湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察报告.docx
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湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察报告
湖北省黄梅县同盟水库除险加固
工程地质勘察报告
中国地质大学（武汉）
二0一一年五月
项目名称：
湖北省黄梅县同盟水库除险加固工程地质勘察
委托单位：
勘察单位：
勘察资质：
审查：
校核：
报告编写：
制图：
附表：
土工试验成果表
附图：
1、同盟水库坝址工程地质平面图（比例尺1:
1000）
2、同盟水库大坝工程地质纵剖面图（1—1'）（水平1:
400，垂直：
1:
400）
3、同盟水库大坝工程地质横剖面图（2—2'）（水平1:
200，垂直：
1:
400）
4、ZK1、ZK2、ZK3、ZK4钻孔柱状图
1、前言
1.1、工程概况
同盟水库位于苦竹乡牛牧村一组，坝址拦截华阳河的支流小溪河。
是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益利用的小
（二）型水库。
同盟水库于1964年10月动工兴建，1965年5月竣工投入运行，该库设计灌溉面积420亩，实际灌溉面积860亩。
下游保护范围为苦竹乡两个村，农田860亩，人口1010余人，为苦竹乡的建设、经济发展和农业增产增效起到重要的作用。
水库承雨面积1.9km2（未复核前），坝址以上主河道长1.73km，主河道平均坡降130.1‰。
同盟水库原设计洪水标准为：
20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
原设计总库容19.86万m3，其中兴利库容9.30万m3，调洪库容9.66万m3，死库容0.90万m3。
同盟水库所处地区属长江中下游流域，属亚热带季风区，气候温和，雨量丰沛。
流域多年平均气温16.8OC，无霜期260天；参照附近老祖寺雨量站48年系列资料统计，多年平均年降水量1706mm，多年平均径流深824mm，多年平均径流量156.6万m3，多年平均4～9月份降水量占全年的70%，最大24小时降水量515.1mm（1975年8月13日），最大年降水量2733.6mm（1975年），最小年降水量为1054mm（2001年）。
同盟水库枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵等建筑物组成。
大坝为粘土心墙代料坝，全长88米，坝顶高程10.3m（相对高程，下同），坝顶宽3.5米，最大坝高10.3米，大坝上游坡比为1：
2.27，无护坡，下游坡比为1：
2.29，为草皮护坡。
溢洪道为开敞式，布置在大坝的西侧和山岗之间，堰型为开敞式宽顶堰，堰顶高程7.4m，底宽7.8m，无消能设施。
灌溉输水涵位于大坝右岸，为浆砌块石方形涵管，过水断面0.8×1.0m，壁厚0.4米，管长44.0米。
设计最大输水量0.47m3/s。
进口底部高程2.6m，进口设有斜拉式活塞1×φ0.35m，闸门一台，配一台螺杆式启闭机，手动操作。
根据国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，同盟水库为小
（二）型水库，其工程等级为Ⅴ等，主要建筑物为5级。
1.2、水库运行过程中出现的问题
该水库枢纽工程在兴建中仓促上马，工作精度不够，没有进行一定深度的地质勘探工作，水库已运行40余年，自大坝蓄水至今，常有病险发生，存在以下重大险情隐患：
1.输水管由于修建时防渗工作不到位，致使该处长期漏水；
2.大坝坝体偏薄；
3.过坝渠为浆砌石结构，漏水严重；
4.溢洪道未作任何衬砌，消力池未建，泄槽及尾水渠段冲刷较严重。
1.3、完成的主要工作量
