出，灰色软土从天然干密度分析是很不均匀的，且抗剪强度低，具有中等压缩性。其底部为粗砂层，具平面排水的条件，从勘察试验成果干密度、抗剪强度和压缩系数等指标的分析对比来看，总体强度有增加的趋势，但由于该层灰色软土上下都有承压水存在，且承压水头较高，致使该层虽有坝体荷载作用，但其固结将是缓慢的。 （二）坝基渗流及承压水问题 主坝坝基第四系孔隙水分为潜水和承压水，潜水赋存在河槽表层黄色砾砂透水层中；承压水又分为上下两层，上层承压水位于左岸阶地黄色壤土与灰色软土之间的黄色中砂、灰色砾砂层中，下层承压水位于灰色软土以下与基岩面之间灰色砂砾石层中，故坝基透水层可分为三层，现将各层的渗

6、流稳定问题分述如下： 1.河槽表层黄色砂砾石透水层的渗流稳定问题 该砂砾石层含少量泥质，具中等透水性，厚度 1.52.6m，建库前该层中含有潜水。建库施工时采用粘土水平铺盖和截水齿墙防渗，铺盖末端齿墙穿过砂层坐落在灰色软土上，下游砂壳直接坐落在该层砂砾石上，故砂壳中的地下水位和该砂砾石层中的水位应该是一致的。从历年的观测孔及库水位关系来看，水位线平缓，与下游尾水位接近，这些情况表明铺盖及截水齿墙具有较好的防渗效果。 2.上层承压水含水层的渗流稳定问题 上层承压水位于黄色壤土与灰色软土之间，顶部高程为 6165m，底部高程为 58.562.0m，厚 0.55.0m，在河槽左侧岸坡附近变薄或尖灭。

7、本层上部为黄色细砂，中粗砂及砾砂（含泥） ，下部为灰白色砾砂，含较多泥质。在桩号 0+127 以左，层间夹厚约 0.30.5m 软土薄层。注水试验求得其渗透系数为 4.610-41.610-3cm/s，具中等透水性。 以桩号 0119 下 71.5 孔为例：该库水位 79.52m，管水位 66.30m；两年后该库水位 77.73m，管水位 66.38m，高于坝下游砂层顶面，但承压水头较低（2m 左右） ，且低于坝下游地面高程（坝后处理后现高程 70m）,由于坝脚附近已做反虑层和堆石体，未再发生异常现象，说明在现状水位下渗流是稳定的。 3.下层承压水含水层的渗流稳定问题 下层承压水含水层位于灰色

8、软土以下与基岩面之间，层顶高程为5254.4m，层底高程约 4951m。厚约 25m，为灰色砂砾（卵）石，局部含泥质及软土透镜体。渗透系数为 9.210-32.810-2cm/s，属中等较强透水层。该层承压水位较高，承压水位将高出台地约4.04.5m，高出河槽约 7.08.0m，这时坝脚渗透稳定是不利的。另据钻孔注水连通试验，得知下层承压水与灰色软土中的砂砾石透镜体有较强的水力联系，这样其上复土层厚度变小，就更不利于坝脚渗透稳定。根据坝基地质结构和水文地质条件，该层承压水的渗流稳定问题主要是承压含水层顶板的顶托破坏问题，据观测资料，当库水位达到 79.50m 时，下游坝脚附近河槽段该层承压水位

9、 68.93m，阶地段承压水位 73.38m，分别高出下游河槽地面 8.93m，阶地地面 3.38m，存在产生顶托破坏的条件。参考建筑地基基础设计规范 （GB500072002）关于基坑底抗渗流稳定性验算的有关规定，将承压含水层上覆土重与承压水压力进行比较，当安全系数1.1 时渗流稳定。经分析对比，阶地段安全系数满足要求，不存在顶透破坏问题；河槽段，水位 79.50m 时，安全系数 1.08，预测校核水位 82.79m 时，安全系数 1.08，处于极限状态，存在顶托破坏的危险，建议采取排水降压措施或增加上部压重。 4.坝肩绕渗问题 两岸坝头均为安山质凝灰岩，多属强风化到弱风化。经地表岩石及钻孔

10、岩心观察，裂隙较发育，一般呈闭合状，部分充填铁锰质，胶结较好，岩石也较完整。据地质测绘资料，仅左坝肩有 F11 及 F22 两断层，以夹角 4560从坝上游穿过坝肩通向库外。岩石总体透水性弱，右岸较左岸弱，仅断层影响带局部透水性较强。据 8 孔 22 次压注水试验成果统计，透水率1Lu 者 16 次，占 73%；透水率5Lu 者 2 次，占9%；且较大者均位于左岸，其中最大值为 16.3Lu，位于 E3 孔 F22 断层下盘。 根据左岸各测压管水位与同期库水位的比较，管水位随库水位的变化而变化，在库水位 74m 以上时，管水位均低于库水位，说明坝肩渗漏是存在的，坝基结合面和坝肩均存在渗漏问题，但渗漏量都不大，现状水位下不致对主坝造成危害。 四、结论 由于水库建设的时间很长，先开始施工，而后进行补充地质勘探，所以主坝坝基座落在灰色软土和透水的砂砾石层上，采用水平铺盖与截水墙防渗，截水墙只做到了灰色软土层，坝基中的断层没做处理，主坝坝基工程地质条件复杂，存在坝基灰色软土固结问题、坝基渗流稳定及承压水问题、左坝肩绕渗问题，经过多年观测、分析、试验、研究，对主坝坝基存在的主要工程地质问题已经做出了进一步的改善，这就使得我国的水库建设又上升了一个阶段。