黑沟水库除险加固工程地质条件分析与评价

常大巍

(丹东市水利勘测设计研究院，辽宁 丹东118001)

1 工程概况

黑沟水库位于元宝区金山镇黑沟村境内，距离丹东市中心15 km。水库主要功能是防洪，兼顾灌溉、养殖等综合利用的小(1)型水库。水库建于大沙河水系炮守营河支流漏河上游，隶属大沙河支流，水库坝址以上集雨面积12.45 km2，总库容279 万m3，水库枢纽工程由拦河土坝、溢洪道、输水洞组成。拦河坝类型为黏土心墙坝，最大坝高17.3 m，防浪墙高0.8 m，坝顶高程77.25 ～77.45 m，坝顶宽4.6 m;大坝芯墙顶宽3 m，中部宽7 m，底部宽5 m，最大芯墙高度为24.7 m;坝顶全长约362 m。输水洞为钢筋混凝土结构，洞径为1.2 m，洞长96.65 m，进口底板高程为60.01 m，出口底板高程为59.59 m。输水洞进口设有启闭塔，塔与大坝间采用工作桥连接。溢洪道位于大坝左侧，为开敞式，由进口侧堰、陡坡段、消力池、海漫等组成。目前水库设计标准是30 a一遇洪水，校核标准为300 a一遇洪水，水库正常蓄水位为72.35 m，死水位为60.01 m。

2 地质状况

黑沟水库位于低丘陵之间，坝址处左岸为独立的低丘陵，右岸山体连续平缓，基本为“U”型河谷地貌。本区处于华北地层区辽东分区营口—丹东小区，库区出露地层有主要为前震旦系花岗岩为主，第四系地层主要分布在大坝和溢洪道下游地带，主要为坡积碎石和和冲洪积砂砾石。库区两岸地势陡峻，相对高差较大，地貌形态有利于地表水及地下水迳流与排泄，而不利于大气降水及地表水的渗入与储存。库区基岩及大坝周边局部节理裂隙发育，形成裂隙空间汇集基岩裂隙水，经常以上升泉的形式出露地表。第四系冲孔隙潜水主要赋存于大坝下游的坡积碎石和冲洪积砂砾石中，受大气降水和河水补给，向库区下游的东南方排泄。

3 工程地质条件分析及评价

3.1 拦河坝坝体质量分析与评价

坝体组成:根据勘察揭露，大坝主体由坝壳土和黏土心墙构成。

坝壳土:黄褐色，稍湿，稍密—中密，由全风化砂混杂角砾及黏性土组成，坝顶揭露厚度为0.8～1.2 m。

黏土心墙:黄褐色，稍湿—湿，硬塑，中压塑性土，沿着坝轴线分布连续，最大揭露厚度为23 m，向大坝两侧厚度逐渐变薄。

排水体:以碎石为主，灰白色，黄褐色，稍湿—湿，粒径2 ～9 cm居多，含量占50%以上，其中混杂少量中粗砂，分布连续，厚度为0.8 ～2.4 m。

浸润线:沿着目前大坝顶中心线延伸方向，由于黏土心墙质量较好，本次勘察在坝体未见明显的自由水位和浸润痕迹。根据垂直于大坝勘察的横断面揭露，在勘察期间坝脚水位埋深为3.6 ～3.8 m，水位为54.90 ～56.93 m。

建议坝身土主要物理力学指标见表1。

表1 坝身土主要物理指标表

坝身土质量评价:通过勘察表明，大坝为黏土心墙坝，心墙分布连续，封闭性好。根据现场钻探表明，坝壳土密实度较好。黏土心墙干密度为1.52 ～1.61 g/cm3，平均干密度为1.56 g/cm3，平均孔隙比为0.72，最大干密度为1.60 g/cm3，平均压实系数为0.98，碾压质量较好，渗透系数为10 ～7 cm/s级别，渗透性为极微透水。背水坡脚排水体不规格，排水功能差。

3.2 坝肩接触带分析与评价

左右岸坝肩直接与山体接触，左岸山体表层为强风化混合花岗岩，右岸山体以全—强风化混合花岗岩为主。根据接触带外观显示，未发现有透水和漏水现象。根据临近钻孔揭露显示，芯墙与基岩接触较好，而且接触面未见明显的透水痕迹。综上所述，因此左右岸坝肩接触带不存在渗漏问题。

3.3 坝基分析与评价

3.3.1 坝基分析

地层特征。坝体主要坐落于强风化混合岩上，局部坐落于全风化混合岩。根据钻探揭露，对坝基及其下部的地层结构特征描述如下:①碎石:黄褐色，棱角状，湿—饱水，密状态，粒径2 ～6 cm居多，含量占50%以上，其中混杂少量中粗砂，厚度为0.6 m，冲洪积与坡积成因，通过坝后坡脚揭露，局部存在，见于ZK6 孔;②砾砂:褐色，稍湿—饱水，稍密，含零星碎石，局部混杂少量黏性土，局部存在，揭露于ZK7 孔，厚度为0.8 m;③全风化混合岩:黄褐色，干—稍湿，其组织结构和矿物成分已全部蚀变，岩块呈胶结土状，强度很低，手易捏碎，局部存在，大坝轴线揭露于ZK1 孔，最大厚度为0.6 m;④强风化混合岩:黄白色、黄褐色，混合粗粒结构，块状构造，主要成分为石英和长石，部分长石已蚀变，岩石强度较低，节理裂隙发育，节理面锈蚀严重，局部岩石呈碎裂化，坝轴线上最大揭露厚度为3.1 m。

