丰城清潭水库工程地质勘察报告.docx
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丰城清潭水库工程地质勘察报告
某某市清潭水库
工程地质勘察报告
（初步设计）
某某院证勘乙字141127-KY
二OO四年九月
某某院
院长：
总工：
某某市清潭水库工程地质勘察报告
报告编写：
地质人员：
钻探机组：
校核：
审核：
1前言
2区域地质概况
2.1地形地貌
2.2地层岩性
2.3地质构造及地震烈度
2.4水文地质条件
3坝址区工程地质条件及评价
3.1坝址区工程地质条件
3.2坝址区工程地质条件评价
4大坝质量评价
4.1坝体概况
4.2坝体存在的主要问题及评价
5输、泄水建筑物工程地质条件及评价
5.1左岸坝下涵管工程地质条件及评价
5.2溢洪道工程地质条件及评价
6天然建材
7结论及建议
附表:
1、某某市清潭水库土工试验表
附图
1、某某市清潭水库工程地质平面图（清潭-地-01）
2、某某市清潭水库工程地质剖面图（A-A）（清潭-地-02）
3、某某市清潭水库工程地质剖面图（C-C、B-B）（清潭-地-03）
4、某某市清潭水库渗透剖面图（A-A）（清潭-地-04）
5、钻孔柱状图9张
1前言
清潭水库位于某某市董家镇枧溪村，距董家镇约8km，水系属药湖支流，该水库控制流域面积通2.37km2，是一座以灌溉为主的小
（一）型水库。
清潭水库于1958年10月开始动工兴建，1959年4月大坝填筑至76.5m高程后停工，1960年9月复工后大坝填筑至79.0m高程又停工，1964年社教复工把大坝填筑至82.0m高程，当年蓄水试运行，1974年水利冬修把大坝加高3.0m，从而达到现有规模，同时把原涵管封堵，新建一座0.6×0.8m的方涵。
现有坝顶高程84.47~85.02m，坝顶宽约2.5~4.0m，本次勘探最大坝高13.80m，正常高水位为82.54m，坝顶长约295m；坝体左端及中部各设有灌溉涵管一座，大坝中部涵管进口底板高程为72.50m，为0.6×0.8m的少筋混凝土管，启闭方式为人力斜拉闸门，管长60m；大坝左端涵管为砼预制管，管径为20cm，管长42m，涵管出口高程79.78m；大坝左岸坝头设有溢洪道一座，为开敞式宽顶堰，进口宽3m，进口底板高程为82.54m。
该工程建成后由于施工质量差，工程不完善，致使工程长期带病运行，严重影响大坝安全和效益的发挥，水库运行四十年来，存在一系列的问题，主要有：
1、大坝中部涵管左侧60m处存在集中渗漏点；
2、大坝左坝端长年存在沼泽区；
3、新涵管漏水严重，老涵管封堵不严，存在漏水；
4、大坝右岸坝脚老河床位置漏水严重；
5、大坝坝体漏水严重；
6、反滤棱体老化淤堵严重等。
为了查明建筑物的工程地质条件以及产生上述工程问题的原因，某某市水电局委托我院对清潭水库进行了地质勘察工作，接受任务后，我院钻机队伍2004年7月11日～2004年7月18日对清潭水库进行了地质勘察工作，完成的工作量主要有：
1、钻孔9个，进尺138.5m；
2、注（压）水试验34段；
3、原状土样15个，扰动土样1组；
4、水质分析2组；
5、标准贯入试验25次；
6、探坑4个。
本次勘察工作内、外业均参照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）、江西省水利厅赣水建管字［2004］26号文及相关规范要求进行，土工试验由本院试验室完成，水质分析由宜春市水文分局完成，本报告及图表均为黄海高程。
2区域地质概况
2.1地形地貌
区内为低山丘陵地形，北部山顶高程均在150m以上，相对高差较小，南部为山间盆地，地面高程约为73m左右。
2.2地层岩性
区内出露地层主要有第四系覆盖层及中元古界双娇山群地层，现由新至老分述如下：
