水库除险加固初步设计工程勘察报告.doc

水库除险加固初步设计工程勘察报告1绪言1.1工程概况*水库位于浙江省浙江省*县*镇南院子，根据现有资料以及坝址区测绘成果，水库集雨面积为11.0km2，总库容为295万m3，现有库容为152万m3。水库于1959年10月10日动工建设，1965年7月竣工。枢纽建筑物由水库大坝、溢洪道、坝体放水涵管、泄洪闸等组成。是一座以灌溉为主的小（一）型水库。根据原有资料记录该大坝为均质坝，最大坝高为6.0m，坝顶长度为560m，顶宽为3.0m。根据地质勘察成果该坝坝型为均质坝，最大坝高现状为7.70m，坝顶总长582.0m，坝顶宽4.2m，坝顶高程约为8.8m。溢洪道位于大坝中间位置，底高程为6.3m。大坝设置有三条放水涵管（从左至右将放水涵管定为1#涵管、2#涵管以及3#涵管）和一座泄洪闸，1#涵管位于大坝左坝肩，2#涵管位于大坝中间靠右位置，3#涵管位于大坝右坝肩，泄洪闸位于大坝中间靠左位置。大坝至今未进行全面的地质勘察工作，基本资料缺乏。根据水库长期运行观察，大坝目前主要存在以下问题：（1）1#放水涵管和2#放水涵管已损坏，无法正常使用；（2）大坝背水坡未设置护坡，坡面凹凸不平，存在沉降变形问题；（3）大坝存在严重隐患，排水设施破坏，坝顶已出现沉降变形等现象。1.2勘察的目的和任务受业主委托，本公司承担浙江省*县*水库除险加固工程初步设计阶段工程地质勘察工作。本阶段目的是复核水库工程区水文地质、工程地质条件，分析病险产生的原因，检查坝体填筑质量，为水库除险加固设计提供地质资料和物理力学参数，对加固处理措施提供地质建议，详查天然建筑材料的储量、质量及其分布和运输开采条件等。1.3勘察工作依据及标准本次地质勘察主要依据的法律、法规有：（1）中华人民共和国水法 中华人民共和国主席令2002第74号；（2）中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国主席令1989第22号；（3）中华人民共和国安全生产法 中华人民共和国主席令2002第70号。本次地质勘察主要依据的技术标准有：（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）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）；（4）水利水电工程地质测绘规程（SL 299-2004）；（5）水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）；（6）工程场地地震安全性评价技术规范（GB 17741-1999）；（7）中国地震动参数区划图（GB 18306-2001）；（8）土工试验方法标准（GB/T 50123-1999） ；（9）水利水电工程钻孔土工试验规程（DL/T 5354-2006）；（10）水利水电钻探规程（SL 291-2003）；（11）水利水电工程钻孔注水试验规程（SL345-2007）；（12）现行相关的其他规范规程。1.4勘察工作与工作量本次勘察手段主要采用工程测绘、钻探、现场水文地质试验、室内土工试验等多种手段进行。按照相关规程规范的要求，本次勘察工作共布置了17只钻孔，坝顶布置1条勘探纵断面，垂直坝轴线布置4条勘探横断面，每个横断面布置3个钻孔。外业勘察工作自2014年7月15日2014年7月31日结束，2014年8月11日完成所有土工试验工作，本次勘察完成的勘察工作量见表1-1。表1-1 勘察工作量汇总表项 目单位工作量工程地质测绘km20.5钻探m/孔233.717现场试验注水试验段次30室内试验原状土样常规试验组102原状土样分散度试验组9击实试验组22区域地质2.1地形地貌测区地貌主要由丘陵、平原组成，总体地势由北向南倾斜。区域内整体地势较低，且变化较小，分布有少量山丘，高程约为20m30m。区域内最高峰位于水库北部，高程约为80m。2.2地层岩性测区内出露的地层由老到新分述如下：（1）白垩系下统七房村组上段（K1q2）：上部暗紫、紫红色砂砾岩、含砾中粗砂岩、含砾钙质细砂岩、夹薄层砾岩、层凝灰岩、玻基安山玄武岩。下部暗紫、紫红、肉红色薄至中厚层砾岩与含砾凝灰质砂岩互层，夹巨厚层含砾岩屑石英砂岩、层火山角砾岩。分布于库区周围。（2）第四系全新统（Q4）：残坡积层（el-dlQ4）红色、黄红色以及灰黄色粘土、含碎石粉质粘土、碎石土，广泛分布。