桐柏县学堂沟水库工程地质分析

周晔，贾跃东，李霞，李中泽

（桐柏县水利局）

1 工程概况

学堂沟水库位于桐柏县淮源镇仓房村，系唐白河流域三夹河支流上，水库控制流域面积2.95 km2，主河道长3.00 km，河道平均比降1.57×102，大坝为粘土心墙坝，坝顶高程240.77～241.93 m，最大坝高21.88 m，坝长100 m。水库于1965 年2 月开工，1966 年9 月竣工，是一座集防洪、灌溉为主，结合养殖等综合利用的小（2）型水库。按20 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核，总库容23.10 万m3，兴利库容14.00 万m3，水库下游有宁西铁路、312国道、欧亚光缆等重要交通通讯设施，涉及人口0.30万人，耕地333.33 hm2，地理位置重要。

2 工程勘察

按照学堂沟水库除险加固工程初步设计勘察技术要求，工程勘察的任务和要求主要为：对库区进行地质调查，对库区地形地貌、地层岩性、地质构造及存在的库区工程地质问题如渗漏、塌岸、淤积进行评价。进行坝址区1：1 000地质测绘，结合钻孔资料查明坝址区地形地貌、地层岩性、地质构造，对各建筑物工程地质条件进行评价。通过现场调查、访问、收集资料，结合钻孔揭露情况，调查坝基防渗型式、坝体与岸坡的结合情况、运行过程中是否出现坝基、坝肩渗漏、坝体裂缝、塌陷、滑坡、散浸等情况及处理措施；调查溢洪道、输水洞运行过程中出现的险情。取坝体土样进行击实试验，按压实度0.95对坝体填筑质量进行评价，提供坝坡稳定计算所需的物理力学参数建议值。对砂壳取样进行密度、含水量、颗分试验，进行现场注水或渗水试验。对土料、砂料及石料进行勘察试验，对产地、质量、储量进行评价。

3 坝址区工程地质

3.1 坝体

粘性土填筑料：钻孔注水试验渗透系数算术平均值4.81×10-5cm/s，大值平均值5.65×10-5cm/s，属弱透水。

风化砂填筑料：根据室内土工试验成果，风化砂干密度范围值1.65～1.72 g/cm3，算术平均值1.69 g/cm3；相对密度范围值Dr=0.52～0.74，算 术 平 均 值0.66，Dr≥0.70 的 占 总 数 的33.30%。钻孔注水试验渗透系数算术平均值3.61×10-4cm/s，大值平均值3.81×10-4cm/s，属中等透水。

3.2 坝基

大坝坝基由左坝肩、河槽段及右坝肩组成。左坝肩（桩号0+000～0+015）自然坡度40～50°，岩性为弱风化花岗岩，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。河槽段坝基岩性为弱风化花岗岩，揭露厚度为5.00 m，岩石透水率5.04～5.28 Lu，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。右坝肩（桩号0+060～0+100）自然坡度30～40°，坝基岩性为强风化花岗岩，岩石透水率4.26 Lu，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。

3.3 溢洪道

溢洪道地层岩性主要加力东期花岗岩，为灰白色、斑状结构、块状构造，地表出露的岩石多为弱风化。两岸边坡，坡度较陡，坡度60～80°，岸坡岩性弱风化花岗岩，因溢洪道发育有一断层，断层带内岩石破碎，且岩石裂隙发育，边坡不稳定。溢洪道底板从进口到出口岩性为弱风化花岗岩，裂隙发育，在溢洪道底板处发育一断层F1，断层带宽4.00 m，深6.00 m，断层带内岩石破碎，有糜棱岩，断层走向262°，倾向172°，倾角65°。

4 坝址区工程地质及水文地质条件评价

岩性为弱风化花岗岩，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。河槽段（桩号0+015～0+060）：坝基岩性为弱风化花岗岩，揭露厚度为5.00 m，岩石透水率5.04～5.28 Lu，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。右坝肩（桩号0+060～0+100）：右坝肩自然坡度30～40°，坝基岩性为强风化花岗岩，岩石透水率4.26 Lu，弱透水，承载力特征值1 000 kPa。工程地质条件较好。

