大沟河水库勘察报告.docx
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大沟河水库勘察报告
1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
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
类——小
（1）型水库，大坝为低均质土坝。
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）；
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
m
116.2
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
2、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
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。
3 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坝体质量评价及存在问题
（1）坝体质量评价：
坝体为均质土坝，据钻孔土样野外鉴定及颗粒分析资料，坝体填土主要为低液限粘土，根据颗分结果粘粒含量在24~30%，从3个钻孔21个样品干密度干密度范围值为1.36-1.62g/cm3，平均值为1.54g/cm3；据9组饱和固结快剪试验统计结果，内摩擦角Φq范围值为17~7.8°，平均值为11.1°，标准值为8.9°，小值平均值是9.1°粘聚力范围值为51~30.6kpa，平均值为39.9kpa，标准值为35.3kpa，小值平均值是34.6kpa；根据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，大值平均值为4.85×10-6cm/s，属微透水体。
当库水位191.6m时，根据库水位及2、4、5号三个钻孔孔内稳定水位同期观测结果推算，坝体内的水力梯度（坡降）范围值约为1/3~1/7。
经多年运用证明,坝体稳定性及抗渗性能良好。
（2）存在问题
（a）据2009年2月21—24号现场观测，当库水位191.6m时在大坝右坝肩与坝体下游结合部位，标高184m以下出现多处渗水点，根据水库管理处记录，当库水位到达193.6m时，在大坝右坝肩与坝体下游结合部位，标高187.6m东边排水槽损坏处出现大量涌水现象，涌水量约为0.1-0.5L/s。
（b）根据勘察及调查资料看，大坝碾压质量（密实度）达不到质量标准要求，上游无护坡，下游无排水设施，纵横排水沟损坏严重.
3.2泄洪闸、洞址区工程地质条件评价
泄洪闸坐落于右坝头东南约88m处水库边沿上，泄洪洞进水口坐落于右坝头东南约90m处水库边沿地表以下4~8m处，出水口在进水口东约210m沟底处（详见大沟河水库坝址区地形及勘探点布置图）。
根据现场观察和调查，泄洪闸、洞基础坐落在第四系更新统（Q2）的地层中，岩性为黄土状黄土，其成份：
按塑性指数分类为粘土、壤土，坚硬~硬塑状，根据坝区勘探资料，该层土各项物理、力学及水理指标均能满足要求。
但是该层上部（洞顶以上）含水量极低，易产生崩塌。
3.3引水洞程地质条件评价
引水洞进水口坐落于左坝头西南约75m处水库边沿地表以下5~13m处，出水口在左坝头北约80m沟底处（详见大沟河水库坝址区地形及勘探点布置图），出水口顶部高程约为181m。
根据现场观察和调查，引水洞坐落在第四系更新统（Q2）的地层中，岩性为黄土状黄土，其成份：
按塑性指数分类为粘土、壤土，坚硬~硬塑状，根据坝区勘探资料，该层土各项物理、力学及水理指标均能满足要求。
但是该层上部（洞顶以上）含水量极低，易产生崩塌。
4结论和建议
（1）坝基土层岩性较简单，为第三系（N）半固结粘土（泥）岩，强度较高、极微透水，工程地质条件良好，坝基地层的强度可以满足大坝的要求，经水库多年运行证明，坝基稳定性良好。
（2）坝肩处土层岩性较简单，主要为第四系更新统黄土状粘土层，强度相对较高，透水相对较强（属弱透水--中带），工程地质条件良好，水文地质条件稍差，坝肩地层的强度可以满足大坝的要求，该土层稳定性良好，但在右坝肩与坝体结合部位渗漏严重，并存在绕渗问题。
（3）坝体填筑质量稍差，不均匀，但已达中等密实状态，填料成份主要为低液限粘土（重粉质壤土），粘粒含量在24~30%之间，坝体填土透水性较弱，属微透水，上游坝坡无防护，下游坝坡无排水设施，坝脚处有可能产生渗透变形。
根据击实试验资料，坝体填土最大干密度1.69g/cm3，按压实度96%设计，坝体填土设计干密度应不小于1.63g/cm3。
而从坝体中所取的21个样品干密度范围值为1.36-1.62g/cm3，平均值为1.54g/cm3，不合格率为100%。
（4）泄洪洞进出水口破坏严重，且洞内淤积严重，洞身及泄洪闸严重老化，并且闸前淤积严重。
（5）引水洞进出水口及洞体基本完好，未发现不良地质现象。
洞常不能移___________________________________________________________________________________________________________________________
（6）库区周边库岸较高不存在淹没问题，但库岸近于垂直，并且为黄土状粘性土，存在浸没崩塌的库岸稳定问题；库区淤积严重。
（7）库区地震动峰值加速度值为0.10g，地震基本烈度为
度。
本场地不存在地震液化问题。
（8）对大坝体、坝基及坝肩进行安全稳定验算所需的物理、力学及水理指标计算参数可按“大坝、地基物理、水理、力学指标验算计算参数建议值表”表4.2-1使用。
（9）建议要进一步观测、调查大坝右坝肩与坝体下游结合部位，（标高187.6m）东边排水槽损坏处出的漏水量及其产生原因。
大坝、地基物理、水理、力学指标验算计算参数建议值表
表4.2-1
位
置
岩土编号
岩土名称
孔隙比
e
天然含水量
（%）
天然重度r
（kN/m3）
干密度
Ρd
（g/cm3）
密度
G
内摩擦角
Φq
（度）
粘聚力
Cq
（KPa）
压缩系数a1-2
（MPa-1）
压缩模量Es
（MPa）
渗透系数k
（cm/s）
地基承载力允许值f
（KPa）
坝
体
1
人工填土
0.852
25.9
19.2
1.51
2.74
8.9
35.3
0.24
7.4
6.12E-6
坝
肩
2
低液限粘土
0.791
26.5
19.5
1.53
2.73
18.5
41
0.276
6.6
3.98E-5
200
坝
基
3
粘土（泥）岩
0.651
23.3
20.3
1.65
2.72
21
33.8
0.219
7.60
7.9E-7
300
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