馮　慧

(朝陽(yáng)市供排水管理處，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

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凌源市柏杖子水庫(kù)工程地質(zhì)條件分析與評(píng)價(jià)

馮慧

(朝陽(yáng)市供排水管理處，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

摘要：柏杖子水庫(kù)位于凌源市刀爾登鎮(zhèn)，屬灤河水系青龍河流域上游二級(jí)支流，柏杖子河中游。該水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖的綜合性水利工程。文章闡述了該水庫(kù)的基本概況，著重對(duì)水庫(kù)區(qū)域的工程地質(zhì)狀況與壩址區(qū)工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)，為柏杖子水庫(kù)除險(xiǎn)加固建設(shè)提供了詳細(xì)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)，也為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；水文地質(zhì)；工程地質(zhì)；壩址區(qū)；條件評(píng)價(jià)

1工程概況

柏杖子水庫(kù)位于凌源市刀爾登鎮(zhèn)，屬灤河水系青龍河流域上游二級(jí)支流，柏杖子河中游。在距河口6 km處匯入青龍河，柏杖子河流域全長(zhǎng)14 km，流域面積50 km2，水庫(kù)控制面積25.0 km2，占全流域面積的50%。多年平均徑流量357 萬(wàn) m3。該水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖的綜合性水利工程。水庫(kù)于1971年3月20日開(kāi)工建設(shè)，1975年建成并投入使用。水庫(kù)由刀爾登鎮(zhèn)政府管理。水庫(kù)當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)是200 a一遇，總庫(kù)容405 萬(wàn) m3，正常蓄水位庫(kù)容234 萬(wàn) m3，設(shè)計(jì)庫(kù)容323 m3，死庫(kù)容42 萬(wàn) m3，柏杖子水庫(kù)樞紐工程主要由土壩、左岸開(kāi)敞式溢洪道，左岸放水設(shè)施等組成。該水庫(kù)運(yùn)行多年來(lái)，未曾維修和建設(shè)。1975—1986年，柏杖子水庫(kù)轉(zhuǎn)由凌源市柏杖子村管理，為更好發(fā)揮水庫(kù)的社會(huì)效益和工程效益，1986—2007年由刀爾登鎮(zhèn)政府管理。

2區(qū)域地質(zhì)狀況

2.1　自然地理概況

凌源市柏杖子水庫(kù)位于凌源市刀爾登鎮(zhèn)柏杖子村，為大陸性干旱氣候，冬夏季長(zhǎng)，春秋季短，冬季寒冷，夏季炎熱，春、秋季多風(fēng)。據(jù)凌源市氣象站資料，多年平均氣溫8 ℃，1月份平均-10.5 ℃，7月份平均23.9 ℃，多年平均降水量550.0 mm，多年平均蒸發(fā)量1 200 mm。區(qū)內(nèi)無(wú)霜期多年平均為154 d，凍結(jié)期為10月下旬，解凍期為4月中旬，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.20 m。

2.2　地形地貌

凌源市柏杖子水庫(kù)地貌類型屬低山丘陵區(qū)，壩址處為“U”型河谷，河谷寬約200 m，左岸較緩，巖石裸露；右岸較陡，多為植物覆蓋。壩址區(qū)以上兩岸山體雄厚，下游河谷逐漸開(kāi)闊，地貌逐漸向丘陵區(qū)過(guò)渡[1]。

2.3　地層巖性

凌源市柏杖子水庫(kù)大壩兩岸山體巖石裸露，為中元古界薊縣系霧迷山組白云巖，壩址處與庫(kù)區(qū)見(jiàn)有第四系沖洪積砂礫卵石、粉質(zhì)黏土，下伏薊縣系霧迷山組白云巖[2]。

2.4　地質(zhì)構(gòu)造與地震

凌源市柏杖子水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造單元屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶遼西臺(tái)陷朝陽(yáng)穹褶斷束、晚燕山期松嶺子盆地。壩址區(qū)內(nèi)未見(jiàn)明顯斷裂構(gòu)造，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，壩址區(qū)與庫(kù)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂構(gòu)造。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)確定，庫(kù)區(qū)抗震設(shè)防烈度為6°，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05 g，反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

2.5　水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積孔隙潛水與基巖風(fēng)化裂隙水。第四系松散堆積孔隙潛水分布于庫(kù)區(qū)內(nèi)與壩址下游溝谷中，含水層巖性為砂礫卵石，含水層厚度2～5m，地下水埋深2～4m，富水性較好，地下水水化學(xué)類型為重碳酸鈣型水，接受大氣降水入滲、基巖風(fēng)化裂隙水徑流補(bǔ)給。基巖風(fēng)化裂隙水分布于壩址區(qū)與兩壩端基巖風(fēng)化裂隙帶中，由于山高谷深大氣降水是基巖風(fēng)化裂隙水主要補(bǔ)給源，水庫(kù)高水位蓄水后，也可經(jīng)壩端繞滲獲得水庫(kù)水補(bǔ)給，含水層厚度與風(fēng)化帶厚度相關(guān)，富水性較差，地下水水化學(xué)類型為重碳酸鈣型水[3]。

