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**县***水库除险加固 工程地质勘察报告 (初步设计阶段) ***建筑设计研究院有限责任公司
二○○八年十二月
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**县***水库除险加固 工程地质勘察报告 (初步设计阶段) 工程编号：2008SL11 审 定： 审 核： 项目负责：
***建筑设计研究院有限责任公司
二○○八年十二月
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目 录
第一章 绪 言 ····················································································· 1 1.1 病险概况 ·················································································· 1 1.2 勘察任务及要求······································································· 2 1.3 勘察依据及主要参考资料························································ 2 1.4 勘察概况 ·················································································· 2 第二章2.1 2.2 2.3 2.4 第三章3.1 3.2 3.3 第四章4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 第五章5.1 5.2 5.3 5.4 第六章第七章
库区地质概况 ·········································································· 4 地形地貌 ·················································································· 4 地层岩性 ·················································································· 4 地质构造 ·················································································· 4 水文地质条件 ·········································································· 5 水库工程地质问题··································································· 6 水库淤积不严重······································································· 6 库岸相对稳定 ·········································································· 6 水库轻微渗漏 ·········································································· 6 坝体工程地质 ·········································································· 7 坝区地形地貌 ·········································································· 7 坝体外观 ·················································································· 7 心墙质量 ·················································································· 9 砂壳质量 ··············································································· 15 坝体渗漏 ··············································································· 17 坝基工程地质 ······································································· 20 地层岩性 ··············································································· 20 坝基渗漏 ··············································································· 20 砂砾卵石层液化判析 ···························································· 21 砂砾卵石层渗透变形判析····················································· 21 溢洪道工程地质 ···································································· 22 筑坝土料················································································ 23
