紅山水庫安全鑒定工程地質勘察報告.doc

紅山水庫安全鑒定工程地質勘察報告1 緒 言紅山水庫位于寧波市東約34km的北侖區(qū)春曉鎮(zhèn)龍頭岙山澗溪流上，壩址有沿海南線及簡易公路相連接，交通較便利。紅山水庫于1970年8月動工，至1982年上半年竣工蓄水。水庫大壩為粘土心墻砂殼壩，壩長215m，壩高26.0m（本次勘探揭露最大壩高為33.20m），壩頂高程約48.7m（1985國家高程基準，下同），庫區(qū)集雨面積2.8km2，正常庫容為122.0萬m3，總庫容為160.1萬m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、發(fā)電等綜合利用的?。?）型水庫。紅山水庫建庫前沒有做過地質勘察工作，建庫后已運行20余年。根據(jù)水利部有關文件精神，北侖區(qū)水利局決定對該水庫進行大壩安全鑒定。受北侖區(qū)水利局委托，由寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院和浙江省水利水電勘測設計院地勘巖土工程總公司共同承擔本水庫安全鑒定階段的工程地質勘察任務。按大壩安全鑒定的相關規(guī)程規(guī)范要求，本次勘察工作共布置9只鉆孔：壩頂布置6只鉆孔（其中1只植物膠取樣孔），迎水坡布置1只鉆孔，背水坡布置2只鉆孔?，F(xiàn)場勘察手段以鉆探和水文地質試驗為主，結合工程地質測繪，本階段勘察工作的主要目的有：（1）查明壩基覆蓋層、壩肩的工程地質條件和水文地質條件；（2）對壩體心墻土質量及心墻與下伏基巖、砂礫石層接觸段進行水文地質評價；（3）對左壩頭溢洪道進口東側的滑坡體進行工程地質測繪，提出工程治理建議。 本次工程地質勘察工作主要依據(jù)水利水電工程地質勘察規(guī)范（GB50287-99）、中小型水利水電工程地質勘察規(guī)范（SL55-2005）、水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程（SL30-2003）、土工試驗規(guī)程（SL237-1999）、土工試驗方法標準（GB/T50123-1999）、碾壓式土石壩設計規(guī)范（SL274-2001）進行?？辈焱鈽I(yè)自2005年7月5日開始，8月29日結束。完成的勘察工作量見表1。表1 勘察工作量一覽表項 目單位工作量壩址區(qū)工程地質測繪（1：1000）km20.10鉆探1.常規(guī)鉆孔m/孔354.75/8411.75/92.植物膠取樣孔m/孔57.0/1現(xiàn)場試驗1.注水試驗段次732.壓水試驗段次53.重型圓錐動力觸探試驗次17室內試驗1.原狀土樣常規(guī)試驗個552.原狀土樣分散度試驗個123.砂礫石顆分個34.水質分析個12 區(qū)域地質及庫區(qū)工程地質條件2.1 地形地貌庫區(qū)屬浙東低山丘陵區(qū)，山勢北高南低，區(qū)內植被茂盛，山澗溝谷深切，群山環(huán)抱，以構造侵蝕地貌為主，壩址南面緊臨象山港。2.2 地層巖性庫區(qū)出露的基巖為單一的侏羅系上統(tǒng)西山頭組（J3x）熔結凝灰?guī)r，新鮮巖石呈青灰色，塊狀結構。第四系覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積（al-plQ4）砂礫卵石層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積（al-plQ3）含泥砂礫卵石層，壩址處總厚度大于25m，分布于溪流河谷；第四系全新統(tǒng)殘坡積（el-dlQ4）、崩坡積（col-dlQ4）粉質粘土夾碎石，主要分布于山坡坡麓及坡腳。2.3 地質構造與地震工程區(qū)位于華南褶皺系（2）浙東南褶皺帶（3）中麗水-寧波隆起（7）的新昌定海斷隆帶（9）的北段，區(qū)內構造以斷裂為主，褶皺不發(fā)育，地質構造較為簡單，以北東向、北北東向壓性、壓扭性斷裂為主。