牡丹江市東南溝水庫除險加固工程地質分析與評價

鄧 楊

(黑龍江省牡丹江市干溝子灌溉管理站，黑龍江 牡丹江 157000)

1 概 述

東南溝水庫位于牡丹江市西安區濕春鎮東和村東南溝屯，為牡丹江右岸二級支流，河流全長7.19km。向西距溫春鎮15km，向北距牡丹江市23km，水庫有村村通、縣道和國道與市、鎮相連，交通便利。

項目區屬大陸性中溫帶季風氣候，氣候溫和，冬季嚴寒漫長，春季多風，夏季炎熱短暫多雨，秋季降溫急聚，年平均氣溫4.9℃，多年平均降水量560mm，壩址處多年平均徑流量1455×104m3，無霜期152d。

東南溝水庫始建于1995年，1996年土壩填筑完成，由于水庫建設不配套，2000年后，對水庫進行續建，修建壩頂混凝土路面及進庫混凝土道路，修建消力池后的混凝土板襯砌尾水渠。東南溝水庫是以防洪減災、農田灌溉為主的小(2)型水庫[1]。

2 庫區工程地質條件

2.1 地形地貌

東南溝水庫地處地貌單元為低山丘陵區，所處河流為三道溝河，位于張廣財嶺東南翼，分布有侵蝕構造和侵蝕剝蝕地貌，切割深度<200m，坡度<30°，區內低山縱橫，溝壑眾多，植被一般—較好，林木為人工林和次生林，緩坡處大部分已開懇為耕地。

2.2 地層巖性

地層分區：晚太古代—早侏羅世時期分區屬于興凱湖—布列亞山地層區(Ⅱ)，張廣財嶺—太平嶺分區(Ⅱ1)、海林小區(Ⅱ11)，在庫區分布有上元古界張廣財嶺群正溝組(Pt32z)片理化變質流紋巖；早侏羅世—白堊世時期分區為佳木斯—完達山分區，巖性為白堊系海浪組泥質砂巖或砂質泥巖，在工作區內西南10km大面積分布；第三紀—第四札時期分區屬于大青山—太平嶺分區，該期地層工作區內廣泛出露，為松散覆蓋層，大面積分布于現代河流河床及兩岸[2]。

在工作區侵入巖有局部出露，西部分布有張廣財嶺期二長花崗巖(ηγ23(2))，西部島狀分布有印支期堿性花崗巖(kγ51)和二長花崗巖(ηγ51)。

2.3 地質構造與區域穩定性評價

區內構造斷裂較為發育，對工作區有較大影響的巖石圈斷裂主要有二條：一是牡丹江巖石圈斷裂，為俯沖斷裂，位于工作區東側，相距約5-10km；二是敦化——密山斷裂，為逆地塹式斷裂，位于工作區東南部，相距約25km左右。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)，工作區地震動峰值加速度0.05g，地震基本烈度值Ⅵ度，特征周期0.35s。

2.4 區域水文地質條件

按含水層性質和地下水類型，可將本區地下水劃分為兩大類，即：第四紀松散巖類孔隙潛水和碎屑巖類孔隙、裂隙潛水—微承壓水，區內潛水以大氣降水和側向逕流補給為主，側向排泄于地表水。地下水基本類型為補給——逕流型。本區屬于濕潤—豐濕潤地區，地下水化學類型比較單一，地下水類型主要為HCO3—Ca,Mg，pH值7.2左右。

3 大壩工程地質條件

3.1 壩體工程地質條件

從勘察情況來看，東南溝水庫大壩土料主要由含砂低液限黏土組成，局部有粉土質砂，以夾薄層或透鏡體狀分布。

從鉆探進尺現場來看：鉆孔ZK1、鉆孔ZK2和鉆孔ZK03揭露的壩體土料較均一，變化不大，中部局部(厚度<0.5m)含砂量稍多，狀態由于壩體內水的作用，上部(凍層除外)為可硬可塑，下部為軟可塑。鉆孔ZK2鉆進(沖擊)過程中，上部進尺速度正常，下部縮孔明顯，進尺困難，土的黏性增大?？傊?，東南溝水庫原壩體土料較均一，由含砂低液限黏土組成。

根據《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》(SL251—2000)關于“天然建筑材料質量技術要求”，壩體土料土工試驗成果見表1，壩體填筑土料質量評價成果，見表2。均質壩的土料質量指標中可以看出，壩體物理性質指標基本滿足“質量技術要求”，壩體質量基本合格。

