凌源市柏杖子水庫工程地質條件分析與評價

馮　慧

(朝陽市供排水管理處，遼寧 朝陽 122000)

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凌源市柏杖子水庫工程地質條件分析與評價

馮慧

(朝陽市供排水管理處，遼寧 朝陽 122000)

摘要：柏杖子水庫位于凌源市刀爾登鎮，屬灤河水系青龍河流域上游二級支流，柏杖子河中游。該水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發電、養殖的綜合性水利工程。文章闡述了該水庫的基本概況，著重對水庫區域的工程地質狀況與壩址區工程地質條件進行了分析與評價，為柏杖子水庫除險加固建設提供了詳細數據和參考依據，也為類似工程建設提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：水庫；水文地質；工程地質；壩址區；條件評價

1工程概況

柏杖子水庫位于凌源市刀爾登鎮，屬灤河水系青龍河流域上游二級支流，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14 km，流域面積50 km2，水庫控制面積25.0 km2，占全流域面積的50%。多年平均徑流量357 萬 m3。該水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發電、養殖的綜合性水利工程。水庫于1971年3月20日開工建設，1975年建成并投入使用。水庫由刀爾登鎮政府管理。水庫當時的設計標準是50 a一遇，校核標準是200 a一遇，總庫容405 萬 m3，正常蓄水位庫容234 萬 m3，設計庫容323 m3，死庫容42 萬 m3，柏杖子水庫樞紐工程主要由土壩、左岸開敞式溢洪道，左岸放水設施等組成。該水庫運行多年來，未曾維修和建設。1975—1986年，柏杖子水庫轉由凌源市柏杖子村管理，為更好發揮水庫的社會效益和工程效益，1986—2007年由刀爾登鎮政府管理。

2區域地質狀況

2.1　自然地理概況

凌源市柏杖子水庫位于凌源市刀爾登鎮柏杖子村，為大陸性干旱氣候，冬夏季長，春秋季短，冬季寒冷，夏季炎熱，春、秋季多風。據凌源市氣象站資料，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，多年平均蒸發量1 200 mm。區內無霜期多年平均為154 d，凍結期為10月下旬，解凍期為4月中旬，標準凍結深度1.20 m。

2.2　地形地貌

凌源市柏杖子水庫地貌類型屬低山丘陵區，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。壩址區以上兩岸山體雄厚，下游河谷逐漸開闊，地貌逐漸向丘陵區過渡[1]。

2.3　地層巖性

凌源市柏杖子水庫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，壩址處與庫區見有第四系沖洪積砂礫卵石、粉質黏土，下伏薊縣系霧迷山組白云巖[2]。

2.4　地質構造與地震

凌源市柏杖子水庫地質構造單元屬中朝準地臺燕山臺褶帶遼西臺陷朝陽穹褶斷束、晚燕山期松嶺子盆地。壩址區內未見明顯斷裂構造，根據區域地質資料，壩址區與庫區內未發現活動斷裂構造。根據中華人民共和國國家標準《建筑抗震設計規范》(GB50011—2001)確定，庫區抗震設防烈度為6°，設計基本地震加速度值0.05 g，反應譜特征周期為0.45 s。

2.5　水文地質條件

壩址區地下水類型主要為第四系松散堆積孔隙潛水與基巖風化裂隙水。第四系松散堆積孔隙潛水分布于庫區內與壩址下游溝谷中，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，地下水水化學類型為重碳酸鈣型水，接受大氣降水入滲、基巖風化裂隙水徑流補給。基巖風化裂隙水分布于壩址區與兩壩端基巖風化裂隙帶中，由于山高谷深大氣降水是基巖風化裂隙水主要補給源，水庫高水位蓄水后，也可經壩端繞滲獲得水庫水補給，含水層厚度與風化帶厚度相關，富水性較差，地下水水化學類型為重碳酸鈣型水[3]。

3壩址區工程地質條件

3.1　攔河壩工程地質條件評價

3.1.1壩體工程地質條件評價

柏杖子水庫大壩為黏土心墻壩。經鉆探揭露，水庫大壩筑壩粉質黏土、黏土填筑密實程度不均勻，粉質黏土質量密度1.62～1.67 g/cm3，黏土質量密度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1.60×10-5～9.50×10-5cm/s；ZK1號孔3.00～4.80 m(標高378.80～377.00 m)為素填碎石層，滲透系數0.04 cm/s，大壩整體存在滲漏隱患。根據壩體取樣試驗指標，壩體(心墻)土物理力學指標見表1及表2。壩體外殼為填筑碎石，碎石母巖成分以白云巖、白云質灰巖為主，粒徑以2～5 cm為主，密度1.68～1.72 cm3,穩定坡腳水上32°，水下27°，滲透系數7.5×10-3cm/s。