为客观、真实地反映本工程的工程质量情况，勘查工作从2011年4月27日开始，2011年4月30日结束，共投入钻进1台套，工作人员四名。
勘察工作以工程钻探、原位试验和取样进行室内试验为手段，以了解坝体及坝基岩土体物理力学性质及透水性为重点，对大坝共完成钻孔4个，形成沿大坝纵轴线及横轴线的地质纵剖面各一条，勘探点布置见工程地质平面图，完成的主要工作量见表1-1。
表1-1勘察完成的主要工作量
工作项目
单位
工作量
勘探
大坝钻探
米/孔
68.8/4
取样
土样
块
6
岩样
块
7
注水试验
段
7
压水试验
段
6
水位观测
次/孔
8/4
室内
试验
土体物理力学试验
组
6
渗透试验
组
6
击实试验
组
6
相对密度
组
6
1.4、勘察依据
本阶段勘察，主要依据为：
（1）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）
（2）《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55—2005）
（3）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251—2000）
（4）《水利水电工程钻探规程》（SL291—2003）
（5）《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31—2003）
（6）《水利水电工程注水试验规程》（SL345—2007）
（7）《湖北省小
（2）型病险水库除险加固项目前期工作指导意见》
2、区域地质概况
2.1地形地貌
工程区位于鄂、豫、皖交界的黄冈地区，总体呈构造侵蚀的低山丘陵地貌特征。
地势以东部的大别山最高（主峰-天堂寨高程1729m），北部以九峰尖（高程1352m）为转折，和近东西向的桐柏山余脉共同组成长江、淮河分水岭，向南向北降低；相对高差在数百米至数十米之间，沿河谷区有小规模的山前平原或山间盆地，及河流阶地断续分布。
区内滠水、倒水、举水、巴河、白莲河（浠水）等河流自西向东展布，向南注入长江或汉江，高程低于50m。
2.2地层岩性
区内出露的主要地层，由老到新分述如下：
1.前震旦系上红安群（Pt2hn）
磨盘寨组（Pt2m）：
岩性主要为石英片岩。
塔耳岗组（Pt2t）：
岩性主要为绢云石英片岩。
2.三叠系中、下统（T1+2）
观音山组（T1g）：
岩性主要为白云岩、白云质灰岩和灰岩。
蒲圻组（T2p）：
岩性主要为砂质泥岩、粉砂岩等。
3.侏罗系上统（J3m）
马架山组（J3m）：
岩性上部为流纹岩、中部为安山岩、下部为碎屑砂岩。
4.下第三系-白垩系（K2-E）
东湖群（K2-E）dn：
岩性主要砾岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及砂质泥岩。
5.第四系（Q）
（1）第四系残坡积层（Q4el+dl）：
岩性主要为含碎石粘土。
（2）第四系冲洪积层（Q4al+pl）：
岩性主要为砂、砾石及砂质粘土。
（3）第四系冲积层（Q4al）：
岩性主要为砂、砾石及砂质粘土。
6.侵入岩
在区域内零星分布有吕梁期（
）及燕山期（
）的侵入岩，吕梁期侵入岩岩性主要为辉长岩及辉绿岩；燕山期侵入岩岩性为花岗岩。
2.3地质构造和地震
（1）地质构造
本区在大地构造上处于秦岭地槽区和扬子准地台区的接触部位，属西南地台之大巴大洪台褶带的南河断褶束，区域构造线呈北西向，表现为紧闭同斜褶皱，倾向北东55°，倾角一般为30°左右。
区域处于扬子准地台的Ⅱ级构造单元下扬子台坪黄梅台褶束（图2-1）。
区域构造线受黄梅断裂的控制，呈北东向，在黄梅断裂的影响下，次级断裂十分发育，次级断裂主要表现为逆断层，断层面倾向北东，倾角一般为30°~60°。
基岩断裂分布在工程区以北，黄梅县城以南，其构造线方向为NE向。
褶皱束被中、新生代陆相盆地所覆盖，之下为古生界和中生界地层。
