阜康红星水库除险加固地质报告 33页

1♦前言1.1工程概况红星水库位于阜康市东南约8km褚家湾村境内的三工河出山口河床左岸，库区地理坐标为：东经88°03’00〃,北纬44。06’48〃o吐乌大高速公路在水库北约3.5km穿过，并且东距天池路0.3km，与水库之间有简易公路连接，交通便利。详见红星水库交通位置图（图M）oX村'西%:尔上、红星水库为一座引水注入式平原调节水库，年调节库容达800万mJ主要引蓄222团六级电站尾水和三工河洪水，水库坝体呈开口向南的簸箕形，均为人工堆筑均质土坝，坝长为888m,现状最大坝高10.5m,一般坝高6〜7m,现状最大坝顶高程687.5m（绝对高程，以下高程均为此高程系）；坝体分为主坝和副坝两部分，主坝坝前坡坡比1：1.06,长度为400m（桩号为0+075-0-325）,副坝n坝前坡坡比1：3,其中东副坝为305m（桩号为0+075—0+388）,西副坝为175m（桩号为0-325—0・500）,坝前坡无任何护坡，主坝段局部形成陡坡，并顺前坡发育小细沟。水库原设计库容为100万冃前水库库容为36.5万mj迥水面积为150000m2,而水库放水涵洞位于0+000处，涵洞过水流量较小，闸门启闭设备老化、变形，涵洞混凝土局部脱落，并产生裂缝，无溢洪道，严重影响水库正常运行。水库于70年代初期建成，库盘利用三工河左岸阶地与山前黄土丘陵所形成的天然洼地或冲沟，分别在东部和北部筑坝而成，设计坝顶高程690.0m,设计正常蓄水位高程688.26m,现实际坝顶高程仅687.5m。水库实际坝高和库容未达到设计要求；坝体直接座落在第四纪松散堆积的卵石层上，库盘和坝基渗漏严重；加之水库上游发育两条冲沟，在暴雨形成间歇性洪水携带大量泥沙汇入水库，造成水库淤积严重。由诸多因素导致水库现今有效库容不足30万m3,对于水库下游灌区及工业区用水已不能充分发挥其应有作用。另外水库距阜康市较近，又是天池旅游区必经之路，依托水库开发旅游业和养殖业前景广阔。2006年2月，受新疆维吾尔自治区阜康市水电局委托，昌吉州方汇水利水电建筑勘察设计有限公司承担红星水库除险加固初步设计阶段工程地质勘察工作。1.2勘察目的与任务阜康市红星水库在此次勘察之前未进行过任何地质勘察工作，水库可利用的资料较少。根据该水库这一实际情况，针对水库存在的坝基渗漏、库盘渗漏、坝体质量差、水库淤积等主要问题，查明库坝区地层岩性、分布、厚度及渗透性，对库区、坝基渗漏进行分析评价，对库盘、坝基渗漏处理提出建议；查明坝体土、坝基土的n渗透变形类型，为坝基、坝体稳定分析提供依据；查明坝体土物理力学性质参数，为坝体结构稳定分析提供依据；查明坝体填筑土料及碗骨料的储量，并进行质量评价。1.3勘察工作概况根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2002).《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)、《水利水电工程天然建筑材料勘察规范》(SL251-2000)、《水利水电工程钻探规程》(DL5013-92)、《土工试验规程》(SL237-1999)等标准的有关要求，对红星水库除险加固工程地质勘察工作布置如下：(1)地质调查对库区、坝体及坝后一定范围进行地质调查，主要是了解测区地形地貌、地层岩性及分布；对水库坝体及坝后坡不良物理地质现象发育部位和范围，坝基渗透变形情况进行调查，以初步判断险情隐患可能发生的部位。(2)坑探主坝坝体长275m,布置探坑8个，其中坝轴线布置4个，坝后坡角4个，总进尺59.8mo东副坝坝体长425m,布置探坑7个，其中坝轴线布置4个，坝后坡角2个，总进尺20.26mo西副坝坝体长325m,布置探坑5个，其中坝轴线布置4个，坝后坡角1个，总进尺30.2m。土料场布置探坑13个，总进尺65m,主要查明水库加固用土料的分布、岩性组成、储量等(4)现场试验①标准贯入试验n在坝体坝基细粒土中进行，试验间距1.Om,共计40点次。①渗水试验在坝体和库盘浅表地层进行：坝体4组，坝基3组，库盘2组;用于了解坝体、坝基利库盘地层岩性的渗透性。