2.2.1第四系覆盖层
1上更新统（Q3）：
主要地层为粘土及含砾粘土，分布于大坝左岸。
②全新统（Q4al-pl）：
粘土为主，灰色，具氨味，主要分布于小溪及两岸阶地中。
2.2.2中元古界双娇山群（ptsh）
主要为双娇山群变质粉砂岩、千枚岩、片岩等，分布于整个库区。
2.3地质构造及地震烈度
区内位于扬子准地台区的江南下古台隆的中部，南北两侧分别以某某~婺源大断裂、宜丰~景德镇大断裂为界，区内的构造线方向受大地造的控制，主要为北东方向，查区域地质图，区内有一条走向NE45°的断层从思相岭前通过，由于坝址区覆盖层较厚，在地表平面测绘中未发现该断层，区内岩层产状为NE50~55°/NW∠50~70°。
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）的界定，本区地震动峰值加速度小于0.05g，抗震设防烈度小于Ⅳ度，区域稳定。
2.4水文地质条件
区水地下水的类型主要为松散地层孔隙潜水及基岩裂隙水。
松散地层孔隙潜水主要分布于第四系松散地层中，其中以冲洪积层含水较丰富，透水性较强，而残坡积层中透水性较弱。
基岩裂隙水主要分布于全～强风化裂隙中，一般透水性小，水量不丰，而弱～微新岩体基本为相对不透水层。
地下水的补给来源主要为大气降水，并排泄于河床中，地下水位季节变化较为明显，枯水期地下水位较低，丰水期地下水位较高。
3坝址区工程地质条件及评价
3.1坝址区工程地质条件
3.1.1地形地貌及物理地质现象
坝址区为丘陵地貌类型，左岸山顶高程为100m，山顶呈脊背形，山坡坡角为10~20°，右岸山顶高程为125.0m左右，山坡坡角一般为45~50°。
大坝座落于两岸山体的低洼地段，地面高程70~80m，老河溪靠大坝右岸山体坡脚。
溪水自北西向在坝址处转向南流，小溪宽约5m左右。
3.1.2地层岩性
坝址主要分布地层为第四系地层及中元古界双娇山群变质粉砂岩。
现分别叙述如下：
①第四系地层，区内广泛分布：
上更新统（Q3），主要分布于大坝左岸，岩性上部为粘土，下部为含砾粘土。
粘土为红黄色，粘结性较好，紧密坚硬，夹粉白色钙质网纹，见溶蚀气孔现象，土层厚5.3~8.8m，层底高程66.99~73.37m；含砾粘土为红黄色，土层较紧，粘结性较好，硬塑状，砾石含量为变质粉砂岩，扁平状，砾径2~5cm，层厚3.6~3.9m，未揭穿该层。
全新统冲积层（Q4al-pll），主要分布于大坝右中部，灰色，具氨臭味，该层在整个河床部位均有出露，层厚1.4~2.6m，层底高程为68.17~69.42m。
②中元古界双娇山群：
岩性主要为变质粉砂岩，分布于坝区及库内，中~薄层状，岩层产状为NE50~55°/NW∠50~70°，在坝址区出露有全~微风化带，全风化岩体多风化成土夹碎石状，具砂惑；强风化岩体多呈红黄色，岩质软弱，裂隙发育，裂面多被泥质充填；弱风化岩体多为灰黄色，岩质稍硬，裂面多为锈色；微风化岩体多呈青灰色，岩质较硬，岩心多呈柱状及块状。
3.1.3地质构造
坝址区的岩层产状为NE50~55°/NW∠50~70°，岩体节理裂隙发育，于大坝左岸见有两条层间错动带，①产状为NE55°/NW∠50°，宽50cm，成份为碎石夹泥；②产状为NE80°/NW∠75°，宽5~10cm，成份为碎石夹泥，延伸较长。
3.1.4水文地质条件
①地下水的类型
坝址区地下水的类型较简单，主要为第四系松散岩层孔隙潜水、基岩裂隙水。
孔隙潜水主要赋存于冲积层中，水量较丰富且地下水埋藏较浅；而残坡积层中水量不丰；基岩裂隙水主要赋存于基岩风化裂隙中，地下水的补给来源为大气降水，并排泄于沟谷中。
两岸地下水均低于勘测期水位。
②环境水水质对混凝土的腐蚀性评价
本次勘探时取了两组水样做水质分析，其水质情况见表3.1