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第八章 工程地质评价 ········································································ 24 8.1 库区 ······················································································· 24 8.2 水库 ······················································································· 24 8.3 坝体 ······················································································· 24 8.4 坝基 ······················································································· 25 8.5 溢洪道 ··················································································· 25 8.6 第九章 9.1 9.2 9.3 9.4 附图
图1 图2 图3 图4 附件
件1 件2 件3 件4 件5 件6 件7 件8 件9
筑坝土料 ················································································ 25 建议 ······················································································· 26 水库 ······················································································· 26 大坝 ······················································································· 26 溢洪道 ··················································································· 26 筑坝土料 ················································································ 26 实际材料图 ········································································· 1张 大坝0+079横剖面图 ·························································· 1张 大坝黏土心墙纵剖面图······················································· 1张 钻孔柱状图 ········································································· 1张 土工试验成果汇总表(**大学做)········································ 1张 剪切试验曲线图(**大学做) ··············································· 1张 固结试验成果图(**大学做) ··············································· 1张 土-颗粒分析曲线(**大学做) ············································· 3张 砂-颗粒分析曲线(**大学做) ············································· 4张 击实曲线(**大学做) ·························································· 1张 土工试验成果报告表(本单位做)········································ 1张 剪切试验曲线图(本单位做) ··············································· 2张 固结试验成果图(本单位做) ··············································· 2张
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第一章 绪 言
***水库位于*河支流***河上游，**镇***村南，控制流域面积7km2，是一座集发电、防洪、灌溉、养殖等多功能于一体的小(Ⅰ)型水库。水库于1977动工，1978年6月建成蓄水。水库总库容129万m3，兴利库容55.5万m3，兴利水位294.5m。
整个枢纽由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。工程等别Ⅳ等，主要建筑物4级。
大坝为黏土心墙砂壳坝，全长230m，最大坝高30m，坝顶高程298.50m，坝顶宽5m，泥结石路面，迎水坡为干砌块石护坡，坡比1∶2.2～1∶2.5，背水坡未护，坡比1∶1.5～1∶2.0。
溢洪道开敞式，位于大坝右侧天然垭口处，堰顶高程293.5m，宽18m。溢洪闸三孔，3m×7m平板钢闸门，最大泄量248m3/s。
放水洞为压力衬管式，坝后闸阀控制，输水洞为直径0.6m钢筋混凝土管，进口高程276.2m，洞身长132m，最大泄量2.3m3/s。坝后电站装机容量55kW。
该水库的建成，对解决**镇***村两岸贫水地区实现水利化，为农业增产、改善环境和生产条件，起了重大作用。水库的建成，削减了洪峰，保护耕地1500亩，并保护了下游**庄、**庄、**庄等10多个村庄，近4400人口的生命财产安全。
1.1 病险概况
根据大坝现场安全检查，洪水复核，2007年5月经专家组审查、评议，水库大坝安全鉴定结论：
1.水库防洪复核基本满足要求，但工程存在较多安全隐患，水库现状防洪能力达不到300年一遇校核洪水标准。
2.大坝迎水坡干砌石护坡，砌筑质量差，护坡石风化、破碎严重，坡面不均匀沉陷，坝后坡曾发生滑坡，坝顶出现裂缝，大坝整体稳定性较差，由于受雨水冲刷或自然老化，出现多处冲沟和塌陷，抗滑稳定不满足要求。
3.河道阶地段坝基未清基，坝体出现不均匀沉陷，坝后渗漏，坝后排水体破坏，存在渗透变形，渗透稳定不满足要求。
4.溢洪道闸门老化锈蚀，启闭设备老化、磨损严重，启闭不灵。机房年久失修，门窗腐烂，房顶漏水，墙壁裂缝，机架桥设计标准低，结构老化，栏杆锈蚀，桥面过窄，不能满足防洪及防汛交通要求。
5.溢洪闸泄槽边墙高度不足，泄槽底部冲刷破坏，尾水渠冲刷严重。 6.放水洞进水段淤积，坝后闸阀陈旧落后，关闭不严漏水，消力池淤积。
