大沟河水库勘察报告

11绪言1.1工程概况1.1.1工程位置大沟河水库位于河南省济源市轵城乡大沟河村南，北距济源市约8km；焦枝铁路在库区西边沿通过，轵城南环路在水库大坝坝顶通过，交通方便。1.1.2工程规模水库建成于1959年，大坝位于蠎河支流的双阳河上，控制流域面积10.18km2，水库总库容536万m3，兴利库容243万m3。大坝为均质粘土坝，最大坝高25m，坝顶高程200.00m，坝顶宽约6m，坝顶长约141m；大坝右坝头，东南约88m处设置有泄洪闸及溢洪洞；溢洪洞与大坝同期建成，溢洪洞最大泄洪量40m3/s，净洞宽2.5m，净洞高3.6m，洞长约210m，洞顶为砖混结构；泄洪闸建成于1987年，两孔，孔宽15m，挡水高度3m，闸底板高程193m。输水洞位于大坝左肩西边约30m处，进水口有三级闸门控制；进水口顶板高程为195m，底板高程181m；输水洞出水口位于大坝左肩下游，距右坝坡角约25m，出水口顶板高程为181.5m，底板高程为179.50m，输水洞最大流量为1.14m3/s。输水洞长约135m，为料石砌成。1.1.3气候大沟河水库流域内属暖温带大陆性气候，春、夏、秋、冬四季分明。春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗凉爽，冬季寒冷干燥。多年平均气温14.5℃，极端最低气温－20℃，出现在1969年1月份，极端最2高气温43.4℃，出现在1966年6月份。最大风速15m/s，最大风力8级。多年平均无霜期223天，最长年份为262天，最短年份为195天，初霜最早出现在10月14日，最晚出现在4月9日。多年平均降雨量为690mm，最大年份为1107mm，最少年份为389mm，多年平均径流深150mm。暴雨多集中在汛期7、8月份，6－8月多年平均降雨量471mm，占全年降雨量的68％，且常以暴雨形式出现，汇流时间短，洪峰流量大。由于受季风气候的影响，年内降雨量分配不均匀，夏秋之间，太平洋暖湿气团活跃，雨量充沛；冬春之际，蒙古高压气流盛行，雨雪稀少。多年平均蒸发量为1400mm，陆地蒸发量550mm。由于降雨集中，容易形成洪水，造成洪灾，冬春季干旱少雨，又容易形成旱灾。1.2工程存在主要问题(1)大沟河水库于1959年建成，为“大跃进”年代的产物，大坝全部为人工夯填土，填筑质量差，特别是右坝肩与坝体结合部位(高程187.6m以下)长期渗水，大坝前无护坡，后无排水设施，纵横排水沟损坏严重。(2)由于库区为黄土丘陵区，加上气候因素(降水集中)，至使库岸冲刷、崩塌严重，加修建焦枝铁路时大量弃土倒入库区内，至使库区淤积严重。(3)水库建成投入运行以来，归轵城乡管理，由于经费短缺，处于无人管理状态，原有建筑物损坏严重，溢洪洞进出水口损坏严重，非常溢洪道在修路时被封死无法利用。1.3工程前期处理情况3由于左坝肩进发处出现沉陷裂缝，右坝肩下游与坝体结合部漏水严重，1989年由济源市水利局自筹1.8万元，对大坝降裂缝、严重渗漏部分进行过粘土浆灌浆处理，由于经验不足，效果不好；1992年由济源市水利局自筹5.5万元，对上下游坝坡进行过整修，并分别在下游坝坡183.5，187.5，194m标高处和大坝两端修建排水沟，但由于施工质量差，现已损坏；2008年10月对坝顶路面进行了硬化。1.4勘察任务和要求1.4.1勘察任务要求和目的本次勘察任务要求是：全面复查影响水库安全的工程地质和水文地质条件，检查水库运行后地质条件的变化情况；对坝基、岸坡的工程处理效果和坝体填筑质量作出地质评价；初步查明库区存在的地质病害及危害程度。本次勘察目的主要是为大坝安全鉴定分级提供地质资料，提出库区的地震动参数。1.4.2勘察工作概况我院受济源市水利局的委托，要求对济源市大沟河水库进行大坝安全鉴定。我院接受委托后于2009年2月17日组织有关工程技术人员到库区进行了现场查勘，并于2009年2月19日~24日对库区进行了安全鉴定阶段的工程地质勘察。根据《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001)有关规定，拟建建筑物的工程等别为IV类——小（1）型水库，大坝为低均质土坝。