表3.1水质分析表
取样地点
库水
地下水
总硬度
mmol/l
0.202
0.690
总碱度
mmol/l
0.422
1.314
侵蚀性CO2（mg/l）
mg/l
6.55
40.9
PH值
6.7
6.9
主
要
阳
离
子
Ca2+
mg/l
4.29
17.6
mmol/l
0.107
0.440
Mg2+
mg/l
2.31
6.08
mmol/l
0.095
0.250
K+＋Na+
mg/l
4.38
1.0
mmol/l
0.175
0.040
主
要
阴
离
子
Cl-
mg/l
1.17
0.78
mmol/l
0.033
0.022
SO42-
mg/l
6.00
4.00
mmol/l
0.062
0.042
HCO3-
mg/l
25.8
80.2
mmol/l
0.422
1.314
清潭水库库水及地下水的类型均为C1k+Na型。
根据规范GB50287-99附录G环境水对混凝土的腐蚀性评价如下：
1、地下水对混凝土具中等碳酸型腐蚀，无一般酸性型、溶出型、硫酸盐型及硫酸镁型腐蚀；
2、库水对混凝土具中等溶出型腐蚀，无一般酸性型、碳酸型、硫酸盐型及硫酸镁型腐蚀。
3.1.5坝基覆盖层的组成及其透水性
根据勘探成果，大坝坝基覆盖层主要为上更新统粘土、含砾粘土及全新统冲洪积粘土。
上更新统粘土、含砾粘土主要分布于左岸坝肩，两者的总厚度为5.3~12.4m；全新统冲洪积层粘土层主要分布于小溪及左侧的阶地上，其厚度为1.4~2.6m，层底高程为69.42~68.17m。
本次勘探时于上更新统粘土层中取了4组原状土样，根据土工试验成果，上更新统粘土层的粘粒含量为20%左右，塑性指数为10.8~21.2，室内定名低液限粘土，其物理力学指标建议值如下：
含水量24.7％，湿密度1.86g/cm3，干密度1.47g/cm3，比重2.71，孔隙比0.842，压缩系数0.34Mpa-1，压缩模量5.50Mpa，凝聚力22.8kpa，内摩擦角22.8度；由于上更新统含砾粘土层取样较为困难，其物理力学指标参考粘土层采取。
上更新统粘土层共做了4组渗透试验，其k值为4.59×10-6~4.19×10-5cm/s，平均值为1.97×10-5cm/s；该层共做了钻孔注水试验4段，其k值一般为1.69×10-5~6.33×10-5cm/s，zk1孔81.47~76.17m高程钻孔注水试验k值为7.4×10-4cm/s，平均值为2.13×10-4cm/s，建议粘土层的渗透系数为1.16×10-4cm/s，为中等透水层。
上更新统含砾粘土层共做了2段钻孔注水试验，其K值平均值为3.65×10-5cm/s，建议含砾粘土层的k值为3.65×10-5cm/s。
全新统冲洪积层粘土层主要分布于小溪及左侧的阶地上，层厚1.4~2.6m，层底高程为68.17~69.42m。
本次勘探于该层取有2个土样，根据土工试验成果，其粘粒含量均为10.3%及19.1%，对应的塑性指数为6.6及12.2，其物理力学指标建议按下值选取：
含水量20.8％，湿密度1.85g/cm3，干密度1.53g/cm3，比重2.71，孔隙比0.777，压缩系数0.27Mpa-1，压缩模量7.13Mpa，凝聚力21kpa，内摩擦角22.5度。
冲积粘土层的室内k值为3.06×10-5、2.35×10-5cm/s，平均值为2.71×10-5cm/s，由于段长较短，室外注水试验该层均为综合段试验，建议粘土层的渗透系数为（2~5）×10-5cm/s，为弱透水层。
3.1.6坝基岩体的风化情况及其透水性
根据钻探揭露，坝基岩体风化较深，在坝址区揭露的多为强~弱风化岩体，强风化岩体中部厚2.9m；右岸厚度为5.0m，未揭穿该层；左岸该层未揭露，由于岩体较破碎，所有的压水试验均为注水试验换算，从剖面图上可以看出，岩体的透水率为2~3.2Lu，多为弱透水层，于右坝肩弱风化岩体中存在一中等透水带，坝轴线各孔的风化情况见表3.2