表1 壩體土料土工試驗成果統計表

表2 壩體填筑土料質量評價表

3.2 壩基工程地質條件

3.2.1 壩基工程地質條件

壩址所處地貌單元為低山丘陵，地形為對稱“U”形山間溝谷，兩岸為低山丘陵區，鄰壩山坡為陡坡或斜坡，山體或丘陵為渾園狀，植被良好，兩岸地勢傾向河谷，東南溝河大致自南向北流經壩址；地面高程350-400m，相對切割深度<50m。

通過對兩岸巖體露頭現場測繪來看，壩址區巖體層理以緩傾狀為主，傾角<15°，巖體節理裂隙較發育—較不發育，多為陡傾狀。初步分析，壩址處不良地質現象不甚發育。

本次勘察揭露的壩基地層巖性自上面下依次為：

1)第四系全新統洪積、沖積堆積物(pl+alQ3)

(1)含砂低液限黏土①：主要分布于河谷底部表層，灰色、灰黑色，濕—飽水，可塑，含砂30%-40%，厚度1.0-2.0m，中間厚、兩側薄。

(2)含細粒土砂②：黃色，黃灰色，中密，飽水，含少量礫最大粒徑25mm，礫粒多為次園、次棱角狀，巖性以花崗巖、安山巖、玄武巖為主，弱風化。

2)第四系全新統大陸停滯水堆積物(flQ4)

有機質土③：根據鉆孔ZK02和鉆孔ZK03揭露情況，為黑色、灰黑色，有腐臭味，濕—飽水，厚度0.3-0.8m，該層上段以泥炭土為主，分布有大量下段未完全腐爛的植物根系、皮莖明顯減少或無，主要為泥炭質土或淤泥。

3)中生界白堊系猴石溝組沉積巖(K1-2h)

⑴泥質礫巖、泥質砂巖④：下伏于第四系全新統地層?；疑?、灰白色、黃色，基底式和接觸式泥質膠結，層狀構造，強度中等，較完整—較破碎，水理穩定性中等，遇水遠易軟化，砂粒礦物成分以長石和石英為主，磨園度一般。

3.2.2 壩基巖(土)體特征

3.2.2.1 土的物理力學指標

根據現場目測和簡易試驗，并結合經驗，其物理力學指標建議取值如下：

1)含砂低液限黏土①(經驗值)：天然重度γ=1.86kN/m3、含水量ω=24%、比重Gs=2.72；滲透系數k=5.0×10-6cm/s ，允許承載力[R]=130 kPa,抗剪強度標準值水上c=26kPa，φ=8°、水下c=22kPa，φ=6°。建議J允許=0.35。

2)含細粒土砂(經驗值)②：天然重度γ=1.96kN/m3、含水量ω=17.5%、比重Gs=2.68；滲透系數k=2.3×10-2cm/s ，允許承載力[R]=200 kPa,抗剪強度標準值水上c=25kPa、水下c=21kPa。

3)有機質土(經驗值)③：天然重度γ=1.65kN/m3、含水量ω=80%、比重Gs=2.68；滲透系數k=2.0×10-6cm/s ，允許承載力[R]=100 kPa，抗剪強度標準值水上c=15kPa，φ=2°、水下c=10、kPa，φ=0°。

3.2.2.2 巖體的物理力學性質

1)壩基巖體風化特征：

a)全風化帶：

全風化帶垂直厚度<1m，主要分布壩端原山麓斜坡，原河谷處缺失。巖體結構為散體結構，土狀，含礫、砂，最大可見8cm，按土的顆粒組成似粉土質礫或粉土質砂。細粒土為可塑—硬塑狀，黃色。

b)強風化帶：

強風化帶垂直厚度1.1-1.5m，巖體為碎裂結構—散體結構，黃色、灰白色，巖塊強度中等，用力可擊碎。巖芯呈碎塊狀，偶有短柱狀。

經驗類比分析，抗剪強度指標建議取值：水下φ=23°、c=7kPa，天然重度(飽水)rsat=20.5kN/m3、比重Gs=2.68。

c)弱風化帶：

弱風化帶巖體本次沒有揭穿，從鉆探巖芯和邊坡露頭來看，巖體結構主要為塊狀結構，裂隙中等發育，巖芯為短柱狀，長柱狀少，RQD值<40%。裂隙間具有較多的次生泥化或充填的夾泥層。完成一個階段的壓水試驗二孔(ZK1、ZK2)二段，q1=10.5Lu、q2=3.1Lu，平均透水率q=6.8Lu，為弱透水性。

3.3 泄洪洞工程地質條件

泄洪洞位于大壩右側，為鋼筋混凝土5m×5m方型豎井結構，洞身為壩下埋2孔方涵型式，結構型式為現澆鋼筋混凝土。涵洞內高2.0m、寬1.5m，洞身長42m，后設坎式混凝土消力池，接混凝土襯砌尾水渠。通過調查，泄洪洞沿線無構造破碎和活斷層，不良地質現象不發，場地穩定性較好。