7.坝后电站设备老化，安全措施无保障，只能勉强运行。
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1.2 勘察任务及要求
1.查明水库工程地质水文地质条件，分析地质病害产生的原因，对加固处理措施提出地质方面的建议。
2.检查坝体外观有无不良地质现象，坝脚有无渗水等。
3.检查坝体填筑质量、颗粒组成及渗透性等，提出有关地质参数。 4.查明大坝防渗体的填料级配、密实度、渗透系数等，并进行评价。 5.查明坝基地层岩性，岩石风化程度，与坝体的接触情况等。 6.查明坝体渗漏及判析坝基渗透变形。 7.对筑坝土料进行详查并作出评价。
8.通过上述工作，对库区、水库、枢纽等做出地质评价并提出有关建议。
1.3 勘察依据及主要参考资料
1．《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005） 2.《水利水电工程钻探规程》（SL291-2003） 3.《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2004） 4．《土工试验规程》（SL237-1999） 5．《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001） 6.《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96） 7．《水利水电工程制图标准》（SL73-95）
8.大坝安全排查报告书 (**市水利局，2007年5月) 9.***水力资源梯级开发工程初步设计 (**县革委水利局，1977年12月) 10.关于***水库坝体裂缝的处理意见 (无单位、1979年3月) 1.4 勘察概况
受**县水利局委托，我单位承担该水库除险加固工程初步设计阶段的工程地质勘察工作。
按建设单位要求，结合现场情况，以可行的现场勘探作业而基本达到任务要求的指导思想开展勘察工作。经踏勘，采用钻探(机)、坑探（探坑与探槽）、标准贯入试验、原位土工试验、原位测流量试验等多种勘测手段。
具体工作方法：①在坝顶布置探槽1个。②在选定计算断面的坝心墙处布置机钻孔1个，1.5m取一原状土样，孔深至基岩，现场测心墙土含水率、密度；在其上下游坝坡及坝脚自上而下均匀布置7个探坑，其中上游坡1个，下游坡5个，坝脚1个，利用200cm3环刀采取原状砂样与用锹采取扰动砂样并现场测含水率、密度、相对密度及水上水下休止角等。③沿坝轴线在计算断面两侧40m处布置两个辅助断面，在其上下游坝坡开挖探坑，采取扰动砂样并现场测含水率、密度、相对密度及水上水下休止角等。④在库尾测入库流量3组，在坝脚、坝肩各测渗漏流量3组，坝基砂砾卵石层渗水试验3组。⑤加强库区、坝区的全面地面
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查勘、地质测绘及原位、室内土工试验工作。
11月22日进场，12月1日完成外业，土工试验由**大学****学院测试中心及本单位完成，主要工作量见表1。
表1 主要工作量 工作类别 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 野 外 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 室 内 25 26 27 28 29 30 渗透试验 地质观测 渗漏流量测验 入库流量测验 测 量 地质照片 土常规物理性试验 颗粒分析试验 直剪快剪试验 固结试验 击实试验 土 砂 水上 水下 土 砂 扰动砂样 常规物理性试验 相对密度试验 休止角试验 水上 水下 土 砂 项 目 钻 孔 进 尺 探 坑 挖方量 探 槽 长 度 标准贯入试验 取原状样 土 砂 单 位 孔 米 个 立方米 个 米 次 个 个 个 组 组 组 组 组 平方公里 组 组 工作日 张 组 组 组 组 组 组 组 组 组 组 数 量 1 29.3 12 35 1 1.7 2 23 8 12 6 8 8 8 8 0.8 6 3 1 383 17 17 12 17 13 3 17 12 12 12 3
休止角试验 泊星石 www.bxsdl.com
第二章 库区地质概况
2.1 地形地貌
库区坐落于*中山区东北部，属侵蚀剥蚀低山区，库区地势南高北低。水库流域内地面高程298m～637m之间，相对高差约340m。 2.2 地层岩性
区内出露地层主要为第四系堆积物和**群混合岩。现分述如下： 2.2.1第四系冲洪积、残坡积物
1.冲洪积层
砂砾、卵石、漂石，结构松散，厚度小，一般3m～5m，分布在河床底部，为强透水层。
2.残坡积、冲洪积堆积物 主要为砂质壤土，夹有卵砾石，厚度一般10m～15m，形成残留台地。 2.2.2**群混合岩
1.黑云斜长混合岩
灰黑色～灰白色，强风化～中等风化，粗粒变余结构，片麻理不发育，主要成分为长石、石英、黑云母和少量角闪石。
2.角闪混合岩
灰黑色，中等风化，粗粒结构，片麻理不发育，主要成分为长石、石英、角闪石和少量黑云母。
3.伟晶岩
浅红色、灰白色，由长石、石英组成，巨粒结构，块状构造，呈脉状分布。
2.3 地质构造
库区位于*西中台隆(Ⅱ2)-*西拱断束(Ⅲ3)-**穹断束(Ⅳ23)的东南边缘地带，东距**断裂带的**-**断裂40km，西距***断裂50km。区内断裂可分为三组：一组走向N20°～30°E，一组走向N30°～40°W，一组近EW走向。 2.3.1 主干断裂
1.**断裂带
为区域性断裂带，该断裂为一条巨型新华夏系断裂带。中生代以来剧烈活动，新构造活动强烈，**-**断裂是**断裂带西侧的主干断裂，是我国*部一条重要的控震断裂，该断裂距库区约40km，全长约140km，总体走向N18°E，主要倾向SE，该断裂带发生强烈的挤压和破碎，具压扭性质。
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2.**断裂
为地区性断裂，位于库区西北50km处，是*中地区规模较大的断裂。走向N30°～40°E，倾向SE，倾角75°～85°，地表出露，自**县境北部向南经****，向南延伸至**市，向北隐伏进入**境内，全长大于100km，**断裂由两条主干断裂组成，宽约50m～200m断裂带，断裂带内角砾岩发育，局部充填辉绿岩脉，该断裂为压扭性断裂。 2.3.2 次级断裂
库区共有三条地方性断层。
1.**断层
位于库区西35km，走向NW，倾向NE，倾角75°左右，长约35km，断层带宽度10m～30m，SW为**群变质岩，NE为寒武系地层。断层带内可见挤压片理、断层泥及糜棱岩等断层产物。显示先张后压特征。
2.**断层
位于库区西北约15km，东起**西与**断裂交汇，全长约15km。是**盆地南边界的控制性断层，断层走向NW，倾向NE，倾角70°～80°。NE为白垩系青山组火山岩，SW为奥陶系石灰岩。