冲洪积层（al-plQ4）灰黄色含砂粉质粘土层、含粘性土砾砂以及青灰色、灰色淤泥质粉质粘土，河床底部分布。2.3地质构造与地震本区大地构造单元属于扬子准地台（1），钱塘台褶带（2），*长兴陷褶带（2），泗安长兴拗断褶束（1）。构造特征主要以断裂变形为主，主要断裂走向为东西向。详见图2-1构造纲要图。图2-1 构造纲要图区域构造稳定。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），设防水准为50年超越概率10%的地震动参数：地震动峰值加速度为0.05g（相应地震基本烈度为度），地震动反应谱特征周期分区属1区，工程区场地为中软场地，地震动反应谱特征周期为0.45s。2.4水文地质本区地下水类型主要有碎屑岩类裂隙水和第四系松散层孔隙水。裂隙水主要赋存在砂岩等基岩中，受断层及节理控制，深部岩体一般为不透水层；孔隙水主要赋存在山体残坡积含碎石粉质粘土及河道淤泥质砾粉质粘土中，含水较丰富。河溪径流由大气降水和地下径流补给，并排泄于水库与河流。3水库区工程地质条件及评价3.1水库渗漏水库位于丘陵地带，库周山体较低，分水岭高程20m30m，组成库周的基岩为弱透水的砂岩，不存在永久渗漏问题。3.2库岸稳定水库库周未见基岩出露。库区两岸山体相对高差较小，两岸覆盖层较厚，但坡度较缓，植被茂盛，不具有发生滑坡、泥石流等地质灾害条件。水库运行多年，库岸稳定。3.3水库浸没库区内没有耕地、农田以及房屋，不存在浸没问题。图3-1 *水库库区图4坝址区工程地质条件及评价4.1地形地貌坝址区属丘陵地貌，左右两岸最高高程为20m，山坡较缓。河谷呈U型，宽度约为450m。库区内地势变化较小，高程为2.5m3.0m。坝后为水塘和河道，整体地势平坦，高程为2.0m左右。4.2坝体填筑料及物理力学指标根据勘察成果及资料大坝为均质坝，坝体填筑材料为粉质粘土（rQ），描述如下：层粉质粘土：红褐色、灰黄色，可塑，中等压缩性。填筑土料土质填筑不均，结构较松散，含砂和砾石，局部含量较大，砾石岩性以砂岩为主，强风化，次棱角状。该层下部土层主要为淤泥质粉质粘土，在建坝过程中，该层底部土体压入下部土层，混合有淤泥质粉质粘土。土料的主要来源为两岸坡脚残坡积土以及河床冲洪积土。其主要物理力学指标如下：=22.8%29.1% =1.431.59；0.6720.870 =0.210MPa-10.380MPa-1；Es=4.92MPa8.36MPa；KH=3.5010-6cm/s4.1010-5cm/s，KV=3.7010-6cm/s8.3010-6cm/s，快剪：C快=37.0kPa43.0kPa 快=11.216.5；固快：C固=33.0kPa453.0kPa 固=20.223.5。坝体土击实成果见表4-1。表4-1 坝体土击实试验成果表土样编号最优含水量wop（）最大干密度dmax(g/cm3)T117.11.63T215.91.65平均值16.51.64坝体土最大干密度平均值dmax1.64g/cm3，最优含水量平均op=16.5%。坝体土分散度5.0%13.6%，为非分散性土。坝体土分散性指标见表4-2。表4-2 坝体土分散度试验成果表土样编号取样深度分散性试验分散度m%ZK1-11.72.08.3ZK2-11.72.06.0ZK4-11.72.04.5ZK4-23.74.06.2ZK6-11.72.05.3ZK8-11.72.05.4ZK8-23.74.04.8ZK14-11.72.011.5ZK16-11.72.013.6ZK17-13.84.15.0土层物理力学指标统计值见表4-3。土层颗粒分析成果见表4-4。土层物理力学指标建议值见表4-5。表4-3 土层物理力学指标统计值表 土层代号土层名称统计类型含水量比重湿密度干密度饱和度孔隙比液限塑限塑指液指渗透系数压缩系数压缩模量固结系数快 剪固结快剪垂直水平50KPa100KPa200KPa400KPa凝聚力摩擦角凝聚力摩擦角(%)Gs()(g/cm3)d(g/cm3)Sr(%)e()L(%)P(%)Ip()IL()kv(cm/s)kH(cm/s)av(MPa-1)Es(MPa)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)c(kPa)(度)c(kPa)(度)粉质粘土有效样本个数21 21 21 21 19 21 21 21 21 21 9 12 21 21 21 21 