建议坝基土主要物理力学指标见表2。

表2 坝基土主要物理力学指标表

坝基承载力分析数据情况详见表3。

表3 坝基土承载力表

3.3.2 坝基质量评价

从多年来的水库运行情况看，大坝未产生明显的变形，运行情况良好，证明地基土的强度满足上部坝体承载能力的需求。根据经验坝体下部的全风化岩和强风化岩的渗透性相对较强，但根据现场钻探揭露，心墙下部的基岩为干—稍湿状态，未发现明显的自由水位，说明基岩节理裂隙的贯通性较差，其与坝体接触带不会产生明显的渗透变形问题［1］。

根据大坝背水坡脚地带外观来看，基本上未发现明显的漏水点，说明大坝坝基基本不存在渗漏问题。但在沿着坝轴线距离右坝端75 m断面上，距离背水坡脚6.8 m处，有一出水点，地面水流沿着与坝轴线大体平行的方向流动。坝体下部的基岩为干—稍湿，岩基内未见明显的透水现象，因此说明该漏水通道未横穿坝基。推测该出水点是附近山体的基岩裂隙水以上升泉的形式在该部位流出。综上所述，坝基不存在渗漏问题。

3.4 输水洞周边地质分析与评价

1)输水洞现状。输水洞为钢筋混凝土结构，洞径为1.2 m，洞长96.65 m，进口底板高程为60.01 m，出口底板高程为59.59 m。洞体内及洞体与坝体接触带未发现明显的漏水现象。

2)输水洞周边现状地质情况。根据勘察的纵横断面显示，输水洞的洞体中部为黏土芯墙包裹，芯墙两侧洞体周边土层为素填全风化砂混杂黏性土组成。

3)现状地质评价。洞体中部由黏土包裹，根据勘察揭露，黏土的密实度较高，碾压质量较好，使洞体外部形成了有效的止水;素填全风化砂混杂黏性土密实度较高，与洞体接触较好。综上所述，输水洞与周边地层接触紧密性较好，不存在接触渗漏问题。

4)参数分析。洞体与芯墙的摩擦系数为f =0.25;洞体与素填全风化砂混杂及黏性为f=0.40;全风化混合岩容许承载力R=300 kPa;强风化混合岩容许承载力为R=500 kPa。

3.5 溢洪道地质分析与评价

3.5.1 溢洪道底板及地基分析与评价

溢洪道现状与存在的问题:底板为钢筋混凝土结构，底板厚度为0.3 m;底板下部为0.15 m厚的碎石垫层;垫层下部为全风化和强风化混合岩。目前，溢洪道底板坡面混凝土破坏严重;底板与地基接触带渗漏严重，斜坡段末端底板曾经被泄流冲毁。

工程地质评价:底板厚度较薄，建基层的埋深不能满足冻胀的要求;溢洪道斜坡段末端与消力池上部陡坡段接触带未设排水孔，该部位易形成积水区，尽而会长期受冻融影响，导致底板强度降低;底板与建基层之间存在碎石垫层，导致底板不能有效的与基岩紧密接触，底板稳定性差，不能满足泄流需要。溢洪道主要物理力学参数详细数据见表4。

表4 主要物理力学参数表

3.5.2 下游海漫地质情况

地层结构:上部为卵石，稍—中密，厚度为3.4 m;中部为全风化混合岩，厚度为0.4 m;底部强风化混合岩石。卵石层主要参数如下:①卵石摩擦系数:f=0.53;②卵石渗透系数k=0.2 cm/s;③卵石容许承载力为250 kPa。

3.5.3 溢洪道两侧翼墙评价

溢洪道翼墙的墙基及墙后土情况。左侧墙基础坐落于全风化和强风化混合岩上，右侧墙基础坐落于强风化混合岩上。上墙后土主要为风化岩和山前坡积的风化砂混杂碎石。主要力学参数详见表5。

表5 墙基及墙后土主要物理力学指标表

工程地质评价。强风化岩承载力较高，适宜做墙基础。但墙基础垂向在溢洪道内侧埋藏较浅，易受冻胀影响。溢洪道侧墙基础断面较小，且左侧墙体局部已产生变形，应验证其稳定性。

4 结论及建议

主要有以下7 点:①坝身土碾压密实度较高，碾压质量较好，黏土芯墙渗透系数很小，能达到良好的防渗效果;②坝基稳定性较好，坝体与坝基接触带不会发生明显的渗透变形和渗漏问题;③坝肩部位，坝体与山体接触的紧密性较好，不存在接触渗漏问题;④输水洞洞体与周边地层接触紧密性较好，不存在接触渗漏问题;⑤溢洪道底板的稳定性较差，底板厚度较薄，地基不满足冻深要求;斜坡段的末端由于没有排水设施，该部位积水后易受冻融影响。建议斜坡段底板拆除重建;⑥本区地震基本烈度为7°，地震加速度为0.15 g;⑦本场地标准冻深为1.00 m。

［1］甘彬.浅谈洋溪水利枢纽坝段的工程地质条件［J］.广西水利水电，2004(01):30－32.