本區(qū)區(qū)域構造穩(wěn)定，根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2001)，工程區(qū)設防水準為50年超越概率10%的地震動參數(shù)：地震動峰值加速度為0.05g（相應地震基本烈度值為度），地震動反應譜特征周期為0.35s（按1區(qū)中硬場地考慮），設計地震分組為第一組。2.4 水文地質條件本區(qū)屬亞熱帶季風氣候，氣候溫暖，雨量充沛。地下水主要受大氣降水補給，向河流排泄。地下水類型有第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水。局部（含泥）砂礫卵石層可能分布有孔隙性承壓水，但水頭很小，本次勘探期間壩址區(qū)鉆孔中未見承壓水。孔隙潛水地下水位埋深淺，水位受季節(jié)變化，透水性大，水量相對豐富?；鶐r裂隙水富水性主要受巖石的風化程度和地質構造控制，水量貧乏。2.5 水庫區(qū)工程地質條件2.5.1 水庫滲漏水庫庫周群山環(huán)抱，分水嶺寬厚，組成庫周的巖石為抗?jié)B性良好的火山碎屑巖，庫周未見滲透性良好的區(qū)域性斷層通過，故水庫滲漏問題不存在。2.5.2 庫岸穩(wěn)定水庫已運行20余年，庫周除左壩頭溢洪道進口東北側山體存在滑坡體外，水庫其余庫周巖土體完整性較好，自然邊坡整體穩(wěn)定性尚好，未發(fā)生大范圍的庫岸再造問題。3 壩址區(qū)工程地質條件3.1 壩體填筑料及物理力學指標水庫大壩為心墻砂殼壩，壩體填筑材料由心墻防滲體、壩殼、護坡塊石等組成。壩體填筑材料（rQ）分別描述如下：1：碎石土，由碎石及少量粉質粘土組成，厚度0.650.9m，分布于壩頂表面。2：干砌護坡塊石，以塊石為主，底部有少量碎石，厚度0.50.6m，分布于迎水坡、背水坡表面。1（心墻防滲體）：主要為含礫粉質粘土，局部為粉質粘土、礫砂，灰黃、棕黃色為主，粉質粘土呈可塑硬塑狀。心墻土局部夾風化碎石，碎石粒徑一般0.55cm，大者大于10cm。壩頂處心墻最厚達32.55m。心墻土主要物理力學指標如下：粘粒含量10.9%43.4%、平均值29.15%，=20.137.0%，d=1.361.69g/cm3，e=0.6151.011，av=0.1440.432MPa-1，Es=4.2111.35MPa，Kh=4.2210-72.7710-4 cm/s（室內試驗，下同），Kv=5.7710-81.5010-4cm/s，C快=7.931.6kPa，快=14.825.7，C固=18.643.5kPa，固=19.127.5ZK2、ZK3孔各取1組心墻土樣進行擊實試驗，最大干密度dmax=1.63g/cm31.67g/cm3，平均1.65g/cm3；最優(yōu)含水量op=20.0%21.5%，平均20.7%。本次勘察共取了12組心墻土樣進行分散度試驗，分散度為08.3%，均為非分散性土。分散度試驗結果見表2。表2 心墻土分散度試驗成果匯總表土樣編號鉆孔位置孔口高程（m）取樣深度（m）分散度D（%）類 別ZK1-2壩軸線樁號0+020m48.804.45-4.704.0 非分散性土ZK1-49.85-10.100.0 ZK1-617.45-17.701.5 ZK2-2壩軸線樁號0+072m48.656.00-6.251.8 ZK2-412.00-12.252.6 ZK2-618.20-18.450.0 ZK2-824.25-24.501.6 ZK2-1030.40-30.658.3 ZK3-5壩軸線樁號0+107m48.6016.20-16.450.0 ZK3-826.25-26.500.3 ZK4-3壩軸線樁號0+140m48.6010.25-10.500.0 ZK4-722.70-22.950.4 2、3（壩殼）：壩殼填筑料可分為2層砂礫土和3層堆石兩個亞層。2層砂礫土由殘坡積、全風化層填筑而成，主要由粘土質礫砂及少量粉質粘土組成，局部偶夾碎塊石。