3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1　攔河壩工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

3.1.1壩體工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

柏杖子水庫(kù)大壩為黏土心墻壩。經(jīng)鉆探揭露，水庫(kù)大壩筑壩粉質(zhì)黏土、黏土填筑密實(shí)程度不均勻，粉質(zhì)黏土質(zhì)量密度1.62～1.67 g/cm3，黏土質(zhì)量密度1.62～1.70 g/cm3，多處含有砂、礫石與白云巖碎屑成分，滲透系數(shù)1.60×10-5～9.50×10-5cm/s；ZK1號(hào)孔3.00～4.80 m(標(biāo)高378.80～377.00 m)為素填碎石層，滲透系數(shù)0.04 cm/s，大壩整體存在滲漏隱患。根據(jù)壩體取樣試驗(yàn)指標(biāo)，壩體(心墻)土物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1及表2。壩體外殼為填筑碎石，碎石母巖成分以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，粒徑以2～5 cm為主，密度1.68～1.72 cm3,穩(wěn)定坡腳水上32°，水下27°，滲透系數(shù)7.5×10-3cm/s。

表1　壩體心墻黏土②-1主要物理力學(xué)指標(biāo)表

表2　壩體心墻粉質(zhì)黏土②-2主要物理力學(xué)指標(biāo)表

3.1.2壩基工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

凌源市柏杖子水庫(kù)大壩兩岸山體巖石裸露，為中元古界薊縣系霧迷山組白云巖，壩址處與庫(kù)區(qū)見(jiàn)有第四系沖洪積砂礫卵石、粉質(zhì)黏土，下伏薊縣系霧迷山組白云巖。

1)中元古界薊縣系霧迷山組白云巖：大壩兩岸山體裸露地表?；野咨液谏?，地表巖石強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化層厚度4～5 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙發(fā)育組數(shù)眾多，裂隙面參差不齊，裂隙寬度0.5～3.0 mm，大多未充填，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，層理狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀傾向110°～125°、傾角40°～53°。壩址下經(jīng)鉆探揭露：白云巖強(qiáng)風(fēng)化層頂標(biāo)高349.90～371.20 m，厚度1.90～4.60 m，灰白色～灰褐色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本保持，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，層理狀構(gòu)造，巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。白云巖中風(fēng)化層頂標(biāo)高348.00～366.60 m，厚度1.30～2.70 m，灰黃色～灰白色，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，層理狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙一般發(fā)育，巖芯呈短柱狀，RQD值28%～30%。白云巖微風(fēng)化層頂標(biāo)高346.70～363.90 m，厚度1.80～3.10 m，灰白色～灰黑色，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，層理狀構(gòu)造，裂隙不發(fā)育，巖芯呈長(zhǎng)柱狀，RQD值69%～72%。白云巖層頂標(biāo)高343.60～361.50 m，揭露厚度1.40～2.30 m，灰黑色，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，層理狀構(gòu)造，巖芯呈長(zhǎng)柱狀，RQD值83%～85%。

2)第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、砂礫卵石：根據(jù)水庫(kù)大壩筑壩資料，壩址區(qū)沉積的砂礫卵石層厚度2～3m，清基時(shí)已清除。庫(kù)區(qū)內(nèi)見(jiàn)有砂礫、卵石，黃褐色～灰褐色，顆粒級(jí)配一般，顆粒形狀以亞圓形為主，顆粒無(wú)序排列，粒徑以5～50 mm為主，母巖成分以砂巖、灰?guī)r、白云巖為主，礫石間為砂質(zhì)充填，見(jiàn)有卵、漂石，稍密狀態(tài)。壩址下經(jīng)鉆探揭露見(jiàn)有粉質(zhì)黏土層。粉質(zhì)黏土③層在ZK1號(hào)孔26.00～31.90 m(標(biāo)高355.80～349.90 m)，見(jiàn)有分布，黃褐色～深褐色，稍濕，可塑狀態(tài)，切面稍有光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性較高，干強(qiáng)度較高。揭露最低建基面高程為355.80 m。