②天然密度、含水量试验对坝体、坝基土及天然建筑材料均进行现场天然密度、含水量试验，其中坝体10组，坝基9组，料场15组。③取样坝体土取原状样31组，扰动样4组，坝基土取原状样3组，扰动样4组，进行室内试验，分析坝体、坝基土的物理性质。土料场取大袋扰动样8组，进行室内试验以评价筑坝土料的质屋。采取库水水样1组，河水水样1组，进行水质简分析(含侵蚀性C02),以评价环境水对水工建筑物混凝土的腐蚀性。④室内试验坝体、坝基原状样进行土粒比重、颗粒分析、液限、塑限、饱和快剪、压缩、渗透等试验；坝体土和土料扰动样进行重塑状态下颗粒分析、液限、塑限、击实、饱和快剪、压缩、渗透、有机质含量、易溶盐含量、pH值等试验，而坝基粗粒土进行颗粒分析，库盘扰动样进行颗粒分析、液限、塑限、有机质含量、易溶盐含量等试验。水样进行CO32HCO3CLSO42Ca2Mg2Na++KPHn值、总盐、侵蚀性C02等试验。表1.3-1勘察完成工作量统计表量项目单位数董备注地质测绘（1/1千）Km23.0水库回水线外侧坑探坝址区m/个128.7/19主、副坝轴体及坝后延长坝址m/个27/3坝基料场m/个60/12土料场人工钻孔m/个112/44库区取样原状样组51坝体、坝基扰动土样组33土料场8组，坝体4组，库盘21组扰动砂砾石样组4坝后4组易溶盐组30坝体、土料场水样组2库水1组，坝后地下水1组野外试验天然密度、含水量组34料场、坝体、坝基渗水试验组6坝基、库盘标准贯入试验点次40坝体、坝基、库盘室内试验原状样组51天然密度、天然含水量、干密度、液缩限、剪切、压缩、渗透、颗分、湿陷扰动土样（料场、坝体）组30天然密度、天然含水量、液缩限、击实、剪切、压缩、渗透、有机质、颗分扰动土样（库区）液缩限、易溶盐、有机质、颗分砂砾石样组4颗粒分析易溶盐组26水样组2简分析通过上述工作基本查明水库区主要工程地质问题，坝体填筑质及有关地质参数和天然建筑材料的分布、储量、质量，本次工作基本满足初设阶段精度要求。2＞区域地质概况2.1地形地貌n工作区处于北天山北麓、准嚼尔盆地南缘，地貌部位属山前倾斜黄土丘陵区和三工河洪积扇扇顶交汇处，海拔高程581.0〜589.0m,地势由南向北倾斜，坡降6.5%〜8%。黄土丘陵主要分布在水库西副坝及其上、下游和西部地区，呈近南北向垄状延伸，与三工河冲洪积扇呈坎状接触，高羌约20m左右，冲沟发育。而三工河冲洪积扇则呈北北西向带状延伸，向南微倾，并具典型冲洪积“二元”结构，现多为耕地和居民点，而水库南部为基岩组成的中低山区。2.2地层岩性水库南部山区地层为侏罗系下统湖沼相的灰绿色砾岩，灰白色砂岩、泥岩、煤层组成的含煤建造，属于准喝尔盆地地层分区吉木萨尔地层小区（136）。而第四系上更新统一全新统（Q3—4）洪积、冲洪积和冲积形成的砾石层、砂层、粉土层及卵石层，主要分布在三工河河床及两岸阶地；在水库西副坝向北第四系上更新统风积黄土层（Q3）呈陇状广泛分布，厚度大于20mo2.3地质构造水库位于准喝尔坳陷（112）与北天山优地槽褶皱带博格达复背斜（1132）过渡带的乌鲁木齐坳陷带（1136）的边缘，坳陷为一大型中一新生代坳陷，由中生代和新生代地层组成，形成以背斜为主的褶皱群（古牧地背斜、阜康背斜、阜康南背斜），并伴随一系列东西向压性断裂，由南向北呈叠瓦状逆冲，其中北三台断裂、阜康一n吉木萨尔断裂和博格达断裂为第四系活动断裂（见下图），分述如下:北三台断裂①：位于阜康市东幸福路216国道西侧至吉木萨尔县三台镇以西，呈北西西向分布，长度约22km,距水库约8km,为一由南向北逆冲的铲形隐伏断裂，将第四系错动约百米，使中、上更新统砾石层向北倾斜，山C地质年龄为9664±93年，说明该断裂在全新世早期以后有过活动。阜康一吉木萨尔②：为准鳴尔坳陷与博格达复背斜界限断裂，西起阜康市甘泉堡道班西，东至吉木萨尔县西南，长约114km,走向北西西一东西向，断层南倾，倾角为40。-50°,断层使中一新生界推覆第四系上更新统之上，第四系垂直断距达200m以上，地质年龄为14367±365年——11108±103年，为全新世活动断裂，南距水库约5km。