3.**-**断层
位于库区北20km，东起****，西到*****，全长20余km。断层走向NW，倾向NE，倾角70°～80°。断层上盘为寒武系岩层，下盘为**群变质岩。
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，枢纽区地震动峰值加速度0.15g，地震动反应谱特征周期0.35s，地震设防烈度Ⅶ度。
2.4 水文地质条件
地下水赋存介质类型主要为第四系堆积物孔隙水与**群混合岩裂隙水。
2.4.1松散岩类孔隙水
主要贮存于第四系冲洪积地层中，冲积层主要分布在河床中，岩性以砂砾石为主，层厚3m～5m。具强透水性，补给充沛，径流畅通，富水性强，为强透水层。水位埋深0.5m左右，年变幅2m～3m，主要受大气降水和径流补给，以向下游排泄为主。 2.4.2混合岩裂隙水
主要赋存于混合岩构造裂隙和风化裂隙中，大气降水是主要补给来源，以向河床径流为主要排泄方式，富水程度受地貌、岩性及构造控制，由于裂隙发育程度不均，地下水分布极不均匀，多数地段含水较差，只有局部裂隙发育。有一定补给面积的地区富水，水位变幅较大。
松散层孔隙水和基岩裂隙水，通过调查水质较好，无腐蚀性。
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第三章 水库工程地质问题
一般说来，小型水库主要有四大工程地质问题，分别是水库渗漏、库区浸没、库岸稳定、水库淤积或固体径流。***水库地处低山区，库区第四系分布于河床，库岸为片麻岩边坡，因此浸没无从提及。该水库的主要工程地质问题是：
3.1 水库淤积不严重
该水库控制流域范围内为山地地貌，抗风化较差的古老的**群混合岩出露广布，汛期携带大量的主要成分为长石、石英的砂砾石及挟带少量的黏土类矿物的黏土颗粒，加之水库上游***河受地形地貌的影响基本呈南北直线形走向，洪流爆发时基本未受地形的阻挡，几乎全部淤积于库盆。但流域面积较小，且***河长仅2km余，据承包水库人员讲，今夏水位最高水位时坝前水深最深近18m(距兴利水位±2m)，兴利水位时坝前水深26m。因此，水库存在淤积，但不严重。 3.2 库岸相对稳定
水库西岸为稳定的坡度较缓的岩质边坡，东岸为2007年修建的村村通公路，有三处直立的因修该公路而人工开挖的混合岩岩质边坡，该岩老百姓谓之“竖石”，即竖向结构面发育(图1)。因此，存在潜在崩塌的可能。但坡高小于10m，总长不足20m，相对近300余m的库岸所占的比例较小。因此，库岸相对稳定。
能平静
A 西岸 B 东岸潜在“崩塌”
图1 库岸
3.3 水库轻微渗漏
库周混合岩节理裂隙甚发育，虽然库内水底节理裂隙肉眼清晰可辨，但水库东西两侧为浑厚的山体，勘察期间山泉补给库水，谓之“山有多高，水有多高”，同时库盆淤积的少量的黏土颗粒填充节理裂隙，大大减少了水库的渗漏渠道。因此，水库轻微渗漏。
但大坝存在渗漏，属“坝体坝基渗漏范畴”，详见第四章与第五章。
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第四章 坝体工程地质
该水库原称***水库。根据“大坝安全排查报告书”，大坝为黏土心墙砂壳坝，坝长230m，顶宽5m，坝顶高程298.50m，最大坝高30m，迎水坡干砌石护坡，坡比1∶2.2～1∶2.5，背水坡未护，坡比1∶1.5～1∶2.0
4.1 坝区地形地貌
通过综合地质测绘，坝区基岩裸露，为古老的**群花岗混合岩，节理裂隙发育。大坝近E-W走向，夹于西侧的山坡与东侧的两山的鞍部。河流在坝区段呈较宽阔的“V”型，建水库后已被改造为宽阔的“U”型谷。受地质因素的影响，大坝上游侧NW-SE走向，下游侧NE-SW走向，河床宽不足10m；右阶地较发育，松散堆积物最大厚0.2m～0.3m，建水库前，此处民居林立、生产繁忙；河漫滩不发育(图2)。
A 坝脚地貌 B 右阶地
图2 坝脚处地貌
4.2 坝体外观
通过勘测与查阅原设计资料及查访原施工管理人员知，最大坝高29m；大坝全长238m(防浪墙长)，主坝自0+000～0+178，长178m；“副坝”自0+178～0+238，长60m；坝顶宽4m；防浪墙高1.0m。
A 镜头朝东 B 掏空
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C 塌陷 D 大小不均
图3 迎水坡
水库建成至今，大坝加高至少四次，超高约0.40m，竣工时坝顶仅宽3m，后来陆续在坝顶背水坡培土加宽至现在的4m。上游坡乱石护砌，石质为就近的混合岩，石料尺寸大小与单块重量相差悬殊，坡面凹凸不平，塌陷、掏刷、架空、脱坡严重，绝大部分已破坏(图3)。
地
A 镜头朝西 B 镜头朝东
C 镜头朝南 D 贴坡排水体
图4 背水坡
水库29m高的大坝1978年建成时下游坡一个坡比到坝脚，1978～1979在坝后左侧开挖山体建电站，渣料全部堆于原坝脚河床处，成现在
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的宽5m的戗台及60m的贴坡排水体。排水体塌陷、掏刷严重。背水坡戗台以上坡率2.1，以下坡率2.0，杂草、灌木丛生，高达1.0m余(图4)。坡面因坝顶路加宽成上陡下缓状，局部凹凸不平，右阶地处坝脚人为破坏，呈直立状。
4.3 心墙质量
水库始建于1977年，次年竣工蓄水。受当时建设条件的制约，施工采用人工填筑，拖拉机碾压和人工夯实。 4.3.1 原施工记录
据《关于***水库坝体裂缝的处理意见》(1979年3月)的记载：该工程自78年汛期合拢拦坝，但坝体最大高度仅达到 22m，距设计坝顶尚欠5m(全坝最大坝高27m)。且坝后砂壳约有12m高未筑够设计标准。在此期间发现沿坝顶纵向产生裂缝两道，一道靠近上游砂壳，一道居中偏向下游。至今春(原文未注时间)，水库水位上游约达距现坝顶4.6m，库容约50万m3。为了压实坝后砂壳，工地曾采取灌水压砂方法进行施工。在灌水约5小时的时间内(两台HP水泵抽水)，发现裂缝开展，即停止灌水，裂缝亦停止开展。
根据以上情况，公社党委会同水利局部分同志在工地进行了实勘，分析原因为：
1.该水库78年汛期曾作为抢险工程处理，筑坝材料上坝强度较大，质量较难控制，特别是施工单位的结合部质量较差，是造成坝体裂缝的内因。所以在78年9月即陆续发生裂缝。
2.坝后砂壳没有及时跟上，今春上砂厚度大，灌水压砂时，使心墙由于吸水近饱和加大了滑动力，使坝身局部有向下滑动的征象，这与土质、砂质及其它坝料、设计坝坡均有关系，因缺少资料，未做进一步分析。
3.根据现场探查表明，偏下游的裂缝深约3.3～4m，明显的长度约50m(据记录包括不明显的达80m)，局部有向下游滑动的的象征，深3m。
处理方案为：
1.在全长度上(约50m)挖6～7个深坑，如裂缝贯通，则回填土石，做为抗滑的楔体，然后在裂缝中灌浆固结。
