摘 要:水庫大壩建成以后,隨著投入使用的時間不斷的增長,大壩的結(jié)構(gòu)也顯現(xiàn)出老化的現(xiàn)象,有的地方甚至已經(jīng)對安全運行形成威脅.為了對大壩進行安全鑒定提供依據(jù),開始對大壩的各部分工程質(zhì)量進行檢測.。 
關鍵詞:水庫大壩;質(zhì)量評價 
  1 工程概況 
  某水庫原設計是一座以防洪為主,結(jié)合養(yǎng)殖、灌溉等綜合利用的小(2)型水利樞紐工程,原設計標準為10年一遇洪水設計,20年一遇洪水校核。水庫流域集水面積24.6km2,河道全長12.5km,河道坡度8.7‰。水庫流域處于中低山區(qū),地勢西北高東南低,流域形狀呈樹葉形。 
  水庫由土壩、溢洪道組成,工程等別為Ⅴ等,主要水工建筑物級別為5級。 
  大壩為粘土均質(zhì)壩,全長1010m,壩頂寬為3.5m,最大壩高3.8m,壩頂高程為374.00m,上游坡比為1:2,壩前坡未采用任何防護措施,下游坡比為1:1.5。 
  溢洪道位于大壩樁號0+115m處,堰頂高程372.30m,寬6m。 
  該工程自水庫建成后未做過地質(zhì)勘察工作。搜集利用的技術(shù)成果資料主要為觀測技設資料及調(diào)查資料: 
  1.1《地質(zhì)構(gòu)造圖(1:100萬)》某省地質(zhì)局 
  1.2《地質(zhì)圖(1: 50萬)》某省地質(zhì)科學研究所 
  根據(jù)設計對地質(zhì)勘察任務要求,在充分利用原有資料基礎上,采用工程地質(zhì)測繪、鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗等綜合勘察方法,于2012年12月對水庫進行安全鑒定階段工程地質(zhì)勘察,初查壩體及壩基工程地質(zhì)條件、溢洪道運行現(xiàn)狀及存在的問題。 
  2 工程地質(zhì)概況 
  2.1 區(qū)域地質(zhì)概況 
  本區(qū)是低矮的丘陵地貌,海拔高程600m~800m,坡度平緩,10°~20°左右。植被覆蓋較差,大部分被開墾為耕地。水庫區(qū)河谷較窄,寬度300m左右,河道蜿蜒曲折,河床寬3m~5m,河流切割不深,僅1m左右。 
  本區(qū)地層區(qū)劃屬松花江區(qū)。本區(qū)出露的地層主要有:新生界第三系中上統(tǒng)土門子組和上新統(tǒng)船底山玄武巖,第四系更新統(tǒng)白金玄武巖和馬連河玄武巖,全新統(tǒng)松散堆積層。 
  各時代地層發(fā)育情況由老至新分述如下: 
  第三系土門子組(N1t):本套地層出露于測區(qū)的西部,巖性為內(nèi)陸相沉積砂巖、泥質(zhì)頁巖組成,水庫區(qū)也由該套地層組成。 
  第四系下更新統(tǒng)白金玄武巖(βQ1b):該套地層分布廣泛,分布在測區(qū)的東部,地貌形態(tài)上反映為低緩丘陵,主要巖性為杏仁狀玄武巖和橄欖玄武巖,2者是同巖漿巖不同期噴發(fā)的產(chǎn)物。每次噴發(fā)的頂部為紫紅色、紫褐色杏仁狀玄武巖,下部為灰黑色橄欖玄武巖,噴發(fā)烘烤現(xiàn)象明顯,噴發(fā)韻律清楚。有些地段玄武巖的柱狀節(jié)理比較發(fā)育。該類玄武巖出露高程一般在600m左右,底界海拔高程400m左右,呈大塊低緩臺地,因此又稱臺地玄武巖。是護坡塊石的天然建筑材料。 
  第四系全新統(tǒng)湖沼沉積(Q4gl):沿庫區(qū)河谷分布,庫底就是由該沉積層組成,主要巖性為粘土,局部出露淤泥質(zhì)粘土。淤泥質(zhì)粘土:灰黑色-灰綠色,結(jié)構(gòu)細膩軟塑狀態(tài),又臭味,局部含草根樹枝;粘土:黃色-黃褐色,可塑狀態(tài),粘粒含量30~45%。 
  第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代坡積(Q4dl):分布在庫區(qū)兩側(cè)的山坡上,由黃色粘土夾碎石組成。 
  巖石:本區(qū)出露的巖石主要為華力西晚期侵入巖,出露于測區(qū)西的北部,巖性為灰白色花崗巖組成,圓形巖基狀產(chǎn)出。 
  本區(qū)大地構(gòu)造位置處于東北新華夏構(gòu)造體系第二隆起帶,老爺嶺隆起西南緣,敦化-鏡泊湖壓扭性斷裂西北側(cè)。 
  根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),本區(qū)地震動峰值加速度小于0.05g,對應的地震基本烈度為小于Ⅵ度區(qū)。 
  本區(qū)地下水主要分為第四系松散堆積層孔隙潛水和巖石層間水。孔隙潛水主要分布在河流沖洪積成因的砂層、砂礫石中,動態(tài)的變化明顯受季節(jié)性變化的影響;巖石層間水主要分布于第三系砂巖中。 
