马家山水库主要地质勘察内容及评价分析

李勇

（三明市明兴水利水电勘察设计有限公司，福建 三明 353000）

1 勘察目的与要求

首先要查明整个工程区地层结构、各层分布深度、厚度和垂直及水平方向的变化规律、软土层、强透水层、砾石层等分布情况及其性状和各层土的物理力学性质，并对透水层的渗透性、渗透稳定、库岸稳定等进行评价。其次查明工程区的地层相对隔水层和透水层的埋深，厚度和特性，查明基岩的岩性组成、结构、构造、透水性、风化程度等，并确定相对隔水层或基岩的连续性和有效性，分析地下水类型、水位变化规律及水质特征，并提出建议和防渗措施。最后提供天然建筑材料料场位置，储量及其物理力学指标。

2 工程概况

马家山水库位于关河右岸，建设均质土坝，主坝坝顶长度160 m，坝高最大为15.50 m；副坝坝顶长度260 m、坝高最大为15.30 m，库底设计高程1 250.00 m，总库容175万m3，死库容3.80万m3。水库防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核。主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、引水建筑物等级为四级；次要建筑物为5级建筑物；临时建筑物为5级建筑物。

3 库区工程地质条件及评价

地层岩性：库区主要地层包括第四系中更新世（Q2）、上更新世（Q3）、全新世（Q4）；构造与地震：此区位于黄河左岸吕梁山西坡经向挠褶带北端，经此次工程地质勘察，库区未发现大的不利构造断裂通过。此区基本地震动峰值加速度为0.1 g，地震基本烈度Ⅶ度；水文地质条件：根据不同的含水层性特性可将库区地下水分为两大类，即岩溶裂隙水、松散岩类孔隙潜水。

4 库区工程地质问题及评价

4.1 库区渗漏

区域地质条件对水库的建设十分有利，其左岸为关河二级阶地，底部为细砂淤泥。右岸地层岩性为第四系上更新世风积黄土，经注水实验和室内实验测试可知其水平渗透率为1.09×10-5cm/s～8.80×10-5cm/s，属于弱透水层。

4.2 库岸稳定及水库淤积

水库的右岸为黄土梁，河床较高，坡度较大，土体疏松，属于第四系上更新世风积黄土，地质状况较差。左岸段为关河二级阶地，出露地层岩性为粉土。

4.3 水库浸没

现场勘察结果显示该库区地形为黄土丘陵，总体上没有水库浸没问题。主要建筑物变电站距库岸100～180 m，浸润线低于建筑物地下水临界深度2.80 m，故也不存在浸没问题。

5 坝址区工程地质及评价

5.1 主坝址区工程地质条件

地层岩性：水库坝址区出露及揭露的地层岩性为第四系中更新世（Q2）、上更新世（Q3）、全新世（Q4）。

水文地质情况：该水库主坝址区地下水属松散岩类孔隙水，地下水位埋深35.70～36.10 m，标高为1 194.10～1 194.20 m。

5.2 主坝址区主要工程地质问题及评价

5.2.1 坝基渗漏

该水库坝顶长度160 m，坝高最大为15.50 m，蓄水位正常高程1243.92 m，坝基地层岩性为第四系全新统冲积物，岩性为①4-1 粉土，灰黄色，松散，层厚4.70 m，水平渗透率为9.32×10-5cm/s，属于弱透水层；钻孔取芯试验分析显示坝基不存在天然露头，因此，可忽略渗漏问题。

5.2.2 坝基渗透变形评价

初判：坝基渗透系数0.09 m/d，蓄水后水库出现渗透变形，初判坝基粉土渗透变形为流土。

复判：根据下式计算流土破坏临界水力比降：

式（1）中：Jcr—土的临界水力比降；Gs—土的比重；n—土的孔隙率。

经计算，①4-1 层粉土渗透变形为流土，临界水力比降为0.82～0.98，安全系数取2，允许水力比降为0.41～0.49。建议允许水力比降为0.41。

5.2.3 坝基地震液化问题及评价

初步判别：通过钻孔取芯试验分析可知河床17.70～18.60 m以上属于第四系全新统冲积（Q4al）粉土及淤泥质粉质粘土透镜体；坝基地质勘察结论见表1。

表1 坝基地质勘察结论数据表

复判：根据标准贯入试验锤击数法对河床第四系全新统冲积（Q4al）①4-1、①4-5、①4-7层粉土进行液化判别，判别深度不超过15.00 m。按相关勘察规范要求，N＜Ncr时，可判定为液化土。其中N 表示标准贯入点在地下ds（m）深处的标准贯入击数，按照下列公式贯穿次数计算临界标准贯入击数：

其中：Ncr表示液化判别标准贯入锤击数临界值；N0表示液化判别标准贯入锤击数基准值，取8；ds表示饱和土标准贯入深度；dw表示地下水位埋深，取0）；PC表示粘粒含量百分比，少于3%按3%计算。

复判结果：①4-1层粉土存在液化问题，①4-5层粉土上部存在液化问题，①4-7粉土层不存在液化问题。从计算结果来看，坝址区12.40 m（标高1 217.60 m）以上粉土层存在液化问题，设计时应采取工程措施。

5.3 副坝址区工程地质条件

5.3.1 地形地貌

该水库副坝地处岩头寺村西南侧，整体呈“U”字形，底部平整，宽度299 m，右岸为黄土梁，坡陡梁高，上下游高度相差59 m，虽有小型冲沟，但不会对项目产生任何不利影响；左岸为关河二级阶地，地面高程约1 248.90 m，高出库底约16.30 m。

5.3.2 地层岩性

副坝裸露和揭露的主要地层有第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）、中更新统（Q2）。

5.3.3 水文地质条件勘察结果显示坝址区域地下水为松散岩类孔隙水，含水层为卵砾石，地下水位标高1 208.96 m，渗透系数为5.06 m/d。

5.4 副坝址区主要工程地质评价

5.4.1 坝基渗漏评价

经计算单宽渗漏量0.10 m3/d，渗漏总量19.30 m3/d。

5.4.2 坝基渗透变形评价

坝基渗透率8.20×10-5cm/s，水库蓄水后存在渗透变形问题，渗透变形型式为流土。经计算，粉土临界水力比降为0.97～1.02，安全系数取2，允许水力比降为0.49～0.51，建议允许水力比降为0.49。

5.4.3 副坝地震液化问题评价

初步判别：副坝坝址区域地震总体烈度为Ⅶ度。此次判别深度为坝基以下15 m，初判存在液化问题。下伏第四系上更新统（Q3）粉土及卵砾石不考虑液化问题。

复判：根据现行《水利水电工程地质勘察规范》，N＜Ncr时，可判定为液化土。根据计算结果可知，副坝第四系全新统（Q4）①4层粉土，高程1 225.50 m以上出现液化现象，因此，设计时需考虑相应的施工处治措施。

6 结论

根据现场勘察可以基本掌握库区、主坝址、副坝址等建筑物的工程地质条件，为该工程初步设计阶段提供了依据。