2.坝后砂壳分层碾压，坝料可增加块石，条件可能时，坡度放缓。 3.上游心墙近砂壳处裂缝系砂壳与心墙不均匀填筑、不均匀沉陷引起的开裂，宽度较大(最宽达10cm)，应进一步探明深度，并观察其是否有向前滑坡的迹象，必要时可放水观察，以便处理，未处理之前勿加高
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坝体。
据上述记载，综合分析裂缝产生的根本原因为：心墙黏土与砂壳相比有较高的压缩性，砂壳在施工期间沉降量已基本完成，对于心墙黏土只完成总沉降量的5%～20%，基本稳定的砂壳将阻止心墙继续沉降，在心墙与坝壳的交接处产生剪应力，此剪应力将阻止心墙继续沉降，从而发生拱效应。使心墙产生拉应力区，由于土基本无抗拉性能，最后导致心墙开裂。砂壳、心墙施工强度越大，拱效应越显著，心墙越易产生裂缝。
通过在坝顶开挖探槽，心墙顶宽1.25m，距防浪墙0.30m；保护层厚0.85m，1978年竣工时仅厚0.45m，后经至少4次维修坝顶路达到现在的厚度(图5)。
A 心墙顶宽 B 镜头朝南
图5 心墙顶
4.3.2 现场钻探
为检查大坝心墙质量，将桩号0+079处作为计算断面，在坝顶布置机钻孔1个，孔深至片麻岩。该孔心墙+截水槽深28.6m，每±1.5m用100mm厚壁取土器或直径φ110mm长2.1m岩芯管取一原状土样，砂层则1m做一标准贯入试验及对原状土样做原位土工试验。
采用φ150mm硬质合金钻头开孔，下套管1m，用φ110mm硬质合金钻头干钻。①0.85m～2.8m：均为土层，含少量砂粒，土质较好，进尺均匀(图6 A)。②2.8m～4.4m：为比较纯净的中粗砂，分别在3.0m与4.0m处做两次标准贯入试验，击数均为7击，呈松散状态(图6 B、C)。③4.4m～5.2m：含水率极高，黏粒含量较高，缩径严重，砂层塌孔严重，改用φ146mm合金钻头干钻(图6 D，中空处为原110mm钻头钻进时)，下φ150mm套管5.7m，换φ110mm合金钻头干钻。④5.2m～9.0m：含少量砂粒，土质好～较好(图6 E～G)。⑤9.0m～9.4m：呈稀薄的泥浆状，分别在9.0m
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与9.2m取样不成(图6 H)。⑥9.4m～16.5m：9.4m～12.6m干钻极困难及±9m处塌孔严重，采用比较黏稠的泥浆护壁钻进，±9m处漏浆严重，泥浆距孔口±5m，9.4m～16.5m。土质好～较好，含水率适中，含极少量砂粒(图6 I)。⑦16.5m～26.3m：改用φ110mm螺旋钻干钻，从取土器内的原状土样截面看土质不均，含水率不均，含极少量砂粒(图6 J～N)。⑧26.3m～28.6m：由于塌孔较严重及能量传递大减等原因，取土器无法刻取原状土样，采用φ110mm合金钻头与2m长的岩心管钻进取原状土样，土质不均，含水率不均，含极少量砂粒(图6 O、P)。
A 2.5m～2.7m B 3.0m～3.3m (粗砂)
C 4.0m～4.3m (粗砂) D 4.4m～4.6m
E 6.0m～6.2m F 6.5m～6.9m
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G 8.6m～8.9m H 9.2m～9.4m(稀薄泥浆)
I 11.1m～11.4m J 18.2m～18.35m
K 21.0m～21.1m L 22.7m
M 24.3m N 25.8m
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O 27.1m～27.35m P 28.0m～28.2m
图6 心墙岩芯
4.3.3 原位土工试验
据SL237-1999的密度、含水率试验方法，做了6组原位试验(表2)
表2 密度、含水率试验 序 号 1 2 3 4 5 6 编 号 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 取土深度 m 1.8 6.3 7.2 8.6 9.6 10.9 密 度 g/cm3 1.95 1.94 1.95 2.03 1.95 1.99 含水率 % 21.0 22.2 24.3 20.3 22.3 20.8 干密度 g/cm3 1.61 1.59 1.57 1.69 1.59 1.65 试验环刀采用60cm3，烘干设备采用民用取暖炉。 备 注 4.3.4 室内土工试验 查访知，心墙上半部为赶工期，质量较差，下半部质量较好。 心墙土共做了三组击实试验，最大干密度取1.76g/cm3，依据SL189-96的4.2.2，压实度不小于0.95，计算得心墙土合格干密度等于1.67 g/cm3。
共取17个原状土样，试验表明心墙自坝顶0.85m～14.5m不合格，干密度算术平均值等于1.62 g/cm3，质量稍差，14.5m～28.6m(含截水槽)合格，干密度算术平均值等于1.69 g/cm3，质量较好。
室内密度试验结果与原位试验所揭示的心墙质量及查访情况基本一致。
自坝顶始2.8m～4.4m的厚1.6m的粗砂，共做两次标准贯入试验，击数均等于7击，呈“松散”状态，渗透系数等于8.1×10-3cm/s，呈“中等透水”等级。
心墙土(不包括粗砂与稀薄泥浆)渗透系数介于(10-7～10-6)cm/s数量级，为“微透水”～“极微透水”等级，符合SL251-2000之要求；黏粒含量与塑性指数亦符合SL251-2000之要求。
物理力学指标见表3。
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备注：
心墙土干密度偏大的原因有二(适用于广义的土）：一是土的孔隙性，二是土的矿物成分。 1.心墙下半部(14.5m～28.6m)孔隙比平均值等于0.596，如此小的孔隙比是导致心墙土干密度偏大的主要原因。
2.心墙土料呈坡积扇、坡积裙堆积于山前，分选性较差，含少量原生矿物，如石英、长石等(砂、砾粒)，此为导致干密度偏大的另一重要原因。
4.4 砂壳质量
上下游砂料主要取自水库东侧的堆积于山前的第四系砂土与风化成“砂块”状的全风化混合岩，施工采用拖拉机碾压与人工夯实。 4.4.1 现场开挖
1.上游坡
布置3个探坑，计算断面处1个，在其东西两侧相距40m处各1个，沿坝轴线长1.5m，垂直坝轴线宽1m，坑深接近2m。表层±1.5m开挖较易，1.5m～2m锹难开挖，呈致密状，坑底清理后，砂面如岩石状(图7 A)。多见“砂块”，未经分选，含少量黏粒，探坑未放坡，边坡无坍塌现象。
A1 坑底甚密实 A2 坑底甚密实
B1 密实具黏聚力 B2 竖而不脱落
图7 上游砂壳
2.下游坡
布置8个探坑，计算断面处5个，在其右侧相距40m处布置2个，沿坝轴线东西向长1.5m，垂直坝轴线宽1m，坑深接近1.8m。表层±0.6m