北部为前震旦纪变质岩和燕山期酸性侵入岩。
进入晚三迭系，在先前构造格局的基础上，经过漫长时间侵蚀和地壳下降，接受了内陆盆地的沉积，即第三系浦口层，不整合于燕山期以前地层之上。
喜山运动隆起，其构造方向亦为NEE向。
中更新统以后至今该区为沉降阶段，沉积了较厚的第四系松散地层，不整合于先前地层之上。
（2）地震
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）。
境内地震动峰值加速度为0.05g（图2-2），地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为VI度。
图2-1工程区区构造纲要图
图2-2中国地震动参数区划图（比例尺：
1:
400万）
2.4水文地质条件
本区有基岩裂隙水外、第四系松散堆积物中的地下水。
区内地下水可分为：
（1）孔隙潜水：
区内主要分布此类水。
储存于全新统上部粉细砂、砂壤土或壤土中。
含水层厚度各处不一，一般为2~5.1m。
由于含水岩组岩性及其组合在空间变化大，其富水性各处不一。
受大气降水补给，由于区内沟塘纵横，潜水和地表水体的水力联系较强。
地下水埋深随季节而异，旱季一般较深，雨季水位稍高。
（2）孔隙承压水：
全新统上部有粘性土（间夹薄层粉细砂和砂壤土），构成承压水的隔水顶板，下部为砂层和砂砾石层形成统一的含水层，含水量丰富。
（3）基岩裂隙水：
主要赋存于岩石裂隙中，富水性极不均匀。
裂隙发育，贯穿性好的地区裂隙水富集。
裂隙水接受大气降水及孔隙潜水补给，向低洼处排泄。
裂隙水受地形地貌及构造影响，一般水位埋深5~20m。
据区域水文地质资料及水质分析成果，地下水的水化学类型主要为HCO3-Ca-Mg型和HCO3-Ca-K+Na型。
对混凝土无腐蚀性。
3、库区工程地质条件及评价
水库库区范围属构造剥蚀的低山丘陵区，总的地势北高南低，库区出露的地层主要为第四系的残坡积（Q4dl+el），厚0~5m。
第四系松散堆积物岩性较复杂，两岸山坡主要分布残坡积成因的粘性土夹碎石。
库区地下水根据含水层的性质可将其分为裂隙水和孔隙水。
裂隙水：
赋存于基岩裂隙中，接受大气降水及上覆第四系松散堆积物中地下水的补给。
富水性主要受裂隙发育程度所控制，一般透水性弱，含水量贫乏，分布极不均匀。
裂隙水多以泉水的形式向河谷排泄，流量很小。
孔隙水：
主要赋存于第四系地层中，孔隙水和库水联系密切，含水较丰富。
水库库岸山坡较缓，而且库岸主要为花岗岩和含碎石土构成，库区未发现大的断层和滑坡，库岸总体稳定，发生大规模滑坡及泥石流的可能性很小。
根据库区地质调查，库区岸坡基本稳定。
水库库盆主要由透水性较小的花岗岩构成，且库岸地带分水岭平缓宽厚，邻谷切割深度小，山体的水经地表径流和地下浅层裂隙均排泄于库内，水库蓄水以来，未发现向邻谷渗漏，因此水库不存在库盆渗漏问题。
库区内岩石较易风化，第四系残坡积层分布广泛，厚度一般在0~5m，固体径流存在，但是由于库岸地势较为平缓且库岸地带森林覆盖率较高，因此水土流失并不严重，所以水库淤积问题不严重。
4、坝区工程地质条件及评价
4.1地形地貌
同盟水库大坝位于黄梅县北部，属构造剥蚀的低山丘陵区，坝区山顶相对高差一般为10m左右，两岸山坡坡度一般为20°~40°，左岸基岩出露，右岸第四系覆盖层厚0~1m，两岸坡基本稳定。
4.2地层岩性和地质构造
坝址区无大的断层，坝址区地层主要为燕山期（
）的侵入岩和第四系地层，现将各地层岩性描述如下：
燕山期侵入岩
燕山期侵入岩岩性为花岗岩。
第四系（Q）
冲积层（Q4al）：
岩性主要为砂砾石及砂质粘土，分布于大坝下游沟谷。
人工堆积土（Q4s）：
壤土夹砂土和碎块石等，主要分布于大坝填筑体。
冲洪积层（Q4al＋pl）：
岩性为粘性土、砂砾石，主要分布于大坝坝基。
残坡积层（Q4dl+el）：
岩性主要为黄褐色含碎石粘性土，主要分布于大坝上、下游坡地上。
4.3水文地质条件