21 21 9 9 12 12 最大值29.1 2.72 1.95 1.59 93.0 0.870 38.2 21.7 16.5 0.59 8.30E-06 4.10E-05 0.380 8.36 4.73E-034.66E-034.01E-033.58E-0343.0 16.5 45.0 23.5 最小值22.8 2.71 1.84 1.43 90.0 0.672 30.2 18.6 11.6 0.34 3.70E-06 3.50E-06 0.210 4.92 2.64E-032.35E-032.38E-032.12E-0337.0 11.2 33.0 20.2 平均值26.3 2.72 1.89 1.49 90.9 0.782 34.2 20.1 14.1 0.44 5.73E-06 1.09E-05 0.296 6.13 3.45E-033.44E-033.29E-033.00E-0340.4 13.9 39.8 21.8 变异系数0.070 0.002 0.014 0.028 0.010 0.065 0.061 0.040 0.092 0.156 0.283 1.121 0.144 0.139 0.143 0.193 0.143 0.165 0.042 0.049 0.048 0.032 标准值27.1 2.71 1.88 1.48 91.3 0.802 34.2 20.1 14.1 0.47 6.75E-061.73E-050.312 5.80 3.26E-033.19E-033.11E-032.81E-0340.0 13.7 39.4 21.6 1淤泥质粉质粘土有效样本个数22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 13 9 22 22 20 20 19 22 12 12 10 10 最大值52.5 2.74 1.87 1.42 100.0 1.559 49.1 26.0 23.1 1.26 5.10E-06 1.70E-05 1.180 5.19 1.40E-031.46E-031.18E-033.45E-0315.0 16.5 16.0 19.8 最小值31.7 2.71 1.60 1.05 90.0 0.870 31.6 19.1 12.5 1.01 1.90E-07 2.00E-07 0.360 2.05 4.42E-044.04E-044.47E-043.24E-045.0 2.1 11.0 9.0 平均值42.5 2.73 1.71 1.21 94.5 1.229 40.5 22.6 17.9 1.11 1.02E-06 2.94E-06 0.838 2.86 8.59E-047.99E-047.60E-041.17E-0310.2 4.8 13.3 10.9 变异系数0.135 0.004 0.037 0.075 0.036 0.138 0.124 0.087 0.170 0.071 1.562 1.957 0.272 0.287 0.379 0.386 0.273 0.713 0.423 0.369 0.282 0.139 标准值44.7 2.72 1.69 1.17 95.8 1.293 40.5 22.6 17.9 1.14 1.81E-066.53E-060.923 2.56 7.31E-046.78E-046.76E-048.58E-049.1 4.4 12.3 10.5 2含砂粉质粘土有效样本个数6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 3 3 6 6 5 5 5 5 3 3 3 3 最大值27.2 2.72 1.98 1.61 96.0 0.806 36.7 21.1 15.6 0.81 4.80E-05 4.70E-05 0.270 8.63 3.42E-033.36E-033.35E-033.98E-0341.0 18.5 45.0 23.8 最小值22.0 2.70 1.87 1.48 90.0 0.639 23.8 16.0 7.0 0.34 6.70E-06 1.30E-05 0.190 6.16 2.73E-032.86E-033.07E-032.65E-0316.0 15.2 25.0 19.6 平均值24.0 2.71 1.93 1.56 92.0 0.705 29.0 18.6 10.5 0.56 