博格达断裂③：为古生界与中生界断裂，在地貌上属中高山与低山丘陵的界限，长度约200km,呈向北凸起弧形延伸，走向北东—北西，倾向196。，倾角为55°,并将晚更新世地层错断，"C地质年龄小于30588±553年，为晚更新世活动断裂，南距水库约15km。地质构造略图区域。呼图璧阜康n2.4地震与区域构造稳定性水库处于准喝尔盆地南缘的乌鲁木齐坳陷与山区过渡地带，因而新构造运动表现较强烈。所发育的-:条区域性断裂距离水库小于15km,并且均为晚更新世以来活动断裂，根据新疆维吾尔自治区地震局资料，区域活断裂B1900年以来共发生6级地震2次，震中距工程区18km。据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001),场地地震基本烈度为VII度，设计基本地震动峰值加速度为0.15g,区域构造稳定性较差(见下图)。区域地震动峰值加速度略图综合区域地质构造背景、第四纪活断层特征、震中分布、地震基本烈度等条件，区域30km范围可能发生中强震，对水库安全有一定影响，属区域稳定性较差地区。3＞水库区工程地质条件3.1水库区工程地质条件3丄1地形地貌水库位于北天山山前三工河（出山口）洪积扇上部匹i侧与黄土n丘陵区交界处，总体地势由南向北倾斜，西部黄土丘陵区略倾向东,并且由南向北呈垄状延伸，与三工河洪积扇呈坎状接触，高差约20m,冲沟发育。另水库库盘较平坦，主要呈东西分布，库底高程为682.0.0m,表现为西高东低。而库盘南现水库迴水位以上呈阶梯状地形，高出库水位约2.0—3・0m,呈东西向分布，较平坦，现多为耕地和果园，分布高程为687.0mo另外西副坝近坝处发育两条小冲沟，其中一条冲沟位于西副坝肩处，近南北向发育通向库内，并与坝体呈10°交角，沟宽为l・8m,深度为1.0m。另一条冲沟位于西副坝与黄土梁之间的凹地（宽约30.0m）,顺坝体后坝脚处由南向北延伸，为细沟。沟四侧凹地中有小面积的耕地和果园，黄土梁前缘由于人工挖掘而形成陡坎，高约6.0m,并有两间民房。3.1.2地层库区地层由第四纪冲积、冲洪积堆积物和新近沉积土组成，根据其颗粒组成和成因划分为I、II两区，现分述如下：I区：由新近沉积淤泥质粉土和第四系上更新统冲洪积粉土、卵石、砾石组成，主要分布在现库盘，根据麻花钻孔资料可知；淤泥质粉土最大厚度为5.4m,分布在水库中部，并向周围逐渐变薄，优如锅底形向四周延伸，两副坝及进水口附近厚度小于LOm,沿主坝厚度2.0—3.0m,放水涵洞附近为2.5m左右并向库内逐渐加深，呈灰黑色，软塑一流塑状，粘粒含量为29・0%—61・6%,有机质含量为0.5%—2.1%,易溶盐含量为0.08%-0.27%,属弱透水层，可作为筑坝土料考虑，总量约10万下覆粉土层，主要沿坝体和水库南侧回水线附近分布，在垂直和水平方向分布不均，一般厚度为2.2m,仅局部厚度达4.0m左右，呈条带状分布，但范围较小，并向库内厚度渐变为0.2m,局部尖灭，呈中密状，属弱透水层。而下部卵石、砾石或碎石土层，为巨厚层，近主坝附近埋深大于5.0m,并向n南至迴水线附近埋深渐变为2.0m左右，进水口及西侧鱼池附近小于1.0m,局部裸露地表，但范围较小。从等埋深线的分布可以看出，水库主坝由北向南下部粗颗粒地层犹如向北倾斜、且东西两侧向南收敛的锲型体，锲型体中部向北埋深为2.9—5・4m,两侧呈缓坡状向东、西渐变为1.0m或小于1・0m,属中等透水层。II区：由第四系上更新统冲洪积粉土、砾石和碎石土组成，构成水库南侧阶梯状地形，呈条带状东西向分布，现为耕地和果园。上部为粉土层，土黄色，稍密一中密状，并在垂直和水平方向分布较均匀，一般厚度为1.5—3・0m,仅中部厚度变化较大，局部可达5.0m以上，属弱透水层。下伏砾石或碎石土，巨厚层，中密状，颗粒较均匀，且多呈次棱角状，一般埋深为1.5—3・0m,仅中部局部埋深可达5.0m以上，东西向略有起伏，属中等透水层。3.1.3地质构造水库处于山前倾斜砾质平原区，为第四纪巨厚松散堆积物覆盖,无地质构造发育。