從鉆探資料來看，東南溝水庫泄洪洞底板座于中生界白堊系上—下統猴石溝組砂巖、礫巖弱風化帶上，巖體完整性較好，巖塊強度較高，變形模量較高，為弱透水性，工程地質條件良好。

3.4 壩肩工程地質條件

左壩肩和右壩肩地貌單元為低山丘陵，近壩山坡為斜坡和緩坡，植被一般，邊坡為巖質邊坡，邊坡上部有少量殘積、坡積松散層，厚度<1.5m 。壩肩巖體為中生界白堊系猴石溝組砂巖、礫巖，巖體風化程度較高，巖體破碎，全風化和強風化巖體為散體結構和碎裂結構，厚度3-6m，邊坡破壞以剝落、流動為主，發生較大規模的滑坡、泥石流的可能性不大，近壩岸坡不良地質現象不發育，邊坡穩定性較好。

4 工程地質條件評價

4.1 庫區工程地質條件評價

東南溝水庫為山區水庫，通過調查，水庫兩岸不具備滲漏地形、地質、構造和地層條件，東南溝水庫庫區不存在永久性滲漏病害。

庫區兩岸為巖土混合邊坡，表部大多是砂土，少量為粉土和低液限黏土，厚度<1-10m，坡度一般<10°-30°，局部40°；下部是基巖，新鮮巖石為堅硬巖，抗沖、抗風化性能較強，經驗分析判定，東南溝水庫庫區塌岸輕微，目前庫區岸坡已趨穩定。東南溝水庫庫區沒有嚴重的塌岸病害。

水庫上游沒有房屋，不存在房屋浸沒問題;水庫上游兩岸分布有大量耕地，為緩坡或斜坡，侵蝕類型為面蝕，發育有沖溝，面蝕程度中等，水庫存在少量淤積問題。耕地地面高程>400m，最低處高出興利水位2-4m，興利水位的情況下不存在浸沒問題。

東南溝水庫位于東南溝中上游，庫區周邊為低山丘陵，河谷為“U”型山谷，兩側庫岸穩定性較好。庫區兩岸山坡以斜坡為主，局部為陡坡，坡腰、坡頂為林地，植被一般，耕地較多，耕地面積10hm2左右，沖溝較發育，沖溝密度1-2條/km，深<2m，寬2-5m，長度<1km，水土流失以面蝕為主，面蝕強度分級為輕度，水庫產生少量淤積。

庫區構造穩定，地震動峰值加速度0.05g，地震設防烈度為Ⅵ，特征周期0.35s。

4.2 壩體、壩基工程地質條件評價

現場調查測繪，東南溝水庫壩體有漏水現象，勘測期間發現壩體集中滲漏一處，位于壩體下游樁號0+125、距壩腳35m左右處，表現為面積約100m2濕地，生長有喜水植物，此處有兩個集中滲漏點，形成水流，現場簡易量測，兩處滲漏流量<0.0005m3/s左右，，估算年滲漏量為Q=1.27×104m3/a。占興利庫容的5.9%。

根據勘探和現場試驗，初步分析,壩基滲漏是由于建庫時壩基截水槽較淺，截水效果不好所致，滲漏層位是沒有完全清除的砂礫石層和沒有進行處理的基巖表部強風化帶上部松散土層。

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB50287—99)，對臨界水力比降計算值取安全系數1.5，并參照無黏性土允許水力比降經驗值表M，建議允許水力比降取值：J允=0.15。

4.3 壩體質量及泄洪洞工程地質條件評價

壩休土料主要為低液限黏土、含砂低液限黏土，粉土質砂和有機土，壩體土料粒均勻，土料質量較好，壩體質量中等—較好，無明顯質量問題。

泄洪洞底板座于砂巖、礫巖弱風化帶上，地基工程地質條件良好。

5 結 論

1)壩體、壩基滲漏問題，根據用水分析和穩定評價結果確定防滲措施。

2)對壩肩邊坡進行處置，清除危巖等，防止汛期邊坡變形，堵塞溢洪道。

3)溢洪道泄洪洞出口抗沖能力偏低，建議加固。

[1]牡丹江市水利水電勘測設計有限公司.黑龍江省牡丹江市東南溝水庫除險加固初步設計報告[R].牡丹江：牡丹江市水利水電勘測設計有限公司，2017.

[2]牡丹江市水利勘測設計研究院.黑龍江省牡丹江市東南溝水庫大壩安全簡鑒定報告[R].牡丹江：牡丹江市水利勘測設計研究院，2012.