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开挖较易，0.6m～1.8m锹稍难开挖，呈较致密状，多见“砂块”，未经分选，含少量黏粒，探坑未放坡，边坡无坍塌现象。
A1 坑壁不坍塌 A2 坑壁不坍塌
A3 坑壁不坍塌 A4 坑壁不坍塌
图8 下游砂壳
4.4.2 原位试验
做了用以判别液化的相对密度与稳定计算的水上水下休止角试验。 1.相对密度试验
根据SL237-1999的相对密度试验方法，共做了8组原位试验(表4)。
表4 相对密度试验 自然孔隙比 序坑 号 号 ε0 1 2 3 4 2 3 7 8
最大孔隙比 最小孔隙比 εmax εmin 相对密度 液化判结 别标准 果 Dr 0.76 0.81 0.86 0.85 1.09 1.17 1.21 1.02 Ⅶ设防相对密度不小于0.70 备 注 TK1 TK3 TK4 TK5 TK6 TK8 TK9 TK10 0.831 0.730 0.733 0.732 0.587 0.557 0.524 0.721 1.230 1.104 1.150 1.212 1.169 1.226 1.142 1.350 0.704 0.644 0.665 0.645 0.634 0.653 0.632 0.732 液砂壳砂料密化实，甚至极密可实，如岩石状，能相对密度试验性方法基本执行极SL237-1999小 之规定。 15
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2.水上水下休止角试验
据SL237-1999的试验方法，共做了8组原位试验(表5)。
表5 休止角试验 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 坑 号 TK1 TK3 TK4 TK5 TK6 TK8 TK9 TK10 水上休止角 ° 35 36.1 36.2 37.6 35.4 36.1 36.9 36.5 水下休止角 ° 32.6 31.8 32 32.5 33 32.5 31.8 32.6 试验方法及工具与SL237-1999之规定几乎无二，试验时颗粒成份及大小与其在砂壳内有出入，此由砂料固有性质决定，与试验操作及工具无关。 备 注 4.4.3 室内试验
上下游砂壳共布置10个探坑，颗粒分析表明均为级配不良粗砂(表6)，渗透系数等于(10-3～10-2)cm/s数量级，“中等透水”～“强透水”等级。物理力学指标见表3。
表6 颗粒分析试验
序 号 坑 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TK1 TK3 TK4 TK5 TK6 TK7 TK8 TK9 TK10 TK11 d10 mm 0.54 0.50 0.44 0.50 0.54 0.50 0.60 0.56 0.50 0.44 d30 mm 0.77 0.58 0.64 0.65 0.70 0.70 0.86 0.71 0.63 0.63 d60 mm 1.4 1.0 0.96 0.93 1.05 1.2 1.6 1.1 0.86 0.94 Cu / 2.6 2.0 2.2 1.9 1.9 2.4 2.7 2.0 1.7 2.1 Cc / 0.78 0.67 0.97 0.91 0.86 0.82 0.77 0.82 0.92 0.96 土的分类 依据SL237-1999 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 级配不良粗砂 4.5 坝体渗漏 通过查勘及地质测绘，主坝与“副坝”均存在渗漏现象。 4.5.1 “副坝”
在主坝右阶地处桩号0+136附近有渗漏，呈明流状态，实测渗漏量14.6cm3/s(图9)。
“副坝”花岗混合岩节理发育，坝前水面下肉眼清淅可见，发育一共轭“X”型剪节理与众多张节理。剪节理一组走向N1°～10°W，此组甚发育；一组走向S63°～75°E，该组发育(图10)。两组节理产状稳定，沿走向与倾向延伸较远，平直较光滑，两壁一般紧闭或壁距较小,未充填，
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A 渗漏出口 B 渗漏明流
图9 主坝后右阶地渗漏处
注：勘察期间水库水位283.24m
将岩石切成菱形。张节理产状不稳定，延伸不远，壁面粗糙不平，脉宽变化较大，脉壁不平直。
A “X”型节理系 B “①”甚发育
图10 副坝前水下片麻岩节理
① ：N1°～10°W ②：S63°～75°E
在“副坝”前选取面积1m×1m的结构面进行节理统计分析。共16条节理，剪节理两组，一组4条，一组8条，张节理4条(表7)。
表7 副坝前观测点节理统计
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
方位间隔 ° 0～9 10～19 20～29 30～39 40～49 50～59 60～69 70～79 80～89 节理数目 条 0 1 0 0 1 0 0 0 0 平均走向 ° 14.0 41.0 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 方位间隔 ° 270～279 280～289 290～299 300～309 310～319 320～329 330～339 340～349 350～359 节理数目 条 0 1 4 0 0 0 0 1 8 平均走向 ° 285.0 295.0 349.0 356.4 17
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根据统计结果，绘制节理玫瑰花图(图11)。
图11 节理走向玫瑰花图
通过上述分析，主坝右阶地处明流是由于库水沿甚发育的平均走向N3.6°W的节理组渗漏而成。 4.5.2 主坝
计算断面处坝顶钻孔终孔深29.3m，基岩进尺0.7m，坝体总进尺28.6m。干钻揭露心墙自坝顶2.8m～4.4m处为粗砂层，9.0m～9.4m呈较稀的泥浆状。套管下至5.7m深，干钻时±9m处塌孔极严重，无法用取土器取样。采用黏稠泥浆钻进，则漏浆严重，未带上岩粉，泥浆距孔口±5m，塌孔严重，无法用长2.1m钻具取样。
上述施工记录说明坝体存在渗漏，通过心墙渗漏出的水渗透至下游饱和砂壳内，与坝基渗漏的水从坝后排水沟处以明流的形式排入下游河道或沿坝基混合岩节理渗漏至下游。
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第五章 坝基工程地质
5.1 地层岩性
砂砾卵石层(⑥)：通过在坝脚开挖试坑，揭露坝基为厚±1.5m的砂砾卵石层，砂、砾的主要成分是混合岩碎屑，卵石岩性为混合岩。
花岗混合岩(⑦)：浅灰白色，略带红色，中粒变余结构，片麻理不发育，矿物成分主要为长石、石英及少量角闪石，节理极发育。28.6m～29.3m，回次进尺0.7m，岩芯采取率76%(图12)，岩石质量指标15%。