3.1.4水文地质条件水库区处于第四纪洪积砾质倾斜平原的顶部，沉积着巨厚的砾质松散堆积物，具有地下水运移、赋存的良好空间，流经砾质倾斜平原的地表径流迅速下渗，补给地下水，是地下水的径区，但地下水埋藏深度较大，地下水类型为第四纪孔隙潜水，其补给来源和补给方式分为垂向补给和侧向补给。垂向补给源主要是地表水和引水渠系；侧向补给主要由天山山区基岩裂隙水直接渗入山前倾斜平原再向下游运移。水库东侧0.3km为三工河干流，在其北部下游约lkm处农用机n井地下水位埋深约80m,潜水面水力梯度较大，水质较好。3.1.5物理地质现象水库为引水注入式，仅西副坝上游冲沟间歇性洪水产生水库淤积，无其它不良物理地质现象。3.2水库工程地质问题（1）水库渗漏水库区处于三工河山前冲洪积倾斜平原之上部，库区地层由第四纪上更新世（Q3）卵石、粉土和全新世（Q4）淤泥质粉土层组成,但粉土、淤泥质粉土层厚度较小，分布不均，平均渗透系数（k）为1.6X10」cm/s,属弱透水层。而下部有巨厚卵石和碎石土组成，分布较稳定，渗透系数（k）为3.8XW3cm/s,属中等透水层，地下水埋深大于30m,水库区渗漏主要是库盘的垂向渗漏，并具双层透水。由于水库缺乏多年运行资料，仅根据据水管站人员估算进出水量资料来估算库盘渗漏量（见表3.2-1）,即水库目前进出库水量之间差值，减去降水及蒸发影响。n分项目、1996年1997年1998年1999年2000年平均值进水量（m3）832.59798.21867.34659.58756.71782.88出水量（m3）563.1602.5657.9486.7612.2584.48由上表可知，水库多年平均进出库水量差值约198.4万mj水库高水位和死水位时的平均水面面积为15.0万m?,水库多年平均蒸发量为2064.1mm,多年平均降水量187.5mm,由此推算年渗漏量近170.0万m?,可见水库渗漏损失较大。另外水库库盘由淤泥、粉土、卵石、砾石或碎石土组成，根据其颗粒组成和成因，划分为I、II两区计算渗漏量，按双层透水层考虑（全年按150天计算），见下表：水库渗漏量计算表库容（万m?）分区渗透系数（m/d）面积(m2)渗漏暈(m3/d)渗漏暈(m3/a)备注100I区0.1415000020736.03110400.0为库容50万m彳）渗漏量II区0.2370000161002415000.0由上表可知：库容为50万n?时，年渗漏量为311.04万n?,库容为100万时，年渗漏量为552.54万水库渗漏严重。但与历年水库运行统计资料相比较，有较大的差异性，其原因是根据用水量而蓄水，且多为空库运行，无死库容。（2）库岸稳定水库坝体为型,見库区上游坡度为3°〜4。,属缓坡状;仅西副坝间歇性洪水对坝体产生冲刷作用，另外水库蓄水后风浪对n主坝段产生冲刷掏蚀作用，对库岸稳定产生一定的影响。(1)水库淤积水库主要引蓄电站尾水和三工河丰水期河水，所产生淤积问题较弱。而水库建成运行至今35年，根据水库淤积物分布范围和厚度估算淤积量约12万m3每年淤积量约3400m3,约占现总库容的40%,主要由于上游两条冲沟所产牛的间歇性洪水汇入水库，而携带的悬移质物质沉淀所至。据调查上游汇水面积较小，且多属暴雨洪流型,但松散物质含量较高，虽然产生洪量有限，所携带的悬移质物质含量较高，经过多年运行已得到证实，因此水库淤积问题严重。(2)水库淹没、浸没水库恢复到100万n?库容，即在设计正常蓄水位786.14m条件下，淹没水库南侧所有林带、果树及耕地，面积约260亩；另水库区地下水位埋深大，库区由中等透水级配不良的卵石或砾石层组成,不存在浸没问题。4＞坝体工程地质条件4.1坝体土物理力学性质水库坝体由低液限粘土和低液限粉土组成，通过标准贯入试验及室内试验成果可知，坝体土击实后最大干密度为1.76g/cm3,按96%压实度考虑，筑坝料控制干密度为1.689g/cm根据干密度一深度变化图可知，34组样品中仅8组样品干密度为1.68-1.79g/cm3,其它样品干密度为1.23-1.5g/cm3,说明坝体压实质量较差。根据剖面图主坝段仅8.0m-9・0m深度范围干密度为1.69-1.70g/cm其n它均小于1・55g/cm3,而东、西两副坝4.5m以上干密度为1.66—1.79g/cm3,以下均小于1.60g/cm3,坝体土物理力学统计参数见下表。