坝址区地下水的主要类型有第四系孔隙水和基岩裂隙水。
孔隙水：
赋存于第四系松散堆积物中，其岩性为粘性土、砂卵石等。
孔隙水由大气降水及基岩地下水补给，以孔隙泉水出露，流量一般小于0.05L/s。
基岩裂隙水：
坝区基岩裂隙较发育，其性质主要为风化裂隙。
裂隙水主要赋存于风化裂隙中，一般在地势低洼处以泉水的形式排泄于地表。
水库地表水、地下水对混凝土和水泥不具侵蚀性。
4.4岩体风化
坝址区基岩为燕山期花岗岩，本次钻探三个钻孔都钻进至中风化层。
地表露头揭示，强风化带一般呈碎裂状构造，裂隙张开，充填泥质、碎屑，锤击即碎、声闷；中风化带块状结构，岩体完整，裂隙一般闭合无充填或附钙膜。
强风化基岩广泛出露于坝址区浅表层。
坝址钻孔均揭示有强风化层；左坝肩揭露深度位于12.8米至13.6米，厚度为0.8米；坝基揭露深度位于12.3至13.7米，厚度为1.4米；右坝肩揭露深度位于7.3至8.2米，厚度为0.9米；钻孔揭示强风化带岩芯极不完整，呈碎块，强度低，钻进中一般漏水，干钻困难、给水钻容易；中风化带一般返水，岩芯完整性好、呈短柱状，岩石强度高，钻进困难。
5、坝体工程特征及其质量评价
5.1坝体心墙工程特性
水库拦河坝为粘土心墙组合坝，大坝填筑料按其功能可分为心墙填筑料和坝壳填筑料。
（1）心墙物质组成及分布特性
大坝轴线布置的三个钻孔ZK1、ZK2、ZK3勘探结果显示，大坝心墙填筑材料主要成分为粉质壤土，偶夹直径1cm左右碎石，压密程度较好。
为了分析心墙的物质组成，本次在不同深度上取样剔除杂质，作了颗粒分析试验，结果如表5-1所示。
表5-1心墙料颗粒分析成果统计表
统
计
项
目
砂粒
粉粒
粘粒
粒径（mm）
0.25～0.075
0.075～0.005
<0.005
%
%
%
统计数
3
3
3
最大值
19.8
67.5
22.3
最小值
13.3
57.9
18.8
平均值
16.0
63.9
20.1
心墙填筑土粒径范围在0.25~0.075mm的平均含量为16.0%；粒径范围在0.075~0.005mm的平均含量为63.9%；粒径小于0.005mm的平均含量为20.1%。
（2）心墙物质物理力学性质
本次地质勘察对大坝心墙不同部位填土采取了3个原状土样，室内进行了土样的物理力学性质试验及渗透、颗分和击实试验，抗剪试验采用饱和固结快剪法。
心墙物理力学试验统计成果见表5-2，各主要指标平均值如下：
含水率17.6%，湿密度2.05g/cm3，干密度1.75g/cm3，孔隙比0.560，塑性指数13.6，液性指数-0.10，压缩系数0.10Mpa-1，压缩模量15.90MPa，固结快剪凝聚力22.6kPa，内摩擦角19.0°。
表5-2心墙料物理力学性质指标统计成果表
统
计
项
目
天然物理性指标
土
粒
比
重
液
限
塑
限
塑
性
指
数
液
性
指
数
土的力学性质
渗
透
系
数
含
水
率
密度
孔
隙
比
饱
和
度
压缩系数
压缩模量
凝聚力
内摩擦角
湿
干
W
ρ
ρd
e
Sr
GS
WL
（17mm）
WP
IP
Ip
（17mm）
av
Es
Ccq
φcq
K
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
Mpa-1
Mpa
Kpa
（°）
cm/s
统计数
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
最大值
19.8
2.15
1.88
0.617
87.9
2.72
34.1
20.3
13.8
0.0
0.12
18.11
23.5
19.7
4.2E-04
最小值
14.5
1.99
1.68
0.449
81.6
2.71
31.4
18.2
13.2
-0.3
0.08
13.44
21.7
18.3
1.2E-04
平均值
17.6
2.05
1.75
0.560
85.6
2.72
32.6
19.0
13.6
-0.1
0.10
15.90