表1　壩體心墻黏土②-1主要物理力學指標表

表2　壩體心墻粉質黏土②-2主要物理力學指標表

3.1.2壩基工程地質條件評價

凌源市柏杖子水庫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，壩址處與庫區見有第四系沖洪積砂礫卵石、粉質黏土，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。灰白色～灰黑色，地表巖石強風化，風化層厚度4～5 m，節理裂隙發育，裂隙發育組數眾多，裂隙面參差不齊，裂隙寬度0.5～3.0 mm，大多未充填，結晶粒狀結構，層理狀構造，巖層產狀傾向110°～125°、傾角40°～53°。壩址下經鉆探揭露：白云巖強風化層頂標高349.90～371.20 m，厚度1.90～4.60 m，灰白色～灰褐色，原巖結構構造基本保持，結晶粒狀結構，層理狀構造，巖石風化裂隙發育，巖芯呈碎塊狀。白云巖中風化層頂標高348.00～366.60 m，厚度1.30～2.70 m，灰黃色～灰白色，結晶粒狀結構，層理狀構造，風化裂隙一般發育，巖芯呈短柱狀，RQD值28%～30%。白云巖微風化層頂標高346.70～363.90 m，厚度1.80～3.10 m，灰白色～灰黑色，結晶粒狀結構，層理狀構造，裂隙不發育，巖芯呈長柱狀，RQD值69%～72%。白云巖層頂標高343.60～361.50 m，揭露厚度1.40～2.30 m，灰黑色，結晶粒狀結構，層理狀構造，巖芯呈長柱狀，RQD值83%～85%。

2)第四系沖洪積粉質黏土、砂礫卵石：根據水庫大壩筑壩資料，壩址區沉積的砂礫卵石層厚度2～3m，清基時已清除。庫區內見有砂礫、卵石，黃褐色～灰褐色，顆粒級配一般，顆粒形狀以亞圓形為主，顆粒無序排列，粒徑以5～50 mm為主，母巖成分以砂巖、灰巖、白云巖為主，礫石間為砂質充填，見有卵、漂石，稍密狀態。壩址下經鉆探揭露見有粉質黏土層。粉質黏土③層在ZK1號孔26.00～31.90 m(標高355.80～349.90 m)，見有分布，黃褐色～深褐色，稍濕，可塑狀態，切面稍有光滑，無搖震反應，韌性較高，干強度較高。揭露最低建基面高程為355.80 m。

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

3.1.3壩肩工程地質條件評價

經現場勘察，水庫兩壩端白云石風化強烈，風化裂隙發育，組數較多，風化層厚度6.30～9.70 m，水庫建設與使用中均未進行灌漿處理，水庫高水位蓄水后在筑壩粉質黏土、黏土與巖石風化層接觸部位易產生滲漏。

3.2　溢洪道工程地質條件評價

溢洪道位于水庫左岸岸邊，依山開挖。屬于開敞式溢洪道，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，屬中硬質巖石，中等風化為主，見有強風化。強風化～中風化層地基承載力特征值500～800 kPa。現狀岸坡較穩，露頭裂隙較發育，局部可能發生崩落掉塊現象，高水位蓄水時可能出現滲漏現象。

3.3　輸水洞工程地質評價

柏杖子水庫放水建筑物位于溢洪道左側，現狀為穿山放水設施型式。放水設施為鋼筋混凝土馬蹄形涵管，直徑1.0 m，管洞長70.0 m，進口高程366.6 m。圍巖以為薊縣系霧迷山組白云巖，為主，見有脈巖和蝕變帶，屬中硬質巖石，中等風化為主。現狀較穩定。進水口山體較高陡，可能發生崩落掉塊現象。輸水洞距大壩較遠，相互之間不利影響比較小。

4結論與建議

經過對勘察資料和工程運行情況分析，柏杖子水庫目前工程整體運行情況無重大不良地質問題出現，具體結論與建議如下：

1)水庫庫區及壩址區工程地質條件較好，經鉆探驗證水庫壩址下巖石風化層厚度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；經鉆探驗證水庫大壩填筑粉質黏土、黏土密實程度不均勻，多處含有砂、礫石與白云巖碎屑成分，滲透系數較大，存在滲漏隱患。建議及早進行水庫除險加固，消除安全隱患。

2)凌源市柏杖子水庫地質構造單元屬中朝準地臺燕山臺褶帶遼西臺陷朝陽穹褶斷束、晚燕山期松嶺子盆地。壩址區內未見明顯斷裂構造，根據區域地質資料，壩址區與庫區內未發現活動斷裂構造。區域地震動峰值加速度為0.05g，反應譜特征周期為0.45s，相應抗震設防烈度為Ⅵ度。

3)沒有水庫浸沒和坍岸問題。整個庫區坍岸問題不嚴重，至今沒發生對水庫有影響的坍塌事故。但位于壩址右岸庫水位以上部位的邊坡，巖石風化較嚴重，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)筑壩材料儲量豐富，運距較近，場區標準凍結深度1.20 m，可以滿足工程設計要求。

參考文獻：

[1]張艷麗.海龍川水庫溢洪道加固設計與計算分析[J].水利技術監督，2015(01)：49-51.

[2]姚旭初，張琦偉.王巍三家店水庫水文地質特征及其對工程施工的影響[J].水利規劃與設計，2013(03)：38-40.

[3]羅興建，呂鋒，陳海鵬.重慶市秀山縣隘口水庫工程壩基工程地質條件研究[J].水利規劃與設計，2010(05)：94-96.

[4]任妍儒.節水增糧項目地質及水文地質條件分析[J].水利規劃與設計，2014(10)：37-38,61.

[作者簡介]馮慧(1978-)，女，遼寧朝陽人，工程師，研究方向為水利水電工程設計、水利工程施工、污水處理等。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：P64

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0154-03