取样位置指标项目3水F=1天然密度(Pd)干密度(pd)液限(5.)塑限(5)性数Jm指a渗透系数(k)剪切C4>%g/cm3g/cm3%%cm/skPa度TK2平均值11.3618116227.317.010.32.4XE-52127.4小值平均10.2118115627.116.710.21.75XE-520.527.2大值均值12.6618816727.217.110.43.3XE-521.527.8TK4平均值17.3817614929.717.911.84.35XE-519.7526.98小值平均15.0316614328.317.211.12.98XE-515.95625.49大值均值18.818815930.918.513.16.88XE-522.92&44TK6平均值17.4917915331.417.913.54.2XB-515.4024.87小值平均15.316113828.716.912.56.88XE-517.7024.23大值均值19.8518915433.718.914.86.88XE-513.7027.14TK8平均值9.4018216324.315.6&614.2XB-513.027.10小值平均8.7817315523.315.38.04.2XE-512.026.45大值均值13.019316825.716.69.064.2XE-514.02&104.2坝体质量评价依据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251-2000)中表A2.1关于“土料质量指标”中“均质坝土料”要求对现土坝填筑土料进行评价。主坝坝体土为低液限粘土，其质量评价结果见表4.2-1o表4.3-1主坝均质土质量评价表项目标准试验值评价结果渗透系数碾压后渗透系数小于lXIO'cm/s1.6X10'5-9.4X合格n105cm/s塑性指数在7〜17ZI'可10.3〜16.1合格干密度>1.61g/cm3为宜1.23〜1.70g/cm3不合格粘粒含量10%~30%为宜23.0%〜51.1%基本合格天然含水量接近3°p=13・2%,Wp=19.5为优12.68%〜22.2%基本合格PH值>79.9合格水溶盐含量<3%0.14%—0.18%合格有机质<5%1.18%—1.34%合格由表4.2-1可知，主坝坝体土各项质量指标中除干密度不合格外其它均满足要求，坝体质量稍差。表4.2-2副坝均质土坝质量评价表项目标准试验值评价结果渗透系数碾压后渗透系数小于lXlO^cm/s1.1X10°〜4.2X105cm/s合格塑性指数在7〜17之间7.4〜10.5合格干密度>l.61g/cm3为宜1.48〜1.79g/cm3不合格粘粒含量10%〜30%为宜21%〜31.7%合格天然含水量接近3°p=13.2%,Wp二19.5为优7.98%〜16.60%不合格水溶盐含量<3%0.13%—0.14%合格有机质<5%0.86%—1.29%合格副坝坝体土为低液限粘土和低液限粉土，其质量评价结果见表422。从表4.2-2可知，副坝坝体土各项质量指标除干密度、天然含水量不合格外其它均满足要求，坝体质量稍差。4.3坝体土地震液化根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)中“对地震动峰值加速度在O・lg及以上地区的饱和无粘性土、少粘性土，应进行砂土振动液化问题评价”，而水库处于地震基本烈度vn度区内，地震动峰值加速度为0.15g,因此对坝体土进行地震液化n评价。根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)附录N,土的液化判别中对粒径小于5mm颗粒含量质量百分率大于30%的土，其中粒径小于0.005mm的颗粒Pc含量质量百分率相应于地震设防烈度VII度时不小于16%,可判为不液化。坝体土的地震液化初判结果见表4.4-lo坝体土均为非饱和状态，因此不具备复判条件。