2層砂礫土主要物理力學指標如下：=20.028.9%，d=1.491.69g/cm3，e=0.5990.833，av=0.1440.249MPa-1，Es=6.8611.16MPa，C固=29.5kPa，固=27.73層堆石主要由碎石組成，含少量塊石，碎石粒徑一般510cm，大者大于15cm。該層主要分布在迎水坡及背水坡一級馬道以下壩體上部。背水坡ZK7、ZK8鉆孔揭露該層。1層含礫粉質粘土、2層砂礫土物理力學指標統(tǒng)計值和建議值詳見附表1、2。3.2 壩基工程地質條件壩基覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖洪積（alplQ4）砂礫卵石層、上更新統(tǒng)沖洪積（alplQ3）含泥砂礫卵石層，基巖為侏羅系上統(tǒng)西山頭組（J3x）熔結凝灰?guī)r。ZK7鉆孔揭露壩基覆蓋層埋藏最深達-4.85m高程。壩基地層自上而下分別描述如下：1：粉質粘土層（alplQ 4），灰色，稍濕，可塑。該層為原壩基地表耕植土，本次勘探僅背水坡第二級別馬道ZK8鉆孔揭露，厚度0.45m。上游壩基部位施工時已將該層全部挖除。2：砂礫卵石層（alplQ4），灰黃色，稍密中密，卵石粒徑一般25cm，少數(shù)大于10cm，局部見漂石，礫卵石成分以火山巖為主，次圓次棱角狀，分選性較差，厚度4.86.0m。水庫建壩時，壩軸線心墻齒槽部位已將該層全部挖除。3：含泥砂礫卵石層（alplQ3），灰黃色黃褐色，中密密實，泥質膠結，卵石粒徑一般210cm，少數(shù)大于10cm，局部見漂石，鉆孔中見漂石最大直徑達1.35m；礫卵石表面已風化，部分礫卵石呈全強風化，礫卵石成分以火山巖為主，次圓次棱角狀，泥質膠結程度、密實度隨埋深增大而提高。ZK7鉆孔揭露該層最大厚度達23.45m。不均勻系數(shù)Cu=190.173471.0，曲率系數(shù)Cc=5.162124.28。ZK9鉆孔中原狀砂礫石樣品顆分試驗級配曲線見附圖13，顆粒分析成果詳見表3。根據(jù)ZK9孔級配曲線分析，細顆粒含量Pc均小于25%，壩基含泥砂礫卵石的滲透變形類別為管涌。：基巖，巖性為侏羅系上統(tǒng)西山頭組（J3x）熔結凝灰?guī)r，青灰色，塊狀構造。左岸強風化帶厚04.0m，弱風化帶厚7.012.0m；河床段強風化帶厚0.81.1m；右岸強風化帶厚1.01.5m。表3 鉆孔ZK9壩基含泥砂礫卵石顆粒分析成果表樣品編號取 樣高程(m)d60(mm)d30(mm)d10(mm)CuCcZK9-110.015.038.1827.2250.0113471.0124.28ZK9-25.010.054.58011.3520.287190.178.227ZK9-30.05.055.4606.8730.165336.125.1623.3 地質構造壩址區(qū)地質構造簡單，兩岸地表及鉆孔中均未見斷層通過。發(fā)育的節(jié)理以中等陡傾角為主，節(jié)理面較平直，多充填鐵錳質、方解石薄膜。大壩左岸主要發(fā)育兩組節(jié)理：（1）N3540E/ SE80，（2）N6065W/ SW75；大壩右岸主要發(fā)育兩組節(jié)理：（1）N1520E/NW85，（2）N6065W/ SW55。3.4 水文地質條件壩體1層心墻土現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)K=2.210-51.410-3cm/s，屬弱中等透水性；室內土工試驗水平滲透系數(shù)Kh=4.2210-72.7710-4 cm/s，屬極微中等透水性，垂直滲透系數(shù)Kv=5.7710-81.5010-4cm/s，屬極微中等透水性。壩體2層砂礫土現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)K=6.910-47.810-3cm/s，屬中等透水性。壩基2層砂礫卵石滲透系數(shù)k=2.310-33.610-3cm/s，屬中等透水性。