牡丹江市东南沟水库除险加固工程地质分析与评价

2017-03-09邓杨

黑龙江水利科技 2017年12期

关键词：牡丹江市土料东南

邓杨

(黑龙江省牡丹江市干沟子灌溉管理站，黑龙江牡丹江 157000)

1 概述

东南沟水库位于牡丹江市西安区湿春镇东和村东南沟屯，为牡丹江右岸二级支流，河流全长7.19km。向西距温春镇15km，向北距牡丹江市23km，水库有村村通、县道和国道与市、镇相连，交通便利。

项目区属大陆性中温带季风气候，气候温和，冬季严寒漫长，春季多风，夏季炎热短暂多雨，秋季降温急聚，年平均气温4.9℃，多年平均降水量560mm，坝址处多年平均径流量1455×104m3，无霜期152d。

东南沟水库始建于1995年，1996年土坝填筑完成，由于水库建设不配套，2000年后，对水库进行续建，修建坝顶混凝土路面及进库混凝土道路，修建消力池后的混凝土板衬砌尾水渠。东南沟水库是以防洪减灾、农田灌溉为主的小(2)型水库[1]。

2 库区工程地质条件

2.1 地形地貌

东南沟水库地处地貌单元为低山丘陵区，所处河流为三道沟河，位于张广财岭东南翼，分布有侵蚀构造和侵蚀剥蚀地貌，切割深度<200m，坡度<30°，区内低山纵横，沟壑众多，植被一般—较好，林木为人工林和次生林，缓坡处大部分已开恳为耕地。

2.2 地层岩性

地层分区：晚太古代—早侏罗世时期分区属于兴凯湖—布列亚山地层区(Ⅱ)，张广财岭—太平岭分区(Ⅱ1)、海林小区(Ⅱ11)，在库区分布有上元古界张广财岭群正沟组(Pt32z)片理化变质流纹岩；早侏罗世—白垩世时期分区为佳木斯—完达山分区，岩性为白垩系海浪组泥质砂岩或砂质泥岩，在工作区内西南10km大面积分布；第三纪—第四札时期分区属于大青山—太平岭分区，该期地层工作区内广泛出露，为松散覆盖层，大面积分布于现代河流河床及两岸[2]。

在工作区侵入岩有局部出露，西部分布有张广财岭期二长花岗岩(ηγ23(2))，西部岛状分布有印支期碱性花岗岩(kγ51)和二长花岗岩(ηγ51)。

2.3 地质构造与区域稳定性评价

区内构造断裂较为发育，对工作区有较大影响的岩石圈断裂主要有二条：一是牡丹江岩石圈断裂，为俯冲断裂，位于工作区东侧，相距约5-10km；二是敦化——密山断裂，为逆地堑式断裂，位于工作区东南部，相距约25km左右。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，工作区地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度值Ⅵ度，特征周期0.35s。

2.4 区域水文地质条件

按含水层性质和地下水类型，可将本区地下水划分为两大类，即：第四纪松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类孔隙、裂隙潜水—微承压水，区内潜水以大气降水和侧向迳流补给为主，侧向排泄于地表水。地下水基本类型为补给——迳流型。本区属于湿润—丰湿润地区，地下水化学类型比较单一，地下水类型主要为HCO3—Ca,Mg，pH值7.2左右。

3 大坝工程地质条件

3.1 坝体工程地质条件

从勘察情况来看，东南沟水库大坝土料主要由含砂低液限黏土组成，局部有粉土质砂，以夹薄层或透镜体状分布。

从钻探进尺现场来看：钻孔ZK1、钻孔ZK2和钻孔ZK03揭露的坝体土料较均一，变化不大，中部局部(厚度<0.5m)含砂量稍多，状态由于坝体内水的作用，上部(冻层除外)为可硬可塑，下部为软可塑。钻孔ZK2钻进(冲击)过程中，上部进尺速度正常，下部缩孔明显，进尺困难，土的黏性增大。总之，东南沟水库原坝体土料较均一，由含砂低液限黏土组成。

根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251—2000)关于“天然建筑材料质量技术要求”，坝体土料土工试验成果见表1，坝体填筑土料质量评价成果，见表2。均质坝的土料质量指标中可以看出，坝体物理性质指标基本满足“质量技术要求”，坝体质量基本合格。