表4.4-1坝体饱和粉土液化初判结果表探坑编号取样深度岩性粘粒含量(<0.005mm粒径的百分含量)试验值液化判定值判定结果TK21.0-4.5低液限粘土25.516不液化TK41.0-10.2低液限粘土28.016不液化TK61.0-10.5低液限粘土30.016不液化TK81.0-8.2低液限粉土19.016不液化4.4冻胀性评价由《建筑地基基础设计规范》(GB500027-2002)可知：水库所处最大冻土深度为1.45m,而坝体为均质土坝，由低液限粘土和低液限粉土组成，属季节性冻土，因此根据《水工建筑物抗冻设计规范》(SL211-98),对土的冻胀类别进行评价。由24组颗粒分析试验资料可知：坝体土粒径小于0.05mm颗粒含量大于50.0%,依据《水工建筑物抗冻设计规范》(SL211-98)第2.0.7条第2款“在季节冻融层内，土中粒径小于0.05mm的土粒含量按重量比大于总土重6%的为冻胀性土”，因此坝体土为冻胀性土,n建议采取相应防冻胀措施。5、坝基工程地质条件5.1坝基土层及物理力学性质水库坝体座落于三工河左岸洪积阶地之上，主要由第四纪洪积、冲洪积及冲积卵石混合土和低液限粘土组成。上部低液限粘土沿坝线分布较均匀，主要分布在主坝段和东副坝，并由东向西逐渐增厚,一般厚度为1.9—3・0m,仅局部厚度达6・lm（ZK7.J,土黄色，可塑一硬塑状，属高压缩性土，渗透系数（k）为7.8X10_5-1.5X10-4cm/s,属弱透水层。而下覆卵石层（或碎石土）分布较稳定，巨厚层，土黄色，中密状，颗粒多呈亚圆状，不均匀系数（Cu）为107.25,最大粒径（。“和）为300mm,根据室内颗粒分析资料可知：卵石占37.98%,砾石占33.45%，砂占14.9%,粉粒占1.9%,渗透系数（k）为3.lX10-3-4.46X103cm/s,坝基土物理力学性质见表5.1-1。n坝基土物理力学性质一览表探坑编号1X1石性地质成因夭然密度s(%)土粒比X孔隙比塑性指数渗透系数(m/d)黑数曲率系数重型动力触探(击)承载力(kPa)变形模量(MPa)(kPa)内摩擦角(度)颗粒分析d5(mm)dio(mm)%(mm)^20(mm)d?o(mm)^85(mm)TK6-1低液限粘土Q/+p1.6114.312710.93<012.20.1325.91.01551.421.026.70.000850.00170.00240.040.07TK7-1低液限粘土Q/+p1.7220.112.700.890.2710.40.0579.41.31501.221.025.90.00120.00170.00250.0320.094TK2-1卵石Q严P12.451.052.810.233.86127.54.4134500」30.41.454.060.085.0TK4-1卵石Q/+p2.410.722.790.163.35203.37.9114402833.30.140.360.82.88197TK6-1卵石Q3盼p12.311.012.760.202.688.30.41.84803033.60.180.61.73.872110TK8-I卵石]2.180.772.750.2655.6587.01.8124803033.60.220.671.62.97791n5.2坝基渗漏水库坝基由第四系松散堆积的卵石层组成，其渗透性能也相应有差异性，按平均值考虑。另外水库运行已30年，库盘淤积厚度为3.0—5.0m,具有一定的阻水作用，按双层透水进行计算，坝基为无限深平面护底，在水库现状蓄水位684.5和设计正常蓄水位686.88m条件下，坝基渗漏计算采用式(5-1)。Q=BKHqr(5-1)式中：Q-坝基渗漏量(n?/d)；B-渗漏计算段长度(ni)；K—渗透系数(m/d)；H-上、下游水头差(m)；与采用的含水层厚度和坝基基底宽度有关的流量参数。坝基渗漏计算见表5.2-1和表522。表5.2-1现状蓄水位684.5m坝基渗漏计算表项目代号单位指标0+050-0-3000+50〜0+5500-300〜0-500岩土渗透系数Km/d3.863.352.68渗漏带宽度Bm350500200上、下游水头差Hm6.03.63.2计算流量参数Mr0」90.370.27坝基渗漏量Qm3/d1540.142231.1463.1由表521可知，坝基总渗漏量估算为近4234.34m3/d，全年按库150天考虑，则坝基年渗漏量为63.5万n?