3)壩基巖土體透水性分析。經(jīng)鉆探揭露：水庫(kù)大壩修筑前右岸清基不徹底，ZK1號(hào)孔26.00～31.90m(標(biāo)高355.80～349.90m)見(jiàn)有粉質(zhì)黏土，黃褐色～深褐色，稍濕，可塑狀態(tài)，切面稍有光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性較高，干強(qiáng)度較高，滲透系數(shù)1.10×10-5～1.60×10-5cm/s。水庫(kù)壩址下巖石風(fēng)化層厚度6.30～9.70m，巖石單位吸水量0.017～0.033 L/min·m2，存在滲漏隱患。白云巖強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化層地基承載力特征值500～800 kPa；水庫(kù)大壩座落在強(qiáng)風(fēng)化白云巖與粉質(zhì)黏土層上，地基承載力特征值110～500 kPa，基本滿足水庫(kù)大壩強(qiáng)度要求[4]。

3.1.3壩肩工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，水庫(kù)兩壩端白云石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙發(fā)育，組數(shù)較多，風(fēng)化層厚度6.30～9.70 m，水庫(kù)建設(shè)與使用中均未進(jìn)行灌漿處理，水庫(kù)高水位蓄水后在筑壩粉質(zhì)黏土、黏土與巖石風(fēng)化層接觸部位易產(chǎn)生滲漏。

3.2　溢洪道工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

溢洪道位于水庫(kù)左岸岸邊，依山開(kāi)挖。屬于開(kāi)敞式溢洪道，溢洪道堰型為駝峰堰。溢洪道處基巖為薊縣系霧迷山組白云巖，屬中硬質(zhì)巖石，中等風(fēng)化為主，見(jiàn)有強(qiáng)風(fēng)化。強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化層地基承載力特征值500～800 kPa?，F(xiàn)狀岸坡較穩(wěn)，露頭裂隙較發(fā)育，局部可能發(fā)生崩落掉塊現(xiàn)象，高水位蓄水時(shí)可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

3.3　輸水洞工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

柏杖子水庫(kù)放水建筑物位于溢洪道左側(cè)，現(xiàn)狀為穿山放水設(shè)施型式。放水設(shè)施為鋼筋混凝土馬蹄形涵管，直徑1.0 m，管洞長(zhǎng)70.0 m，進(jìn)口高程366.6 m。圍巖以為薊縣系霧迷山組白云巖，為主，見(jiàn)有脈巖和蝕變帶，屬中硬質(zhì)巖石，中等風(fēng)化為主?，F(xiàn)狀較穩(wěn)定。進(jìn)水口山體較高陡，可能發(fā)生崩落掉塊現(xiàn)象。輸水洞距大壩較遠(yuǎn)，相互之間不利影響比較小。

4結(jié)論與建議

經(jīng)過(guò)對(duì)勘察資料和工程運(yùn)行情況分析，柏杖子水庫(kù)目前工程整體運(yùn)行情況無(wú)重大不良地質(zhì)問(wèn)題出現(xiàn)，具體結(jié)論與建議如下：

1)水庫(kù)庫(kù)區(qū)及壩址區(qū)工程地質(zhì)條件較好，經(jīng)鉆探驗(yàn)證水庫(kù)壩址下巖石風(fēng)化層厚度6.30～9.70 m，巖石單位吸水量0.017～0.033 L/min·m2，存在滲漏隱患；經(jīng)鉆探驗(yàn)證水庫(kù)大壩填筑粉質(zhì)黏土、黏土密實(shí)程度不均勻，多處含有砂、礫石與白云巖碎屑成分，滲透系數(shù)較大，存在滲漏隱患。建議及早進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固，消除安全隱患。

2)凌源市柏杖子水庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造單元屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶遼西臺(tái)陷朝陽(yáng)穹褶斷束、晚燕山期松嶺子盆地。壩址區(qū)內(nèi)未見(jiàn)明顯斷裂構(gòu)造，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，壩址區(qū)與庫(kù)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂構(gòu)造。區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。

3)沒(méi)有水庫(kù)浸沒(méi)和坍岸問(wèn)題。整個(gè)庫(kù)區(qū)坍岸問(wèn)題不嚴(yán)重，至今沒(méi)發(fā)生對(duì)水庫(kù)有影響的坍塌事故。但位于壩址右岸庫(kù)水位以上部位的邊坡，巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，表部由坡積碎石土組成，建議削坡或其他有效處理措施處理，若采用削坡處理，建議坡比為1∶1。

4)筑壩材料儲(chǔ)量豐富，運(yùn)距較近，場(chǎng)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.20 m，可以滿足工程設(shè)計(jì)要求。

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[作者簡(jiǎn)介]馮慧(1978-)，女，遼寧朝陽(yáng)人，工程師，研究方向?yàn)樗姽こ淘O(shè)計(jì)、水利工程施工、污水處理等。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號(hào)：P64

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0154-03