表1 坝体土料土工试验成果统计表

表2 坝体填筑土料质量评价表

3.2 坝基工程地质条件

3.2.1 坝基工程地质条件

坝址所处地貌单元为低山丘陵，地形为对称“U”形山间沟谷，两岸为低山丘陵区，邻坝山坡为陡坡或斜坡，山体或丘陵为浑园状，植被良好，两岸地势倾向河谷，东南沟河大致自南向北流经坝址；地面高程350-400m，相对切割深度<50m。

通过对两岸岩体露头现场测绘来看，坝址区岩体层理以缓倾状为主，倾角<15°，岩体节理裂隙较发育—较不发育，多为陡倾状。初步分析，坝址处不良地质现象不甚发育。

本次勘察揭露的坝基地层岩性自上面下依次为：

1)第四系全新统洪积、冲积堆积物(pl+alQ3)

(1)含砂低液限黏土①：主要分布于河谷底部表层，灰色、灰黑色，湿—饱水，可塑，含砂30%-40%，厚度1.0-2.0m，中间厚、两侧薄。

(2)含细粒土砂②：黄色，黄灰色，中密，饱水，含少量砾最大粒径25mm，砾粒多为次园、次棱角状，岩性以花岗岩、安山岩、玄武岩为主，弱风化。

2)第四系全新统大陆停滞水堆积物(flQ4)

有机质土③：根据钻孔ZK02和钻孔ZK03揭露情况，为黑色、灰黑色，有腐臭味，湿—饱水，厚度0.3-0.8m，该层上段以泥炭土为主，分布有大量下段未完全腐烂的植物根系、皮茎明显减少或无，主要为泥炭质土或淤泥。

3)中生界白垩系猴石沟组沉积岩(K1-2h)

⑴泥质砾岩、泥质砂岩④：下伏于第四系全新统地层。灰色、灰白色、黄色，基底式和接触式泥质胶结，层状构造，强度中等，较完整—较破碎，水理稳定性中等，遇水远易软化，砂粒矿物成分以长石和石英为主，磨园度一般。

3.2.2 坝基岩(土)体特征

3.2.2.1 土的物理力学指标

根据现场目测和简易试验，并结合经验，其物理力学指标建议取值如下：

1)含砂低液限黏土①(经验值)：天然重度γ=1.86kN/m3、含水量ω=24%、比重Gs=2.72；渗透系数k=5.0×10-6cm/s ，允许承载力[R]=130 kPa,抗剪强度标准值水上c=26kPa，φ=8°、水下c=22kPa，φ=6°。建议J允许=0.35。

2)含细粒土砂(经验值)②：天然重度γ=1.96kN/m3、含水量ω=17.5%、比重Gs=2.68；渗透系数k=2.3×10-2cm/s ，允许承载力[R]=200 kPa,抗剪强度标准值水上c=25kPa、水下c=21kPa。

3)有机质土(经验值)③：天然重度γ=1.65kN/m3、含水量ω=80%、比重Gs=2.68；渗透系数k=2.0×10-6cm/s ，允许承载力[R]=100 kPa，抗剪强度标准值水上c=15kPa，φ=2°、水下c=10、kPa，φ=0°。

3.2.2.2 岩体的物理力学性质

1)坝基岩体风化特征：

a)全风化带：

全风化带垂直厚度<1m，主要分布坝端原山麓斜坡，原河谷处缺失。岩体结构为散体结构，土状，含砾、砂，最大可见8cm，按土的颗粒组成似粉土质砾或粉土质砂。细粒土为可塑—硬塑状，黄色。

b)强风化带：

强风化带垂直厚度1.1-1.5m，岩体为碎裂结构—散体结构，黄色、灰白色，岩块强度中等，用力可击碎。岩芯呈碎块状，偶有短柱状。

经验类比分析，抗剪强度指标建议取值：水下φ=23°、c=7kPa，天然重度(饱水)rsat=20.5kN/m3、比重Gs=2.68。

c)弱风化带：

弱风化带岩体本次没有揭穿，从钻探岩芯和边坡露头来看，岩体结构主要为块状结构，裂隙中等发育，岩芯为短柱状，长柱状少，RQD值<40%。裂隙间具有较多的次生泥化或充填的夹泥层。完成一个阶段的压水试验二孔(ZK1、ZK2)二段，q1=10.5Lu、q2=3.1Lu，平均透水率q=6.8Lu，为弱透水性。