以上，其中主坝段和东副坝段渗漏最为严重，约占坝基总渗漏量的90%o表5.2-1设计正常蓄水位688.38m坝基渗漏计算表项目代号单位指标0+50〜0-3000+50〜0+5500-300〜0-500岩土渗透系数Km/d3.863.352.68n渗漏带宽度Bm350500200上、下游水头差Hm9.87.47.0计算流量参数Mr0.190.370.27坝基渗漏量Qm3/d2515.564586.151013.04由表5.2-1可知，坝基总渗漏量为近8114.75m3/d,全年按满库125天，半库240天，则坝基年渗漏量为194.75万其中主坝段和东副坝段渗漏最为严重，约占坝基总渗漏量的90%o5.2.1坝体粉土渗透变形分析(1)坝体土渗透变形类型判定根据粉土中细粒含量，采用以下方法判别：a)流土：P>—!—X100(5-2)C4(1-72)b)管涌：P<——X100(5-3)4(1-n)式中：Pc-土的细粒颗粒含量，以质量百分率计(％)；n-土的孔隙率(％)；根据坝体土颗粒分析资料及有关物理性质指标，见表5.3-1,坝体粉土不均匀系数(Cu)和曲率系数(Cc)不同时满足下述要求：Cu》5,Cc=l〜3；再从颗粒级配曲线图上看，均存在至少一个以上n的粒径级的颗粒含量小于或等于3%的平缓（《水利水电工程地质勘察规范》附录M）o综合判定坝体主坝段和东副坝低液限粘土为连续级配土，而西副坝低液限粉土为不连续级配土，其粗细粒的区分粒径山以平缓段粒径级的最小粒径确定，细粒颗粒含量则是相应于此粒径的含量。df=（d7（）•di（））12表5.3-1坝体粉土渗透类型判定表位置CuCcdrPcn(%)—!—xl(X)4(l-w)渗透类型主坝0-0752.21.00.00813839.6641.43管涌0-1001.21.00.00633743.8344.51管涌副坝0+23021.71.40.00783639.9741.65管涌0-3002.30.60.0144339.6741.44流土备注当CuM5,且Cc二1〜3时，判定该土为级配连续土，否则为级配不连续土。从表5.3-1可知，坝体主坝段和东副坝低液限粘土可能的渗透破坏类型为管涌，而西副坝低液限粉土可能的渗透破坏类型为流土。（2）坝体渗透变形临界水力比降水库坝体低液限粉土可能的渗透变形为流土，土体的临界水力比降采用下式确定：Jcr=（Gs-1）（1-n）（5-4）式中：几-土的临界水力比降；Gs—土的颗粒比重；n—土的孔隙率（％）；各坝段坝体土临界水力比降计算见表5.3-20表5.3-2坝体土临界水力比降计算表代表坝段Gsn(%)Jcr安全系数J允主坝0-0752.7039.661.02520.51n0-1002.7143.830.9620.48副坝0+2302.7039.971.0220.510-3002.7039.691.02520.513(3)坝体实际水力比降坝体土的实际水力比降按下式计算：J实二(Hi・H2)/2b(5-5)式中J实一土体中实际水力比降；H「-上游水头高程，取水库设计正常蓄水位；H2-下游水头高程，取坝后地下水位，恢复水库设计正常蓄水位后，按坝后地表高程；2b-坝底宽度；根据水库各勘探断面资料和设计资料，各断面实际水力比降见表5.3-3o表5.3-3坝体渗透实际水力比降计算结果表代表坝段Hi(m)H2(m)2b(m)J实J允评价结果主坝0-075688.38679.0990.0950.51稳定0-100688.38677.0990.1150.48稳定副坝0+230688.38682.5600.0980.51稳定0-300688.38680.1990.0840.513稳定n由表5.3-3可知，水库区设计蓄水位688.38m条件下，坝体低液限粉土和低液限粘土不会产生渗透变形破坏现象。