物理力学指标见表8。
表8 坝基物理力学指标 岩土 编号 ⑥ ⑦ 地层 岩性 砂砾卵石 花岗混合岩 密 度 饱和密度 黏聚力 g/cm 1.85 2.20 3渗透系数 cm/s 0.15 0.00009 摩擦角 ° 39 摩擦系数 / 1 g/cm 1.90 2.22 3kPa 0 350
A 28.6m～29.3m B 28.6m～29.3m
图12 花岗混合岩
5.2 坝基渗漏
背水坡主河床坝段设长60m的贴坡排水体，通过钻探、查勘及查访知，坝后明流主要是由于坝基渗漏而成。在库水位293.24m的情况下，实测坝基渗漏量3.4L/s(11月25日测，图13)。
水库枯水期主要由山泉补给，11月22日实测入库流量4.8L/s，补给的可能大于渗漏(明流，亦或有暗流)的。
53cm长的岩芯节理裂隙极发育，长19cm的岩芯节理面呈非新鲜状，
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A 坝脚 镜头朝西 B 镜头朝南
图13 坝基渗漏
为清基不彻底及库水数十年渗漏双重因素导致而成图14 A)，节理达4条之多(图14 B)，宽±0.5cm，未充填。此为致使坝基渗漏的根本原因所在。
石
A 节理面 B 节理
图14 坝基混合岩节理
5.3 砂砾卵石层液化判析
砂砾卵石层上覆近30m的覆盖压力土层，同时主要颗粒是砾粒、卵石，因此，Ⅶ设防烈度，基本无液化可能。 5.4 砂砾卵石层渗透变形判析
依据GB50287-99，渗透变形为管涌型，允许水力坡降取0.23。
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第六章 溢洪道工程地质
据“大坝安全排查报告书”：水库溢洪道位于大坝右侧天然垭口处，堰顶高程293.5m，宽度18m，溢洪闸三孔，3m×7m平板钢闸门，最大泄量248cm3/s。
查勘知，溢洪道处原为水库东侧***的西山脚，1978年为建水库放炮开挖而成，岩性为花岗混合岩，全风化～强风化状。1984建溢洪闸二孔，3m×7m平板钢闸门，并建两跨交通桥。右岸民居林立。
溢洪道上游比较开阔，进水段左右两侧无影响水库溢洪的阻水障碍物，
交通桥自建成以来无防护拦杆，据村民言，运行20多年来已至少有两人自桥面坠入溢洪道内，严重影响过往村民的生命财产安全。
出口处无消能防冲设施。
泄槽开挖极不规则，壁面呈犬牙交错状，随时有发生崩塌的可能。右壁顶距村村通公路仅1m左右，路面无防护拦杆，严重影响过往村民的人身安全。
尾水渠深、窄、陡，呈“高山峡谷”状，最窄处小于3m，严重影响溢洪(图15 )。
A 下游(镜头朝北) B 无消能设施(镜头朝南)
C 泄槽(镜头朝北) D 尾水渠(镜头朝北)
图15 溢洪道
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第七章 筑坝土料
受工期特别紧、任务特别重的影响，仅在坝区附近查勘筑坝土料。 原筑坝所用心墙土料绝大部分取自***与***所有的坝后、坝前及坝底的东侧阶地的表层土，根据室内颗粒分析试验，渗透系数小于10-5cm/s数量级，按《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）附录D，坝体土呈“微透水～极微透水”等级，渗透等级及黏粒含量均满足规程规范要求。符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）对心墙坝所用防渗料的要求，同时符合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）对心墙坝所用防渗料的要求。
原筑坝所用上下游砂壳的砂砾料，主要取自水库东侧的花岗混合岩风化成砂状的及呈全风化状的以残积物、坡积物，以坡积裙产出于山脚处。未经分选，含少许黏粒，具一定的黏聚力，增大了抵抗液化的能力。通过现场相对密度试验，上下游砂壳液化的可能性极小。砂砾料质量符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）对心墙坝所用砂砾料的要求，同时符合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）对心墙坝所用砂砾料的要求。
通过查勘，坝后第四系黏性土较发育。以坡、残积物及人工堆积的的方式沉积/堆积于原河床两岸，厚度小于2m，土料质量既符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）对心墙坝防渗土料质量、要求，也符合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）对心墙坝所用防渗土料质量的要求。
通过查勘，距水库最近的砂砾料为位于水库东侧的岩性为混合岩的堆积于***西侧坡脚的风化成砂状的及全风化状的堆积物，厚度不详。松树崮南北走向甚长，西山脚甚多。因此砂砾料质量符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）对心墙坝砂砾料质量的要求，质量也符合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）对心墙坝所用砂砾料质量的要求。
库盆淤积土也可作为补坡土料，但应慎重取用。主要是含水率处于过饱和状态，影响其密实程度。
土料与砂砾料虽然距大坝较近，由于水库位于山区，耕地甚少，而原先光秃秃的山脚、山坡、山顶，现在都已栽满果树，全部承包到户，承包期30年。因此，取此土砂料筑坝应与村委村民充分做好协商工作。
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第八章 工程地质评价
8.1 库区
1.库区内出露的地层主要是第四纪更新世～全新世山前组坡、残积物及**群花岗混合岩。
2.距水库8km范围内无晚更新世活断层，无大于等于5级的地震活动，边坡相对稳定，属抗震有利地段。
3.水库区地震动峰值加速度为0.15g，抗震设防烈度Ⅶ度。 4.地下水主要是第四系堆积物孔隙水与**群混合岩裂隙水。 8.2 水库
1.流域面积较小，水库淤积不严重。
2.库岸相对稳定，但不排除因修村村通公路炸山体引起“竖石”发生崩塌的可能。
3.库盆淤积有少量的细粒土，同进填充节理裂隙，因此，水库轻微渗漏。 8.3 坝体
1.大坝全长238m(防浪墙长)，最大坝高29m，坝顶高程298.9m。主坝为黏土薄心墙砂壳坝，长178m，“副坝”为天然山脚，长60m。
2.心墙土料取自库内及坝后的坡积物，砂料主要取自水库东侧的堆积于山前的第四系砂土与风化成“砂块”状的全风化混合岩。
3.计算断面选在0+079比较具有代表性。 8.3.1 坝坡
1.上游坡取材于就近的混合岩干砌乱石护坡，石料尺寸大小悬殊，单块重量相差悬殊，坡面凹凸不平，塌陷、掏刷、架空、脱坡严重，绝大部分已破坏。