表3.2坝轴线各孔岩体分化及透水率情况
钻孔位置
左岸zk1
左岸zk2
涵管zk3
河床zk4
右岸zk5
孔口高程（m）
84.47
84.47
84.49
84.54
85.02
基岩面高程（m）
66.99
69.24
82.82
强风化厚度/底高程（m）
2.5/
1.2/68.04
10.3/72.52
强风化透水率（Lu）
2
1.8
弱风化厚度/底高程（m）
1.1/66.94
5/67.52
弱风化透水率（Lu）
2
20
微风化厚度/底高程（m）
5.4/
2.5/
相对不透水层顶高程（m）
69.24
67.52
3.2坝址工程地质评价
3.2.1大坝清基情况
根据施工回忆，大坝清基时坝基表土及杂草全部清除，坝址右侧老溪淤泥等也全部清除；同时于大坝中部挖有一截水槽，截水槽宽1m，深0.5m，边坡为1:
1~1:
1.5，原小溪淤泥也全部清除。
勘探资料表明，老河床部位见有连续的全新统冲积粘土层，灰色，具氨臭味，该层层厚1.4~2.6m，层底高程为68.17~69.42m，可见大坝老河床部位清基不彻底。
3.2.2坝基（坝肩）稳定问题
由于坝体、坝肩持力层左岸至老河床部位为上更新统粘土及全新统冲积层粘土层，右岸为强风化变质粉砂岩；其承载力及抗剪指标均大于坝体土体的相应指标。
因此，不存在坝基、坝肩抗滑稳定问题，该坝基虽然承受了较大的荷载，但经多年的压实固结，坝基土体的变形强度基本上能满足承受坝体荷载要求，不存在坝基变形问题。
3.2.3近坝库岸及建筑物边坡稳定问题
清潭水库近坝库岸左岸为土质边坡、右岸为岩质边坡。
左岸山坡坡角10~20°，库岸基本稳定；大坝右岸山坡坡角40~45°，为陡坡，岩层产状为NE50~55°/NW∠50~70°，右岸坝轴线基本与岩层走向平行，倾向上游，右岸库内岩层为顺坡向，岩层倾角大于坡角，库岸一般较稳定，实际运行中亦未发现库岸坍崩现象。
3.2.4坝基渗漏、绕坝渗漏问题及坝基渗透稳定分析
从渗透剖面图可以看出，坝基一般为弱透水带，但在大坝左岸上更新统粘土层中（81.87~76.17m高程）存在一中等透水带，该层粘土为红黄色夹粉白色钙质网纹，见有溶蚀气孔，实际运行中大坝左岸存在沼泽区与此有关。
大坝左岸为土质边坡，边坡较缓；右岸为岩质边坡，边坡坡角40~45°，甚至更陡，两岸坡均未开挖截水槽，由于右岸边坡太陡，在当时的施工条件下，实际碾压较为困难，根据钻孔注水试验，其结合部位左右两岸的k值分别为5.81×10-4cm/s、1.28×10-3cm/s，因此大坝左右岸坡结合部位存在接触渗漏问题，尤以大坝右岸更为严重，实际运行中大坝右岸渗漏严重主要是由于右岸岸坡接触部位处理较差，存在较大的渗漏问题。
根据勘探资料，左右岸的地下水位分别为79.87m、78.62m，均低于勘测期水位（80.07m），且其下部均存在中等透水带，因此大坝左右两岸均存在绕坝渗漏问题。
坝基下伏有上更新统及全新统冲洪积粘土层及含砾粘土层，根据土工试验成果，上更新统粘土层其粘粒含量为18.5~29.7%，塑性指数均大于10，室内定名为低液限粘土，根据室内颗分成果分析，其破坏型式为流土破坏型，Jcr=（2.71-1）（1-0.842/（1+0.842））=0.92，则J允=0.96/2=0.46，建议上更新统粘土层的允许坡降取0.46，含砾粘土层由于取样较为困难，其允许坡降建议按0.46采取。
全新统粘土层其粘粒含量为10.3~19.1%左右，塑性指数为6.6~12.2，室内定名为低液限粘土，根据室内颗分成果分析，其破坏型式为流土破坏型，Jcr=（2.71-1）（1-0.777/（1+0.777））=0.96，则J允=0.96/2=0.48，建议冲积粘土层的允许坡降取0.40。