5 坝体质量检查

5.1 坝体存在的险情

坝顶有2.90～3.30 m 厚的风化砂，上下游坝坡为风化砂，渗透性不满足规范要求。坝顶路面凹凸不平，坝迎水坡护坡石零乱，坝坡淘刷严重。下游坝坡无上坝台阶路，无排水沟，坑洞较多，坝坡凹凸不平，局部塌陷变形。

5.2 坝体土压缩性评价

粘性土填筑料：根据室内压缩试验成果，压缩系数范围值0.21～0.35 MPa-1，算术平均值0.26 MPa-1；压缩模量范围值4.50～7.80 MPa，算术平均值6.30 MPa，中等压缩性。

风化砂填筑料：根据室内压缩试验成果，风化砂压缩系数范围值0.17～0.23 MPa-1，算术平均值0.20 MPa-1；压缩模量范围值4.30～5.90 MPa，算术平均值5.10 MPa，中等压缩性。

5.3 坝体土抗剪强度

风化砂填筑料：根据室内试验成果，风化砂自然快剪指标算术平均值C=0 kPa、φ=31.30°，小值平均值C=0 kPa、φ=29.70°。

5.4 坝体渗透性评价

粘性土填筑料：含砾粉质粘土砾石含量（＞2.00 mm）占1.70%，砂粒含量（＞7.50×102mm）占29.00%，粉粒含量（7.50×102～5.00×103mm）占39.50%，粘粒含量（＜5.00×103mm）占29.80%；渗透系数算术平均值1.55×10-5cm/s，大值平均值2.18×10-5cm/s；钻孔注水试验渗透系数算术平均值4.81×10-5cm/s，大值平均值5.65×10-5cm/s，属弱透水。

风化砂填筑料：砂粒含量（＞7.50×102mm）占90.60%，粉粘粒含量（＜7.50×102mm）占9.40%；渗透系数算术平均值3.84×10-4cm/s，大值平均值4.04×10-4cm/s；钻孔注水试验渗透系数算术平均值3.61×10-4cm/s，大值平均值3.81×10-4cm/s，属中等透水。

6 溢洪道工程地质条件评价

6.1 基本情况

溢洪道位于大坝左侧约31.00 m 的低凹处，为人工开挖开敞式沟槽，进口高程237.14 m，长118.00 m，底宽8.00 m，最大泄流量178.00 m3/s。

6.2 工程地质条件评价

溢洪道地层岩性主要加力东期花岗岩，为灰白色、斑状结构、块状构造，地表出露的岩石多为弱风化。两岸边坡，坡度较陡，坡度60～80°，岸坡岩性弱风化花岗岩，因溢洪道发育有一断层，断层带内岩石破碎，且岩石裂隙发育，边坡不稳定，建议对两岸边坡进行削坡处理，施工边坡采用坡率1.00∶0.75，并进行护砌处理。

溢洪道底板从进口到出口岩性为弱风化花岗岩，裂隙发育，在溢洪道底板处发育一断层F1，断层带宽4.00 m，深6.00 m，断层带内岩石破碎，有糜棱岩，断层走向262°，倾向172°，倾角65°。建议对断层带进行回填处理，并对溢洪道底板进行护砌。

7 结论与建议

库区第四系堆积物在库岸坡脚、冲沟中，植被较好，淤积量不大。大坝左、右坝肩及河槽段坝基岩性为弱风化花岗岩，花岗岩弱透水。工程地质条件较好。

坝体填筑材料在高程238.00 m以上及上、下游坝坡为风化砂，下部填筑材料以含砾重壤土。坝体填筑含砾重壤土击实试验最优含水量为18.35%，最大干密度为1.72 g/cm3，干密度合格率为88.20%；坝体填筑风化砂最大干密度1.85 g/cm3，最小干密度1.45 g/cm3，相对密度合格率为33.30%。输水洞周围坝体渗透系数K=5.76×10-5cm/s，弱透水；输水洞基础座于弱风化花岗岩中，弱透水，承载力特征值1 000 kPa，工程地质条件较好。

溢洪道底板从进口到出口岩性为弱风化花岗岩，裂隙发育，应对底板进行护砌处理，并对溢洪道底板处的F1断层破碎带进行回填处理。