22.6
19.0
2.7E-04
（3）心墙渗透特性
本次地质勘察不仅取了心墙原状样进行了室内渗透试验，而且在现场作了部分钻孔注水试验。
钻孔注水试验自上而下分段进行，试段上部采用套管隔离止水，试验方法采用定水头法，渗漏量量测采用量杯或流量表，试验成果较为可信。
室内试验统计成果见表5-2，心墙渗透系数为4.2×10-4～1.2×10-4cm/s，平均值为2.7×10-4cm/s。
渗透试验共作3组，全部具中等透水性（K≥10-4cm/s），室内试验成果表明心墙基本具中等透水性。
心墙钻孔注水试验成果见表5-3。
注水试验渗透系数为9.30×10-4～6.10×10-4cm/s，平均值为8.34×10-4cm/s。
注水试验共作5段，5段均具中等透水性。
钻孔注水试验是一种综合性渗透试验，能反映土体的空间结构，和室内土样渗透试验相结合，基本上能反映心墙总体渗透性及透水规律，而室内试验成果较实际偏小，所以大坝渗流计算时所采用的渗透指标建议以注水试验成果作为依据，并参照室内试验成果进行综合取值。
表5-3心墙钻孔注水试验成果表
孔号
试段深度（m）
试段长度（m）
渗透系数（cm/s）
渗透性分级
ZK1
2.70-7.50
4.80
8.40×10-4
中等透水
7.50-12.30
4.80
7.30×10-4
中等透水
ZK2
2.70-6.10
3.40
8.70×10-4
中等透水
6.10-8.30
3.20
6.80×10-4
中等透水
ZK3
3.30-6.80
2.20
8.00×10-4
中等透水
按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2005）附录M进行判别，心墙其渗透变形破坏为流土型，其临界水力比降Jcr=（GS-1）（1-n）=0.76，取安全系数1.5，并考虑粘性土凝聚力的影响，建议J允=0.60。
大坝渗流稳定计算的心墙有关物理力学指标及渗透指标建议取值见表9-1。
5.2坝壳料工程特性
（1）坝壳填料物质组成及分布特征
从现场调查、钻孔鉴定及室内颗粒组成分析,坝壳料主要为含细粒土砂，棕黄色，以细粒为主，含少量碎石，可见植物根系，碎石直径1cm左右。
ZK4钻孔揭露上部由碎石土填筑而成，下部由褐黄色冲积成因土填筑而成，填土来源于库区坡脚及沟谷低洼地带。
含细粒土砂室内颗粒分析试验统计成果：
砾含量为3.1%，砂粒含量为90.2%，粉粒含量为2.8%，粘粒含量为3.9%。
细粒含量占6.7%，细粒含量较低。
坝壳料室内颗粒分析试验统计成果见表5-4，砾含量平均值为16.8%，砂粒含量平均值为70.7%，粉粒含量平均值为8.7%，粘粒含量平均值为5.7%。
细粒含量占14.4%。
表5-4坝壳料颗粒分析成果统计表
统
计
项
目
粒径（mm）
>2
2~1
1~0.5
0.5~0.25
0.25~0.075
0.075~0.005
<0.005
%
%
%
%
%
%
%
统计数
2
2
2
2
2
2
2
最大值
17.2
21.4
24.7
13.5
11.7
8.7
6.7
最小值
16.3
20.8
23.7
11.2
10.7
8.7
4.7
平均值
16.8
21.1
24.2
12.35
11.2
8.7
5.7
（2）坝壳填料物理力学性质
坝壳料含细粒土砂室内试验物理力学指标统计成果见表5-5。
各主要指标值如下：
含水率19.6%，湿密度1.94g/cm3，干密度1.59g/cm3，孔隙比0.664。
固结快剪凝聚力11.2kPa，内摩擦角27.7°，相对密度0.45，属中等密实。
表5-5坝壳料物理力学性质指标成果表
统
计
项
目
天然物理性指标
土
粒
比
重
液
限
塑
限
塑
性
指
数
液
性
指
数
土的力学性质
渗透性系数
含
水
率
密度
孔
隙
比
饱
和
度
压缩系数
压缩模量
凝聚力
内摩擦角
湿
干
w
ρ
ρd
e
Sr
GS
WL
（17mm）
WP