3.2.5大坝中部涵管左侧60m处集中渗漏点渗漏原因分析
大坝实际运行中于涵管左侧60m处下游坡脚存在集中渗漏现象，本次于集中渗漏点处布置有tk2，据探坑揭露，表层0.3~0.4m为老土层。
下部为两个直径10cm左右的潜蚀孔，孔内潮湿，土体为红黄色夹粉白色条纹，呈粉状。
勘探期曾见有清水从孔内流出，其时库水位为80.10m左右。
从A-A剖面可以看出，该渗漏点位于一斜坡上，应为坝基土体浅层渗漏，其渗漏原因根以下两方面原因有关：
①当时清基质量较差，原坝基表层清基质量较差，局部为一薄弱环节，形成一渗漏通道，库水经此通道往外渗漏；
②由于产生渗漏的土体为红黄色夹粉白色钙质网状土，土体中见有溶蚀孔洞，在水长期潜蚀作用下，溶蚀孔逐渐增大，逐渐形成渗漏通道。
4大坝坝体质量评价
为查明大坝的土质，填筑质量，分析大坝产生险情的原因，本次勘探我们于大坝布置了9个钻孔，4个探坑，位置详见大坝工程地质平面图。
4.1坝体概况
4.1.1概述
清潭水库于1958年10月开始动工兴建，1959年4月大坝填筑至76.5m高程后停工，同年汛期将大坝右端冲垮，缺口宽10m，深4.5m，目前该缺口仍部份存在，1960年9月复工后大坝填筑至79.0m高程又停工，1964年社教复工把大坝填筑至82.0m高程，当年蓄水试运行，1974年水利冬修把大坝加高3.0m，同时把原涵管封堵，新建一座0.6×0.8m的方涵，从而达到现有规模。
现有坝顶高程84.47~85.02m，坝顶宽约2.5~4.0m，本次勘探最大坝高13.80m，正常高水位为82.46m，坝顶长约295m；上游坡坡率为1:
2.25~1:
2.70；大坝下游坡涵管以右坝顶至73.60m高程间坡率为1:
2.7左右，73.6~73.4m高程间设有一宽约4m的平台，平台以下接反滤棱体，棱体顶高程为72.12~73.5m，棱体外坡坡率为1:
1.5~1:
1.8；涵管以左下游坡坡率为1:
2.45，且下游未设置反滤棱体。
4.1.2坝体填土的构成情况
据施工回忆，大坝填土多来源于近坝的水田及山坡上，为第四系冲洪积层。
据本次勘探，大坝填土多红黄色粘土，土层粘结性中，近大坝右端含有较多的变质粉砂岩碎屑，可塑状，室内定名为低液限粘土。
。
4.1.3坝体填土质量检查
据施工回忆，大坝填筑时每层填土厚100~120cm，碾压工具为四人拉木冲夯及十几个人拉的直径1m的砼磙子。
为了解坝体填土的密实程度，在钻孔中共进行了标贯试验共16次，范围值为6~13击/30cm，平均值为8.0击/30cm，标准差为2.47，变异系数为0.31，说明大坝填筑时碾压不均匀。
为了解坝体填土的压实度，于坝体中取有扰动样做击实试验，其最大干密度为1.56g/cm3，坝体填土的平均干密度为1.45g/cm3，坝体填土的压实度为1.45/1.56=92.9％，不满足均质土质强制性条文规定。
从土工试验总表中可以看出，坝体填土的干密度为1.41~1.61g/cm3，孔隙比为0.682~0.943，压缩系数为0.31~0.53Mpa-1，大都在0.40Mpa-1以上，填土的 颗分0.50mm以上的含量一般为15%左右，局部为25~30％，从上面分析可以看出，坝体填土土质为粘土，局部含砂、砾，室内定名低液限粘土，呈可塑状态，经过人工压实，但压实不均，土体呈中等偏高压缩性，局部为高压缩性。
坝体填土的物理力学指标统计值及建议值表4.1
表4.1坝体填土的物理力学指标统计值及建议值
指标
单位
样本数
范围值
标准差
变异系数
大值平均值
平均值
小值平均值
建议值
物理性质指标
含水率
W
%
9
15.1-29.3
4.05
0.17
25.7
23.5
19.0
23.5