2.下游坡无横向排水沟。
3.下游坡排水体以上杂草、灌木丛生。坡面局部凹凸不平，因坝顶路加宽呈上陡下缓状，右阶地处坝脚人为破坏，呈直立状。
4.贴坡排水体塌陷、掏刷严重。 8.3.2 心墙
1.施工筑到坝高22m时在坝顶产生纵向裂缝两条，一条靠近上游砂壳，一条居中偏向下游。
2.心墙土合格干密度1.67 g/cm3。
3.自坝顶0.85m～14.5m干密度1.62g/cm3，质量稍差；14.5m～28.6m(含截水槽)干密度1.69g/cm3，质量较好。
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4.心墙土呈“微透水”～“极微透水”渗透等级，满足规范要求。；5.黏粒含量与塑性指数亦符合规范要求。
6.通过一个钻孔揭露心墙自坝顶2.8m～4.4m分布有厚1.6m的呈“松散”状态的“中等透水”等级的“粗砂”。
7.通过一个钻孔揭露心墙自坝顶9.0m～9.4m分布有厚0.4m的呈“稀薄泥浆“状的黏土。 8.3.3 砂壳
1.砂壳为级配不良粗砂，“中等透水”～“强透水”，满足规范要求。
2.砂壳呈“密实”状态，液化可能性极小。 3.上游砂壳具少许黏聚力。 8.3.4 副坝
1.“副坝”渗漏，呈明流状态，实测渗漏量14.6cm3/s。
2.平均走向N3.6°W的节理组甚发育，是引起渗漏的根本原因。
8.4 坝基
1.砂砾卵石层厚±1.5m，呈“强透水”等级。
2.此层渗透变形主要为管涌型，允许水力坡降0.23。 3.此层基本无液化可能。
4.基岩为混合岩，节理裂隙极发育，实测渗漏量3.4L/s。 8.5 溢洪道
1.水库建成时为开敝式，1984建溢洪闸二孔，3m×7m平板钢闸门，并建两跨交通桥。
2.交通桥自建成以来无防护拦杆，严重影响村民的生命财产安全。 3.花岗混合出露于左右壁，呈全风化～强风化状。 4.出口无消能防冲设施。
5.泄槽开挖极不规则，随时有发生崩塌的可能。右壁顶距村村通公路仅1m左右，路面无防护拦杆，严重影响过往村民的人身安全。
6.尾水渠深、窄、陡，呈“高山峡谷”状，严重影响溢洪。 8.6 筑坝土料
1.水库附近有较好的土料及砂料，质量均满足要求，而且运距较小。 综上所述，水库病险类型是：
1.“土石坝坝体变形问题”的“坝体裂缝”及“护坡损坏”之问题。 2.“渗漏问题”的“土石坝坝体渗漏”与“非咯斯特坝基渗漏”及“放水洞渗漏”之问题。
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第九章 建 议
9.1 水库
1.库内库外取土宜与岸坡大坝保持适当距离，避免发生地质灾害。 9.2 大坝
1.由于时间紧、任务重，178m长的黏土薄心墙砂壳坝只布置一个钻孔的情况下，即发现心墙内既有1.6m厚粗砂，又有稀薄的泥浆。
2.针对心墙内所反映的岩土类别，有必要或极有必要在0+079处两侧各补一或几孔，详细查明心墙内岩土分布及类别。
3.在充分查明心墙岩土类别的前提下，再对其商讨如何处理。 4.由于坝基及“副坝”节理极发育，建议对其灌浆防渗。 9.3 溢洪道
1.交通桥与泄槽右壁顶村村通路边处设防护设施。 2.建消能防冲设施。 9.4 筑坝土料
1.筑坝土料不得含大块卵石或块石。最大粒径不宜大于15cm，且大于5mm的颗粒含量不宜大于50%，小于0.075mm的颗粒含量不宜小于15%。
2.采用振动碾压施工。
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表3 坝体土物理力学指标
天然状态物理性质指标 岩土编 号 地 层 岩 性 数 值 类 别 % 深0.85m14.5m 试验组数 平均值 大值平均值 小值平均值 建议值 试验组数 平均值 大值平均值 小值平均值 建议值 试验组数 ② 粗 砂 (上游砂壳) 平均值 大值平均值 小值平均值 建议值 试验组数 粗 砂 ② (下游 砂壳) 平均值 大值平均值 小值平均值 建议值 14 14 含 水 率 密 度 干 密 度 饱 和 密 度 浮 密 度 比 重 孔 隙 比 饱 和 度 液 性 限 度 8 塑 性 限 度 % 8 液 性 指 数 8 塑 性 指 数 8 压 缩 系 数 MPa-1 5 0.25 0.30 0.22 0.30 8 0.22 0.24 0.21 0.24 压 缩 模 量 MPa 5 6.83 7.56 5.74 5.74 8 7.30 7.69 6.53 6.53 天然状态力学性质指标 黏 聚 力 内 摩 擦 角 ° 8 13.6 16.4 11.7 18 9 15 17 14.2 21 6 36 44 35 12 36 44 36 6 水上 休 止 角 水下 相 对 密 度 / 3 渗 透 系 数 cm/s 9 2.8×10-6 2.8×10-6 9 3.3×10-6 3.3×10-6 3 3g/cm 14 8 8 / 8 / 8 8 kPa 8 29 46 22 22 9 31 35 27 25 2 21.7 1.96 1.62 2.01 1.01 2.71 0.682 83.1 29.5 17.9 0.30 12.2 22.4 2.00 1.63 20.9 1.94 1.60 2.71 0.699 84.8 30.3 18.6 0.35 15.0 2.70 0.677 82.0 28.4 17.4 0.27 11.0 33 9 16.5 0.31 16.5 9 9 9 ～黏③ 土心 墙 21.7 1.96 1.62 2.02 1.02 2.71 0.682 83.1 9 9 9 9 9 9 9 9 深～14.5m28.6m 19.6 2.03 1.69 20.3 2.05 1.72 18.5 2.00 1.67 2.71 0.596 89.8 29.4 16.6 0.24 12.9 2.72 0.609 92.5 30.5 17.0 0.29 15.8 2.70 0.578 84.9 28.8 15.5 0.19 11.7 32 16 0.23 16 19.6 2.03 1.69 2.07 1.07 2.71 0.596 89.9 3 3 3 3 3 3 12.6 1.80 1.60 2.01 1.01 2.65 0.634 32 1.05 3.2×10-2 11.3 1.80 1.60 2.01 1.01 2.65 0.634 5 5 5 5 5 5 5 32 1.05 3.2×10-2 12 5 7 3.4×10 7.7×10-3 -210.2 1.77 1.61 1.97 0.97 2.65 0.701 31 0.93 2.3×10-2 10.2 1.77 1.61 1.97 0.97 2.65 0.701 31 0.93 3.4×10-2 备注：“水上休止角”列内，第一个数字是原位试验结果，第二个数字是室内试验结果。 14
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