3層含泥砂礫卵石上部（壩軸線縱剖面上厚度4.75.6m、底部高程10.510.9m）滲透系數(shù)k=1.410-46.910-4cm/s，屬中等透水性；下部滲透系數(shù)k=2.310-59.610-5cm/s，屬弱透水性。心墻土與含泥砂礫卵石層接觸帶滲透系數(shù)k=1.910-42.910-4cm/s，屬中等透水性；壩軸線處含泥砂礫卵石層與基巖接觸帶滲透系數(shù)k=2.410-56.810-5cm/s，屬弱透水性；兩岸坡壩體與基巖接觸帶滲透系數(shù)：左岸k=4.110-53.310-4cm/s，屬弱中等透水性；右岸k=2.410-56.810-5cm/s，屬弱透水性。左岸坡基巖透水率q=0.8Lu2.610-4cm/s，屬微中等透水性；右岸坡基巖透水率q=3.2Lu8.010-5cm/s，屬弱透水性。各鉆孔壩基水文地質試驗成果詳見表4。表4 壩基水文地質試驗成果匯總表 鉆孔編號鉆孔位置孔口高程(m)試驗段孔深(m)滲透系數(shù)K(cm/s)或呂榮值q(Lu)備注ZK1壩軸線樁號0+020m48.8018.7021.704.110-5心墻/基巖接觸帶21.7025.802.610-4基巖25.8033.01.610-433.038.902.3ZK2壩軸線樁號0+072m48.6531.6535.303.310-4心墻/基巖接觸帶35.3039.800.8基巖ZK3壩軸線樁號0+107m48.6032.5034.302.210-4心墻/含泥砂礫卵石接觸帶34.3037.706.510-4含泥砂礫卵石37.6043.356.210-543.3548.107.610-548.052.33.410-551.5053.06.810-5含泥砂礫卵石/基巖接觸帶53.057.02.1基巖ZK4壩軸線樁號0+140m48.6031.5035.402.910-4心墻/含泥砂礫卵石接觸帶34.9038.053.610-4含泥砂礫卵石37.7041.502.310-539.4544.902.410-5含泥砂礫卵石/基巖接觸帶43.045.408.010-5基巖45.048.805.6ZK5壩軸線樁號0+172m48.7025.0528.06.810-5心墻/基巖接觸帶29.5033.153.2基巖ZK6上游馬道樁號0+107m46.7025.6027.501.910-4心墻/含泥砂礫卵石接觸帶27.4030.501.410-4含泥砂礫卵石30.5033.655.610-433.6036.606.410-435.8039.456.910-439.4043.759.110-543.6548.708.410-548.7051.202.010-4含泥砂礫卵石/基巖接觸帶ZK7下游馬道樁號0+107m40.7015.4018.07.510-3心墻/砂礫卵石接觸帶17.6021.503.610-3砂礫卵石21.3024.603.210-4含泥砂礫卵石21.3024.604.210-421.3024.602.810-421.3024.609.610-521.3024.608.310-5ZK8下游馬道樁號0+107m33.259.8012.02.810-3心墻/砂礫卵石接觸帶11.9015.502.310-3砂礫卵石15.4019.03.410-4含泥砂礫卵石18.9023.201.810-423.1027.401.810-427.3032.455.410-5根據(jù)水質分析成果，庫水水化學類型為HCO3-Na+-Ca2+型。依據(jù)水利水電工程地質勘察規(guī)范（GB50287-99），從PH值判斷，庫水對混凝土具有分解類一般弱酸性型腐蝕。水質分析成果見表5。表5 水質分析成果表陽離子（mg/ L）陰離子（mg/ L）其他K+ Na+Ca2+Mg2+合計HCO3-SO42-CL-NO3-合計總硬度PH值游離CO2侵蝕性CO29.113.181.7314.0215.012.010.77.8845.5815.16.39.47.63.5 物理地質現(xiàn)象左壩頭溢洪道進口東北側山體曾多次發(fā)生滑坡，該滑坡體若再次滑動，極有可能堵塞溢洪道進口，嚴重影響溢洪道的正常行洪功能，進而威脅水庫大壩及下游村莊的安全。