3.3 泄洪洞工程地质条件

泄洪洞位于大坝右侧，为钢筋混凝土5m×5m方型竖井结构，洞身为坝下埋2孔方涵型式，结构型式为现浇钢筋混凝土。涵洞内高2.0m、宽1.5m，洞身长42m，后设坎式混凝土消力池，接混凝土衬砌尾水渠。通过调查，泄洪洞沿线无构造破碎和活断层，不良地质现象不发，场地稳定性较好。

从钻探资料来看，东南沟水库泄洪洞底板座于中生界白垩系上—下统猴石沟组砂岩、砾岩弱风化带上，岩体完整性较好，岩块强度较高，变形模量较高，为弱透水性，工程地质条件良好。

3.4 坝肩工程地质条件

左坝肩和右坝肩地貌单元为低山丘陵，近坝山坡为斜坡和缓坡，植被一般，边坡为岩质边坡，边坡上部有少量残积、坡积松散层，厚度<1.5m 。坝肩岩体为中生界白垩系猴石沟组砂岩、砾岩，岩体风化程度较高，岩体破碎，全风化和强风化岩体为散体结构和碎裂结构，厚度3-6m，边坡破坏以剥落、流动为主，发生较大规模的滑坡、泥石流的可能性不大，近坝岸坡不良地质现象不发育，边坡稳定性较好。

4 工程地质条件评价

4.1 库区工程地质条件评价

东南沟水库为山区水库，通过调查，水库两岸不具备渗漏地形、地质、构造和地层条件，东南沟水库库区不存在永久性渗漏病害。

库区两岸为岩土混合边坡，表部大多是砂土，少量为粉土和低液限黏土，厚度<1-10m，坡度一般<10°-30°，局部40°；下部是基岩，新鲜岩石为坚硬岩，抗冲、抗风化性能较强，经验分析判定，东南沟水库库区塌岸轻微，目前库区岸坡已趋稳定。东南沟水库库区没有严重的塌岸病害。

水库上游没有房屋，不存在房屋浸没问题;水库上游两岸分布有大量耕地，为缓坡或斜坡，侵蚀类型为面蚀，发育有冲沟，面蚀程度中等，水库存在少量淤积问题。耕地地面高程>400m，最低处高出兴利水位2-4m，兴利水位的情况下不存在浸没问题。

东南沟水库位于东南沟中上游，库区周边为低山丘陵，河谷为“U”型山谷，两侧库岸稳定性较好。库区两岸山坡以斜坡为主，局部为陡坡，坡腰、坡顶为林地，植被一般，耕地较多，耕地面积10hm2左右，冲沟较发育，冲沟密度1-2条/km，深<2m，宽2-5m，长度<1km，水土流失以面蚀为主，面蚀强度分级为轻度，水库产生少量淤积。

库区构造稳定，地震动峰值加速度0.05g，地震设防烈度为Ⅵ，特征周期0.35s。

4.2 坝体、坝基工程地质条件评价

现场调查测绘，东南沟水库坝体有漏水现象，勘测期间发现坝体集中渗漏一处，位于坝体下游桩号0+125、距坝脚35m左右处，表现为面积约100m2湿地，生长有喜水植物，此处有两个集中渗漏点，形成水流，现场简易量测，两处渗漏流量<0.0005m3/s左右，，估算年渗漏量为Q=1.27×104m3/a。占兴利库容的5.9%。

根据勘探和现场试验，初步分析,坝基渗漏是由于建库时坝基截水槽较浅，截水效果不好所致，渗漏层位是没有完全清除的砂砾石层和没有进行处理的基岩表部强风化带上部松散土层。

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)，对临界水力比降计算值取安全系数1.5，并参照无黏性土允许水力比降经验值表M，建议允许水力比降取值：J允=0.15。