522坝基卵石渗透变形分析(1)坝基土渗透变形类型判定坝基由卵石和低液限粘土组成，各层中细粒含量根据颗分资料中不均匀系数和曲率系数，结合级配曲线，卵石为不连续级配土，而低液限粘土为连续级配土，因此卵石采用下列方法进行渗透类型判定：a)流土：Pc$35%(5-6)b)管涌：Pc<25%(5-7)c)过渡型：25%WPcv35%(5-8)依据以上方法判定，其可能的渗透类型结果见表5.3-4o表5.3-4坝基土渗透类型判定表代表坝段CuCcdfPc判定标准渗透类型主坝0-075(卵石)203.37.94.023Pc<25%管涌0-10()(卵石)8.30.47.12725%79.8合格由上表可知各指标均满足均质土坝质量要求，储量满足需要量。另外库盘淤积物为低液限粘土，其储量近10丿j粘粒含量为42.57%,有机质含量为1.58%,易溶盐含量为0.13%,满足均质土坝质量要求,可作为筑坝材料。混凝土用粗细骨料及防冻垫层料可购买商品料，距离水库约3km。而浆砌石料分布在三工河河床内，采用人工拾检，其储量和质量均满足要求。n10、结论与建议10.1结论1）水库处于准嶋尔盆地南缘的乌鲁木齐坳陷与山区过渡地带,新构造运动表现较强烈，发育三条区域性活动断裂距离水库小于15km,并发生两次中强地震，据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001）,场地地震基本烈度为VII度，设计基本地震动峰值加速度为0・15g,区域构造稳定性较差。2）水库位于北天山北麓山前倾斜黄土丘陵区和三工河洪积扇扇顶交汇处，海拔高程675.0~683.0m,地势由南向北倾斜，坡降6.5%〜8%。分布巨厚级配不良砾，具中等透水性，库盘垂向渗漏严重，估算其渗漏量为552.5万同时水库建成后至今淤积约15万m3,加固后淹没约60亩林带或耕地。3）水库坝由均质低液限粘土、低液限粉土坝组成，坝体土现状干密度多为1.22〜1.55g/cm3,仅局部为1.66—1.79g/cm3,属高压缩性土，碾压质量较差，但其它指标均满足规范要求，需进行工程处理。4）工程区处于地震动峰值加速度0.15g区，地震基本烈度VII度区，坝体、坝基为不液化土。5）坝体低液限粘土和低液限粉土渗透稳定，而坝基可能产生流土、管涌破坏现象和接触冲刷破坏。6）水库坝基由卵石和低液限粘土组成，但低液限粘土厚度仅为1.9—3.5m,下伏巨厚卵石层，在现状条件下，年渗漏量为63.5万n?。而在设计止常蓄水位688.38m条件下，年渗漏量194.75万m3,坝基n渗漏严重。7）涵洞所处低液限粘土为硬塑一坚硬状，高压缩性土，承载力特征值为150kPa,压缩模量为3.7MPa，性质较差。而下伏卵石属巨厚层，中密状，承载力特征值为300kPa,压缩模量为28MPa,性质较好。8）环境水对混凝土结构具中等腐蚀性。9）土料场距水库最近距离约160m,勘察储量16万mS各项指标均满足均质土坝土料质量指标要求。而混凝土用粗细骨料可购买商品料，距离水库约3km。浆砌石料分布在三工河河床内，距水库较近,其储量和质量均满足要求。10.2建议1）建议水库采取粘土铺盖或塑膜全库盘防渗，并与坝体防渗体相互衔接紧密，而进水口附近应考虑冲刷对库盘防渗体破坏。2）水库现坝体应进行强夯等工程处理和防冻胀措施。3）在坝体采取铺塑或土工膜防渗措施后，所勘察土料可作为坝体填筑土料，其最大干密度为1.80g/cm3o4）闸井及涵洞基础应置于卵石之上。n1、前言1.1工程概况11.2勘察目的与任务21.3勘察工作概况32、区域地质概况62.1地形地貌62.2地层岩性62.3地质构造62.4地震与区域构造稳定性83、水库区工程地质条件93.1水库区工程地质条件93.2水库工程地质问题114、坝体工程地质条件134.1坝体土物理力学性质134.2坝体质量评价144.3坝体土地震液化154.4冻胀性评价165、坝基工程地质条件175」坝基土层及物理力学性质175.2坝基渗漏196、闸井及涵洞工程地质条件257、环境水对混凝土腐蚀性评价268、工程的主要问题及处理措施278.1水库存在的主要地质问题278.2工程处理措施289、天然建筑材料288.1土料2810、结论与建议3010.1结论30n10.1建议31阜康市红星水库除险加固工程工程地质勘察报告（初设阶段）