3.12E-05 2.77E-05 0.243 7.12 3.00E-033.13E-033.20E-033.08E-0327.3 17.3 38.3 21.8 变异系数0.098 0.003 0.024 0.042 0.027 0.106 0.165 0.104 0.295 0.395 /0.144 0.134 /标准值25.9 2.70 1.89 1.50 94.0 0.767 29.0 18.6 10.5 0.74 /0.272 6.33 /3含粘性土砾砂有效样本个数2 2 2 2 2 2 /1 1 2 2 /2 2 /最大值26.2 2.69 1.94 1.62 95.0 0.742 /9.20E-04 3.10E-04 0.180 10.18 /13.0 31.0 /最小值19.8 2.69 1.91 1.51 85.0 0.628 /9.20E-04 3.10E-04 0.160 9.68 /8.0 29.0 /平均值23.0 2.69 1.93 1.57 90.0 0.685 /9.20E-04 3.10E-04 0.170 9.93 /10.5 30.0 /变异系数/标准值/1粘土有效样本个数14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 9 5 14 14 14 14 14 14 10 10 4 4 最大值56.2 2.75 1.78 1.33 100.0 1.716 68.9 33.7 35.2 0.80 7.30E-06 4.30E-06 0.710 6.16 3.85E-034.62E-034.35E-033.71E-0345.0 17.2 48.0 23.8 最小值33.6 2.73 1.55 0.99 90.0 1.008 41.6 23.0 18.6 0.44 2.50E-06 3.10E-06 0.360 3.82 1.86E-031.77E-032.58E-031.77E-0334.0 9.7 38.0 22.5 平均值44.6 2.75 1.69 1.17 92.9 1.315 57.0 29.1 27.9 0.55 3.92E-06 3.62E-06 0.471 5.01 2.88E-033.17E-033.11E-032.79E-0338.9 13.7 42.5 23.1 变异系数0.172 0.002 0.037 0.086 0.038 0.158 0.140 0.108 0.173 0.199 0.399 /0.202 0.126 0.184 0.264 0.171 0.257 0.093 0.104 /标准值48.3 2.74 1.66 1.12 94.5 1.415 57.0 29.1 27.9 0.60 4.90E-06/0.517 4.71 2.63E-032.77E-032.86E-032.45E-0337.9 13.3 /全风化基岩有效样本个数7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 4 3 7 7 7 7 7 7 2 2 5 5 最大值57.6 2.75 1.66 1.16 98.0 1.671 60.6 30.5 30.1 0.97 2.90E-05 5.20E-05 0.880 3.72 4.77E-034.76E-034.54E-034.19E-0318.0 11.0 32.0 20.6 最小值43.6 2.74 1.57 1.01 90.0 1.323 47.8 25.8 22.0 0.73 3.70E-06 8.70E-06 0.630 3.04 2.01E-031.87E-031.96E-032.23E-0316.0 10.0 16.0 15.5 平均值50.9 2.75 1.62 1.08 92.6 1.510 55.2 28.3 26.9 0.84 1.87E-05 3.52E-05 0.751 3.36 3.19E-032.78E-032.90E-033.04E-0317.0 10.5 22.2 17.9 变异系数0.104 0.002 0.023 0.055 0.032 0.093 0.089 0.065 0.116 0.093 /0.108 0.083 0.273 0.343 0.272 0.212 /标准值54.8 2.74 1.59 1.03 94.8 1.615 55.2 