  根據(jù)中國季節(jié)性凍土標準凍深線圖,本區(qū)標準凍結(jié)深度為1.70m。 
  2.2 水庫區(qū)工程地質(zhì)條件 
  地形地貌:水庫區(qū)地貌形態(tài)按其成因及類型為沖積堆積漫灘階地和構(gòu)造剝蝕低山。河流總體走向為南東向,河谷為不對稱“U”型河谷,河谷內(nèi)發(fā)育有漫灘階地,庫區(qū)植被不發(fā)育。 
  漫灘階地:主要分布在壩后河床兩側(cè),階地較平坦,寬約20m~80m,高出河水面0.5m~1.2m,主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積粘土,構(gòu)成水庫庫底。 
  低山:主要分布在水庫兩岸,呈連續(xù)分布,地形坡度10°~15°,由第三系土門子組的泥質(zhì)頁巖與砂巖組成。 
  地層巖性:庫區(qū)內(nèi)出露的地層主要有:第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積粘土,下伏基巖為第三系土門子組的泥質(zhì)頁巖與砂巖。 
  地質(zhì)構(gòu)造:庫區(qū)巖石裸露區(qū)較少,為燕山期花崗巖且多呈全風化、強風化,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及庫區(qū)測繪,庫區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層,節(jié)理裂隙較發(fā)育。 
  水文地質(zhì):本區(qū)地下水主要分為第四系松散堆積層孔隙潛水和巖石層間水?紫稘撍饕植荚诤恿鳑_洪積成因的砂層、砂礫石中,動態(tài)的變化明顯受季節(jié)性變化的影響;巖石層間水主要分布于第三系砂巖中。 
  2.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 
  水庫由土壩、溢洪道組成。粘土均質(zhì)壩全長1010m,兩壩肩為低山丘陵。 
  2.3.1 壩基工程地質(zhì)條件 
  2.3.1.1地形地貌 
  壩址區(qū)按其地貌形態(tài)及成因類型可分為:人工堆積地形(Ⅰ)、丘陵斜坡(Ⅱ) 
  人工堆積地形(I): 
  由人工填土(粘土)(1)層組成均質(zhì)土壩壩體,無護坡。 
  丘陵斜坡(II):組成河谷兩岸,坡度為10°左右,山體不高,高差在10m~20m左右,由第三系土門子組的泥質(zhì)頁巖與砂巖組成。   2.3.1.2地層巖性 
  建筑物區(qū)揭露的地層巖性有:第四系全新統(tǒng)人工堆積地層(QS)、第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積地層(Q4al)及第三系土門子組的泥質(zhì)頁巖與砂巖組成(N1t),現(xiàn)由新至老描述如下: 
  第四系全新統(tǒng)人工堆積(QS): 
  粘土(1):黃褐色,稍濕~濕,可塑,揭露厚度為3.5m~3.8m,為壩體主要組成部分。 
  第四系全新統(tǒng)沖積堆積(Q4al): 
  粘土(2):黃色,可塑,揭露厚度3.5m~5.5m,分布于河谷及壩基。 
  第三系土門子組(N1t):該套地層構(gòu)成了壩址區(qū)兩岸山體及谷底基巖,巖性為黃褐色-紫紅色泥質(zhì)頁巖,膠結(jié)密實,全風化厚度2.20m左右。 
  2.3.1.3地質(zhì)構(gòu)造 
  壩區(qū)從地質(zhì)測繪及鉆探中未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶,未見構(gòu)造通過。 
  2.3.1.4水文地質(zhì) 
  壩址區(qū)地下水類型主要為第四系松散層中的孔隙潛水及基巖裂隙水。 
  2.3.1.5第四系松散層孔隙潛水 
  分布于河床砂礫石層中,受降水補給,以蒸發(fā)排泄為主。 
  2.3.1.6層間裂隙水 
  分布基巖層間及裂隙中,受降水、潛水補給,以蒸發(fā)排泄為主。 
  根據(jù)室內(nèi)水樣簡分析,庫水水化學類型為重碳酸鈣鉀鈉型水,對砼無腐蝕性,地下水化學類型為重碳酸硫酸鈣鎂型水,對砼無腐蝕性。 
  2.4 附屬建筑物工程地質(zhì)條件 
  現(xiàn)水庫附屬建筑物只有溢洪道,布置在樁號0+115m處。 
  2.4.1 溢洪道工程地質(zhì)條件 
  溢洪道布設在壩軸線樁號為0+115m,為開敞式溢洪道,結(jié)構(gòu)不全。基礎全部置于粘土層上,工程地質(zhì)條件較差。溢洪道破損嚴重,砼閘室出現(xiàn)裂縫、脫落,鋼筋外漏,漿砌石邊墻裂開,傾斜瀕臨倒塌。建議重建溢洪道,基礎應置于凍深以下的粘土層上。 