為查明滑坡體的工程地質條件，北侖區(qū)春曉鎮(zhèn)政府于2004年6月委托浙江省工程勘察院對該滑坡體進行了勘察，并提交了北侖區(qū)春曉鎮(zhèn)紅山水庫左壩肩山體滑坡地質災害勘查與方案設計。因此，本次安全鑒定地質勘察工作，未針對該滑坡體布置鉆探工作，僅以現(xiàn)場工程地質測繪為主，分析評價時結合利用前期的滑坡勘察資料。該滑坡體地表為較松散的第四系全新統(tǒng)殘坡積（eldlQ4）灰黃色含碎石粉質粘土覆蓋，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)西山頭組（J3x）青灰色熔結凝灰?guī)r。根據(jù)滑坡體附近基巖露頭調查成果及前期鉆孔資料，下伏基巖無不利于山體穩(wěn)定的結構面組合，基巖整體穩(wěn)定。滑坡體后緣邊界呈近直立的弧形，局部折線形，后緣高程7484m，前緣高程43m，滑坡體縱向長度約58m，最大橫向寬度約100m，經鉆孔揭露平均厚度約12 m，總體積約6萬余m3?；麦w地表多處發(fā)育拉張、剪切陡坎，剪切、鼓丘裂縫。3.6 工程地質評價3.6.1 心墻土填筑質量評價壩體心墻由非分散性的含礫粉質粘土填筑而成，土料主要來源于殘坡積土，土質不均勻，性質差異較大，局部含較多碎石、礫砂。本次勘察共進行了48組心墻土干密度試驗，心墻土干密度d=1.361.69g/cm3，平均干密度d=1.50g/cm3。心墻土擊實試驗平均最大干密度dmax=1.65g/cm3，計算可得壩體心墻土的平均壓實度為91%，低于現(xiàn)行規(guī)范要求的標準。48組土樣中僅有6組土樣壓實度大于96%，僅占取樣總數(shù)12.5%。3.6.2 心墻土防滲性能評價壩體1層心墻土現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)K=2.210-51.410-3cm/s，屬弱中等透水性；室內土工試驗水平滲透系數(shù)Kh=4.2210-72.7710-4 cm/s，屬極微中等透水性，垂直滲透系數(shù)Kv=5.7710-81.5010-4cm/s，屬極微中等透水性。心墻土現(xiàn)場32段注水試驗滲透系數(shù)均大于1.010-5cm/s；18組土樣室內滲透試驗中，亦有10組土樣水平滲透系數(shù)大于1.010-5cm/s，8組土樣垂直滲透系數(shù)大于1.010-5cm/s；不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的心墻防滲體滲透系數(shù)不大于10-5cm/s的要求，建議進行防滲處理。3.6.3 壩基滲漏與滲透穩(wěn)定評價壩基為深厚的（含泥）砂礫卵石層。水庫動工至今已35年，蓄水運行也已20余年，壩體、壩基壓縮沉降變形已基本趨于穩(wěn)定，壩基的主要工程地質問題是心墻土與壩基接觸帶、壩基深厚覆蓋層的滲漏與滲透穩(wěn)定問題。大壩基礎開挖時雖已挖除表部強透水的2層砂礫卵石，將防滲心墻齒槽設置在3層含泥砂礫卵石上，但壩軸線位置3層含泥砂礫卵石上部（厚度4.75.6m、底部高程10.510.9m）仍屬中等透水性，存在滲漏及滲透穩(wěn)定問題。心墻齒槽與壩基接觸帶屬中等透水性，存在接觸滲流問題。壩軸線處3層含泥砂礫卵石與基巖接觸帶屬弱透水性，不存在接觸滲流問題。建議對心墻齒槽地基3層上部中等透水的含泥砂礫卵石層進行滲透穩(wěn)定分析，必要時進行防滲處理。3.6.4 壩肩滲漏與滲透穩(wěn)定評價左岸坡基巖風化較深，淺部基巖及壩體與基巖接觸帶均為相對透水層，存在接觸沖刷和淺部繞壩滲漏問題，建議進行帷幕灌漿處理，防滲帷幕應與壩基防滲體相連。右岸坡基巖風化淺，巖體完整性相對較好，且壩體與基巖接觸帶透水性弱，工程地質條件較左岸好，不存在接觸沖刷和繞壩滲漏問題。3.6.5 左岸滑坡體工程地質評價據(jù)現(xiàn)場工程地質測繪及浙江省工程勘察院的專題報告，溢洪道進口東北側滑坡體主要由殘坡積的灰黃色含碎石粉質粘土組成，滑坡