4勘察方案根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)有关规定的具体要求，并结合拟建场地现有状况，在坝轴线上布设一条勘探线，孔距40.3~44m，垂直坝轴线布设勘探线一条，孔距30~32m。两条勘探线呈“+”字交叉形，钻孔5个，孔深18.3~29.5m。并分别进行了钻孔原状土取样及钻孔注水试验，另外在坝体上游坡上高程194.5m、192.5m处作了二个双环渗水试验，在右坝肩上游高程193m处作了一个双环渗水试验。本次工程测量采用自由坐标，磁北方向，引测85国家高程基准，分别测绘了坝址区地形图及勘探点平面布置图。本次完成的主要勘测工作量详见表1.4.2－1本次勘察依据的主要技术标准为：(1)《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)；(2)《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)；(3)《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001)；(4)《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97)；(5)《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001)；(6)《土的分类标准》(GBJ145-90)(7)《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)；5勘察工作量一览表表1.4.2－1勘察项目单位数量技术要求附注钻探取样孔个3注水试验及鉴别孔个2总尺m116.2样原状土样个39[击入取土器][,密封]扰动土样个5[密封]水样个数量**ml,[玻璃瓶装,密封,加大理石粉]原位试验双环渗水次3[按规范标准规格,]钻孔注水段3室内试验颗分个8[,比重计法]物理性试验组45按国家标准固结试验组16[按国家标准,快速法]最大压力为P0+300kPa湿陷性试验组5剪力试验组16[饱固快剪,]渗透试验组27水质分析个测量测地形图幅1自由坐标，磁北方向，引测85国家高程基准62、区域工程地质概况2.1地形地貌大沟河水库位于济源盆地南丘陵地带。大坝建在轵城乡大沟河村东南大沟河沟谷中，沟谷呈“U”字型，沟谷底部高程170~163m，两岸丘顶高程为220~230m，相对高差50~67m。沟谷两岸为第四系冲洪积2级高台基座阶地，阶面侵蚀破坏严重，形成多个黄土塬台面地貌。2.2地层岩性根据钻探和调查，工程区地下100m以内的地层主要为第三系及第四系新生代沉积物，从新到老分述如下：(1)第四系全新统(Q4)：分布于沟谷底部，层厚2~10m，库区内较厚，岩性主要为粘土夹粉砂，并含有钙质结核。(2)第四系更新统(Q2)：广泛分布于丘岭区地面，层厚10~25m，岩性上部为黄土状黄土，干，土质紧密，具柱状节理，含有少量大孔隙，土质均匀，无层理，含有少量钙质结核，厚4~8m，主要分布于高程196m以上；中下部为棕红~棕黄色，含有成多个层状钙质结核，不具有湿陷性。(3)第三系(N)：零星出露于沟谷岩边，多被第四系更新统(Q2)棕黄色粘土复盖，岩性为：紫红色泥岩、粉砂岩、灰白色泥灰岩，局部夹砂砾岩，产状倾向80~130°，倾角10~25°，厚度100m。2.3地质构造及地震效应大沟河水库位于封门口大断裂控制形成的济源向斜盆地南翼。盆地中心沉积为新生代第四纪全更新世松散岩类地层，基底为第三纪半胶结7泥岩夹砂岩地层，新构造运动受封门大断裂控制，以北为剧烈上升，以南上升相对缓慢。据历史文献记载，勘察区及附近（半径30Km）无破坏性地震发生。本次勘察结果表明，场地地层稳定，在小区域内变化不大。根据《中国地震动峰值加速度区划图》设计基本地震加速度值为0.10g，场地的基本地震烈度为7度，根椐《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)的规定，从场地土的性质和测试数据判定，属于中硬场地土，场地类别为II类，属于抗震有利地段。