  3 質(zhì)量評價 
  3.1 壩體質(zhì)量評價 
  3.1.1 壩體填筑質(zhì)量評價 
  按《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251-2000)均質(zhì)壩土料質(zhì)量技術(shù)要求評價
  項 目 SL251-2000規(guī)范規(guī)定指標 粘土(1) 
  試驗值 評 價 
  粘粒含量 15~30%為宜 57 偏大 
  塑性指數(shù) 7~17 17.5 偏大 
  滲透系數(shù) 輾壓后小于1.0×10-4(cm/s) 4×10-6 合格 
  天然含水量 最好與最優(yōu)含水量或塑限相近 26.4 與最優(yōu)含水量接近 
  PH值 >7 - - 
  緊密容重 >天然容重 1.95 合 格 
    壩體填筑土料的粘粒含量和塑性指數(shù)偏大,其余各項試驗指標基本符合均質(zhì)壩土料質(zhì)量技術(shù)要求。 
  壩體填筑粘土(1)層,考慮本工程實際情況,壩體控制干密度按1.51g/cm3考慮,根據(jù)6組土工試驗成果統(tǒng)計,干密度ρd=1.52~1.57g/cm3,平均值ρd=1.53g/cm3,全部大于1.51g/cm3,說明施工時碾壓良好。 
  通過壩體現(xiàn)場觀察,大壩壩體內(nèi)無浸潤水位;壩前未采用任何防護措施。建議對壩前坡采取工程處理措施。 
  3.1.2 壩體穩(wěn)定分析 
  3.1.2.1 沉陷穩(wěn)定 
  壩體人工填土(粘土)(1)層,較密實,壓縮系數(shù)0.195~0.0436Mpa-1,屬中等壓縮性,壩體在自身荷載作用下,經(jīng)過近多年年固結(jié)沉降已趨于穩(wěn)定,沉陷穩(wěn)定問題不大。 
  3.1.2.2 壩坡抗滑穩(wěn)定 
  根據(jù)野外鑒定、測試及室內(nèi)試驗分析,壩體人工填土(粘土)(1)層,建議抗剪強度(飽和、固結(jié)、快剪)C =14.1kPa、φ=12.3°,建議設計進行抗滑穩(wěn)定復核。 
  3.1.3 壩體滲漏與滲透穩(wěn)定 
  壩體人工填土(粘土)(1)層,滲透系數(shù)K =4×10 - 6cm/s,為弱透水層,勘察期間壩體無浸潤水位線,因此壩體不存在滲漏及滲穩(wěn)問題。 
  3.2 壩基質(zhì)量評價 
  3.2.1承載力 
  由于壩體不高(最高3.8m)。壩基各持力層承載力滿足壩體荷載要求。 
  3.2.2沉陷穩(wěn)定 
  壩基組成巖性為粘土(2),較密實,a100~200= 0.43MPa-1,屬中等壓縮性土,在自身荷載作用下,經(jīng)過近多年固結(jié)沉降已趨于穩(wěn)定,沉陷穩(wěn)定問題不大。 
  3.2.3滑動穩(wěn)定 
  根據(jù)野外鑒定、測試及室內(nèi)試驗分析,粘土(2)層,建議抗剪強度(飽和、固結(jié)、快剪)C =17.5kPa、φ=14.2°,建議設計進行抗滑穩(wěn)定復核。 
  3.2.4滲漏及滲透穩(wěn)定 
  壩基土巖性為粘土(2)層,滲透系數(shù)K=4.5×10--6cm/s,為弱透水層,揭露厚度1.3m~3.9m,壩后無滲水現(xiàn)象,說明壩基與壩體接觸良好。 
  3.3 壩肩工程地質(zhì)評價 
  左右壩肩為丘陵斜坡,地形坡度10°~15°,巖性為粘土(2),滲透系數(shù)K=4.5×10--6cm/s,為弱透水層。水庫建成運行以來,兩壩肩從未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,故不存在繞壩滲漏問題。 
  3.4 其他建筑物工程質(zhì)量評價 
  3.4.1 溢洪道現(xiàn)狀工程地質(zhì)評價 
  溢洪道布設在壩軸線樁號為0+115m,為開敞式溢洪道,結(jié)構(gòu)不全。基礎全部置于粘土層上,工程地質(zhì)條件較差。溢洪道破損嚴重,砼閘室出現(xiàn)裂縫、脫落,鋼筋外漏,漿砌石邊墻裂開,傾斜瀕臨倒塌。建議重建溢洪道,基礎應置于凍深以下的粘土層上。 
  4 工程質(zhì)量綜合評價 
  綜上所述,大壩質(zhì)量存在以下問題: 
  a) 大壩壩前坡未采取任何的防護措施,壩體存在安全隱患。 
  b) 溢洪道為開敞式溢洪道。基礎全部置于坡積粘土層上,各段建筑由于凍脹及沖刷左右,基本破壞殆盡,嚴重影響溢洪道正常運行。 
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