IP
Ip
（17mm）
av
Es
Ccq
φcq
K
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
MPa-1
MPa
kPa
（°）
cm/s
统计数
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
最大值
21.6
1.94
1.65
0.676
93.2
2.72
35.6
23.1
13.9
0.28
0.24
12.68
3.3
26
4.1E-3
最小值
17.6
1.93
1.52
0.651
73.6
2.68
33.4
19.5
12.5
-0.14
0.13
7.38
2.8
24
3.5E-3
平均值
19.6
1.94
1.59
0.664
83.4
2.70
34.5
21.3
13.2
0.07
0.19
10.03
3.1
25
3.8E-3
（3）坝壳代料渗透特性
左坝侧常年渗水，渗水点以下有积水。
可见坝壳料上部透水性较强，下部透水性相对较弱。
坝壳料含细粒土砂室内试验渗透系数为3.8×10-3cm/s，具中等透水性。
按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2005）附录M进行判别，坝壳料含细粒土砂渗透变形破坏为过渡型，其临界水力比降用下式计算：
计算结果为0.11，取安全系数为1.5，并根据工程类比，建议J允=0.15。
大坝渗流稳定计算的坝壳有关物理力学指标建议取值见表9-1。
5.3坝体填筑质量评价
心墙填筑材料渗透系数约为1.0×10－4cm/s，不满足心墙坝对渗透系数的要求。
由于大坝填筑质量差，造成坡面变形，局部沉陷严重，建议进行平整。
坝体心墙填筑土料以粉质壤土为主，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99），其渗透变形的型式为流土，流土的临界水力坡度用下式计算：
坝体心墙填筑土料的临界水力坡降为0.76，取安全系数为1.5，其允许水力坡降：
0.51，代料（无出溢保护）允许水力坡降：
0.15。
6、坝基坝肩岩体工程特征及其质量评价
6.1坝基及坝肩岩体工程地质特征及透水性
（1）坝基及坝肩岩体风化特征及结构特征
钻孔揭示坝基没有第四系覆盖层，基岩为燕山期花岗岩，钻孔钻至中风化带。
岩芯显示坝基坝肩下有厚度1m左右的强风化带，岩体强度较低，完整性差，容易引起渗漏。
坝基（肩）钻孔揭露岩体风化厚度见表6-1。
坝基（肩）钻孔揭露有强风化岩体，对应左坝肩ZK1强风化岩体厚度为0.8m，弱风化岩体厚度为6.7m；对应河床段ZK2全强风化岩体厚度为1.4m，弱风化岩体厚度为6.1m；对应右坝肩ZK3强风化岩体厚度为0.9m，弱风化岩体厚度为8.0m。
表6-1坝基（肩）钻孔揭露岩体风化厚度特征表
钻孔
编号
孔口
标高
强风化
弱风化
高程（m）
厚度（m）
高程（m）
厚度（m）
ZK1
10.48
-3.12
0.80
-9.82
6.70
ZK2
10.24
-3.46
1.40
-9.56
6.10
ZK3
10.90
2.70
0.90
-5.30
8.00
（2）坝基及坝肩岩体的透水性
本次地质勘察对基岩采用压水试验确定岩体的渗透性。
基岩压水试验成果见表6-2。
基岩压水试验成果表明，左坝肩强～弱风化岩体透水率为18.0Lu，具中等透水性；河床段弱风化岩体透水率为8.0Lu，具弱透水性；右坝肩强～弱风化岩体透水率为13.0Lu，具中等透水性，弱风化岩体透水率为7.0Lu，具弱透水性，。
综上所述：
①大坝坝基强～弱风化岩体具中等透水性，坝基存在渗漏问题，需防渗处理。
②两坝肩强～弱风化岩体具中等透水性，两坝肩存在绕坝渗漏问题，两坝肩需防渗处理。
坝肩及坝基弱风化岩体具弱透水
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