根椐场地土质及地下水埋藏条件，按《水工建筑物抗震规范》规定初判，本场地不存在地震液化2.4水文地质条件2.4.1地下水工程区在勘探深度范围内有一层地下水，属孔隙水。由于工程区属丘岭地区，地面坡度较大，该区降水多又集中在6、7、8三个月，因此大气降水主要形成地面坡流汇入地表水系，又加上该区地表为巨厚层弱透水密实坚硬状黄土状粘土，大气降水很难渗入地下，因此工程的地下水完全地表水系及库区侧渗补给，其消耗项主要为开采、蒸发、地下径流及河谷排泄。根据观察及调查，工程区的地下水埋深与库水位及距水库的距离有直接关系。根据对库水位，水库管理处院内水井和水库大坝东北90m处养兔厂内水井水位及北部溢洪道出水口处下方的渗水点观测推算，工程区的地下水力梯度范围值约为1/16~1/18。根据库水位及2、4、5号三个钻孔8孔内稳定水位同期观测结果推算，坝体内的水力梯度范围值约为1/3~1/7。2.4.2渗透性评价根据现场钻孔注水试验、表层双环渗水试验和室内渗透试验，综合分析，分别对大坝坝、坝基和坝肩的渗透性评价如下：a:体大坝体主要由粘性土组成，根据颗分结果粘粒含量在24~30%，其渗透系数范围值为1.9~8.5×10-6cm/s，平均值为4.55×10-6cm/s，属微透水体；b:坝基主要由弱风化半固结粘土(泥)岩及粉砂岩组成，其渗透系数范围值为6.4~8.6×10-7cm/s，平均值为7.9×10-7cm/s，属极微透水岩层；c:坝肩主要由硬塑状黄土状粘土组成，具有柱状原生节理，并含有少量联通大孔隙结构，其渗透系数范围值为1.39~4.75×10-5cm/s，平均值为3.0×10-5cm/s，属弱透水土体。93建筑物工程地质条件3.1坝址区工程地质条件3.1.1地层岩性根据钻探和调查，坝址区钻探所达深度以内的地层根据工程地质特性可分为3个工程于质单元(不包括大坝坝体)，从新到老分述如下：(1)第四系全新统(Q4)：岩性主要为粘土、粉质粘土夹少量粉砂，并含有钙质结核，呈棕红~棕灰色，可塑~软塑状。该层主分布于沟谷底部大坝前后，层厚2~10m，坝前库区内较厚。该层土对本工程基本没影响。(2)第四系更新统(Q2)：岩性为黄土状黄土，其成份：按塑性指数分类为粘土、壤土，按颗粒级配分类为粉质粘土、重粉质壤土，按《土的分类标准》(GBJ145-90)分类为低液限粘土；中棕红~棕黄色，硬可塑状，无摇震反应，韧性高-中等，干强度高，土质紧密，结构强度高，具柱状节理，含有少量大孔隙，无层理，土质不太均匀，含有少量钙质结核，钙质结核多集中成层，不具有湿陷性。该层厚0~20m，沟谷底部坝基处缺失，主要分布于左右两坝肩，高程196m以下。(3)第三系(N)粘土(泥)岩：岩性为：紫红色泥岩，成份为含砂质粘土，半固结状，强风化。岩层倾向约90°，与大坝走向（110°）基本一致，倾角约11.5°。该层为坝基持力层，没揭穿，最大揭示厚度为3.5m。但该层区域上分布稳定，根据区域地质资料，岩性主要为：紫红色泥岩、粉砂岩、灰白色泥灰岩，局部夹砂砾岩，产状倾向80~130°，倾角10~25°，总10厚度100m。3.1.2坝基、坝肩工程地质条件评价(1)坝基：组成坝基的岩层主要为半固结弱风化第三系粘土(泥)岩，岩层倾向约90°，与大坝走向基本一致，倾角约11.5°。根据室内饱和固结快剪强度试验，内摩擦角Φq范围值为30~21°，平均值为26.9°，粘聚力范围值为40~25kpa，平均值为33.8kpa。其渗透系数范围值为6.4~8.6×10-7cm/s，平均值为7.9×10-7cm/s，属极微透水岩层。因此对低均质粘土坝为工程地质、水文地质条件匀为良好的坝基础。(2)坝肩：组成左右坝肩土层为第四系更新统(Q2)黄土状黄土，硬塑状，均质密实，具柱状节理，含有少量大孔隙，无层理。根据室内饱和固结快剪强度试验，内摩擦角Φq范围值为26~7.4°，平均值为18.5°，粘聚力范围值为54~15kpa，平均值为41kpa。其压缩系数平均值为0.22Mpa-1，压缩模量平均值为12Mpa，不具有湿陷性。其渗透系数范围值为1.39~4.75×10-5cm/s，平均值为3.0×10-5cm/s，属弱透水土体。因此坝肩工程地质条件良好，水文地质条件稍差的坝肩地层。3.1.3坝