湿密度
ρ
g/cm3
8
1.72-1.96
0.08
0.04
1.89
1.83
1.78
1.83
干密度
ρd
g/cm3
7
1.41-1.61
0.03
0.02
1.48
1.45
1.43
1.45
比重
Gs
9
2.67-2.76
0.03
0.01
2.74
2.72
2.70
2.72
孔隙比
e
7
0.686-0.943
0.045
0.052
0.918
0.878
0.848
0.878
饱和度
Sr
%
8
62.3-91.4
9.14
0.12
87.7
73.2
78.6
73.2
液限
ωi
%
9
33.0-45.2
4.13
0.11
42.8
38.1
35.7
38.1
塑限
ω
％
9
20.5-26.7
1.99
0.09
25.9
22.8
21.9
22.8
抗剪强度
凝聚力
C
kpa
6
19-32.0
4.26
0.17
28.0
25.2
22.3
22.3
内摩擦角
φ
度
6
15.8-20.5
0.88
0.04
20.5
19.9
17.9
17.9
压缩系数
Mpa-1
8
0.25-0.53
0.103
0.26
0.47
0.40
0.29
0.40
压缩模量
Mpa
8
3.51-7.69
1.41
0.29
6.36
4.92
4.06
4.92
允许坡降
8
0.36-0.41
0.39
0.37
0.365
0.36
为了解坝体填土的透水性，在坝体填土中共做了7组渗透试验，于坝体中共进行了16段注水试验，剔除异常值后其统计结果见表4.2
表4.2坝体填土的透水性
室内渗透试验（cm/s）
钻孔注水试验（cm/s）
组数（组）
7
16
范围值
1.60×10-5~7.74×10-4
1.89×10-5~3.10×10-3
平均值
1.50×10-4
6.17×10-4
大值平均值
2.69×10-4
小值平均值
6.09×10-5
建议值（cm/s）
4.43×10-4
综合室内、外试验，建议坝体填土的渗透系数为4.43×10-4cm/s。
从以上分析可以看出，坝体填土的渗透系数不满足均质土坝强制性条文的规定。
4.1.5排水棱体及上游护坡状况
大坝排水棱体位于大坝下游涵管以右至老河床位置，棱体顶高程为72.12~73.5m，棱体外坡坡率为1:
1.5~1:
1.8，为1959年兴建。
现状棱体局部地段缺失。
本次勘探为了检查棱体质量，于棱体中部布置有tk3（详见平面布置图），据探坑揭露，棱体表部多为大块径、强风化变质粉砂岩，下部为碎块状变质粉砂岩夹大量泥质，棱体与坝休接触部位未见有过渡层，直接与坝体填土相接。
大坝上、下游坝面未设置任何防护措施，整个坝面杂草丛生。
4.2坝体存在的主要问题及评价
4.2.1坝体渗漏及渗透稳定问题
该坝体为均质土坝，据本次勘探，坝体填土填筑较为松散，其k为4.43×10-4cm/s，为中等透水层，防渗性能未达到现行规范强制性条文要求；同时该大坝为多期加高坝厚而成，各期施工接触面处处理质量较差，实际运行中大坝左岸在高水位情况下均见有渗漏现象。
同时下游排水体与坝体结合部均未设置过渡料，块石与坝体土直接接触，排水棱体充填有较多泥质，存在淤塞现象，在此情况下很可能引起渗流出逸点出现于下游排水体之上，造成流土破坏，直接影响大坝的安全与稳定。
根据填土的室内颗分成果，坝体填土的破坏型式为流土破坏，坝体填土的允许坡降平均值及建议值见表4.1。
4.2.2坝体变形问题
从工程地质平面图上可以看到，于大坝背水坡离原封堵涵管约15m处见有一塌陷点；同时大坝内坡亦见有多处凹陷，最大塌陷0.3~0.4m。
从工程地质平面图可以看出
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