28.3 26.9 0.90 /0.812 3.16 2.55E-032.07E-032.32E-032.57E-03/表4-4 土层颗粒分析统计表 土层代号土层名称统计类型颗粒分析（mm）20220.50.50.250.250.0750.0750.0050.005(%)(%)(%)(%)(%)(%)粉质粘土有效样本个数/7 7 最大值/77.70 27.20 最小值/72.80 22.30 平均值/75.29 24.71 变异系数/标准值/1淤泥质粉质粘土有效样本个数/2 2 最大值/76.60 31.50 最小值/68.50 23.40 平均值/72.55 27.45 变异系数/标准值/3含粘性土砾砂有效样本个数2 2 2 2 2 2 最大值30.10 11.70 16.00 26.00 33.80 15.20 最小值0.00 9.00 7.50 8.60 28.90 13.20 平均值15.05 10.35 11.75 17.30 31.35 14.20 变异系数/标准值/1粘土有效样本个数5 5 5 5 5 5 最大值20.70 1.70 3.20 9.00 69.00 34.00 最小值0.00 0.00 0.00 0.00 39.40 26.00 平均值4.14 0.34 0.64 1.80 62.10 30.98 变异系数/标准值/全风化基岩有效样本个数/1 1 最大值/66.00 34.00 最小值/66.00 34.00 平均值/66.00 34.00 变异系数/标准值/表4-5 土层物理力学指标建议值表土层代号土层名称含水量比重湿密度干密度饱和度孔隙比液限塑限塑指液指渗透系数压缩系数压缩模量固结系数快 剪固结快剪垂直水平50KPa100KPa200KPa400KPa凝聚力摩擦角凝聚力摩擦角(%)Gs()(g/cm3)d(g/cm3)Sr(%)e()L(%)P(%)Ip()IL()kv(cm/s)kH(cm/s)av(MPa-1)Es(MPa)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)Cv(cm2/s)c(kPa)(度)c(kPa)(度)粉质粘土27.12.711.881.4891.30.80234.220.114.10.476.75E-061.73E-050.3125.803.26E-033.19E-033.11E-032.81E-0338.812.836.720.91淤泥质粉质粘土44.72.721.691.1795.81.29340.522.617.91.141.81E-066.53E-060.9942.407.31E-046.78E-046.76E-048.58E-047.33.012.29.42含砂粉质粘土25.92.701.891.5094.00.76729.018.610.50.743.12E-052.77E-050.2726.333.00E-033.13E-033.20E-033.08E-0327.317.338.321.83含粘性土砾砂23.02.691.931.5790.00.685/9.20E-043.10E-040.1709.93/10.530.0/1粘土48.32.741.661.1294.51.41557.029.127.90.604.90E-063.62E-060.5934.522.63E-032.77E-032.86E-032.45E-0336.811.142.523.1全风化基岩54.82.741.591.0394.81.61555.228.326.90.901.87E-053.52E-050.8203.152.55E-032.07E-032.32E-032.57E-0317.010.522.217.94.3坝基工程地质条件根据资料及钻探成果，大坝坝基由冲洪积淤泥质粉质粘土、含砂粉质粘土、含粘性土砾砂和残坡积粘土以及含碎石粉质粘土以及下伏基岩砂岩组成。描述如下：1层第四系全新统冲洪积（al-plQ4）淤泥质粉质粘土：灰色、青灰色，流塑，中等压缩性高等压缩性。大坝建成后，该层与上部坝体接触段受上部荷载的作用，大部分排水固结较好，在接触段呈粉质粘土；与下伏含粘性土砾砂接触段由于含砾砂，透水性相对较好，局部排水固结好，呈粉质粘土。其主要物理力学指标如下：=31.7%52.5% =1.051.42；0.8701.559 =0.360MPa-11.180MPa-1；Es=2.05MPa5.19MPa；KH=2.0010-7cm/s1.7010-5cm/s，KV=1.9010-7cm/s5.1010-6cm/s，快剪：C快=5.0kPa15.0kPa 快=2.116.5；固快：C固=11.0kPa16.0kPa 固=9.019.8。2层第四系全新统冲洪积（al-plQ4）含砂粉质粘土：灰色、灰黄色，软塑可塑，中等压缩性。该层的砂含量变化较大，且局部夹有淤泥质粉质粘土。其主要物理力学指标如下：=22.0%27.2% =1.481.61；0.6390.806 =0.190MPa-10.270MPa-1；Es=6.16MPa8.63MPa；KH=1.3010-5cm/s4.7010-5cm/s，KV=6.7010-6cm/s4.8010-5cm/s，快剪：C快=16.0kPa41.0kPa 快=15.218.5；固快：C固=25.0kPa45.0kPa 固=19.623.83层第四系全新统冲洪积（al-plQ4）含粘性土砾砂：灰色、灰黄色，松散密实，湿。含泥较大，且局部含泥较为集中，整体密实度变化较大。其主要物理力学指标如下：=19.8%26.2% =1.511.62；0.6280.742 =0.160MPa-10.180MPa-1；Es=9.68MPa10.18MPa；KH=3.1010-4cm/s，KV=9.2010-4cm/s；快剪：C快=8.0kPa13.0kPa 快=29.031.0。1层第四系全新统残坡积（el-dlQ4）粘土：红褐色，可塑，局部软塑，中等压缩性，局部高等压缩性。局部含少量碎石。其主要物理力学指标如下：=33.6%56.2% =0.991.33；1.0081.716 =0.360MPa-10.710MPa-1；Es=3.82MPa6.16MPa；KH=3.1010-6cm/s4.3010-6cm/s，KV=2.5010-6cm/s7.3010-6cm/s，快剪：C快=34.0kPa45.0kPa 快=9.717.2；固快：C固=38.0kPa48.0kPa 固=22.523.8。2层第四系全新统残坡积（el-dlQ4）含碎石粉质粘土：红褐色，硬塑可塑，中等压缩性，碎石粒径一般为0.2cm1.0cm，最大2.0cm。局部碎石含量较大，呈碎石土。层白垩系下统七房村组上段（K1q2）砂岩：新鲜岩石呈紫红色，中厚层状构造，致密，为泥质胶结，较坚硬，此岩石易风化，整体风化程度较高。全风化基岩呈粘土状，红褐色，可塑软塑。强风化砂岩，红色、红褐色，岩芯破碎，呈短柱状或碎块状。本次勘探工作中仅在钻孔ZK14和钻孔ZK16揭露该层，揭露全风化层厚度为1.8m，未揭穿强风化层，揭露最大厚度为0.8m。全风化基岩主要物理力学指标如下：=43.6%57.6% =1.011.16；1.3231.671 =0.630MPa-10.880MPa-1；Es=3.04MPa3.72MPa；KH=8.7010-6cm/s5.2010-5cm/s，KV=3.7010-6cm/s2.9010-5cm/s，快剪：C快=16.0kPa18.0kPa 快=10.011.0；固快：C固=16.0kPa32.0kPa 固=15.520.6。4.4地质构造坝址区地质构造简单，两岸地表及钻孔中均未见断层通过。未见明显的节理发育。4.5水文地质条件坝体土为层粉质粘土，渗透系数6.7210-6cm/s1.0610-2cm/s，属微透水强透水；室内土工试验水平渗透系数KH=3.5010-6cm/s4.1010-5cm/s，属微透水弱透水，垂直渗透系数KV=3.7010-6cm/s8.3010-6cm/s，属微透水弱透水。坝基由覆盖层1淤泥质粉质粘土、2含砂粉质粘土、3含粘性土砾砂、1层粘土和2层含碎石粉质粘土以及下伏层砂岩组成，渗透性描述如下：（1）坝体土与坝基接触段一般渗透系数1.3210-4cm/s1.9210-3cm/s，属中等透水，局部渗透系数4.1510-6cm/s9.4310-5cm/s，属微透水弱透水。（2）坝基一般渗透系数1.7810-6cm/s4.2110-5cm/s，属微透水弱透水，局部渗透系数2.3010-4cm/s，属中等透水。1淤泥质粉质粘土室内土工试验水平渗透系数KH=2.0010-7cm/s1.7010-5cm/s，属微透水弱透水，垂直渗透系数KV=1.9010-7cm/s5.1010-6cm/s，属微透水。2含砂粉质粘土室内土工试验水平渗透系数KH=1.3010-5