桐柏縣學堂溝水庫工程地質分析

周曄，賈躍東，李霞，李中澤

（桐柏縣水利局）

1 工程概況

學堂溝水庫位于桐柏縣淮源鎮倉房村，系唐白河流域三夾河支流上，水庫控制流域面積2.95 km2，主河道長3.00 km，河道平均比降1.57×102，大壩為粘土心墻壩，壩頂高程240.77～241.93 m，最大壩高21.88 m，壩長100 m。水庫于1965 年2 月開工，1966 年9 月竣工，是一座集防洪、灌溉為主，結合養殖等綜合利用的小（2）型水庫。按20 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核，總庫容23.10 萬m3，興利庫容14.00 萬m3，水庫下游有寧西鐵路、312國道、歐亞光纜等重要交通通訊設施，涉及人口0.30萬人，耕地333.33 hm2，地理位置重要。

2 工程勘察

按照學堂溝水庫除險加固工程初步設計勘察技術要求，工程勘察的任務和要求主要為：對庫區進行地質調查，對庫區地形地貌、地層巖性、地質構造及存在的庫區工程地質問題如滲漏、塌岸、淤積進行評價。進行壩址區1：1 000地質測繪，結合鉆孔資料查明壩址區地形地貌、地層巖性、地質構造，對各建筑物工程地質條件進行評價。通過現場調查、訪問、收集資料，結合鉆孔揭露情況，調查壩基防滲型式、壩體與岸坡的結合情況、運行過程中是否出現壩基、壩肩滲漏、壩體裂縫、塌陷、滑坡、散浸等情況及處理措施；調查溢洪道、輸水洞運行過程中出現的險情。取壩體土樣進行擊實試驗，按壓實度0.95對壩體填筑質量進行評價，提供壩坡穩定計算所需的物理力學參數建議值。對砂殼取樣進行密度、含水量、顆分試驗，進行現場注水或滲水試驗。對土料、砂料及石料進行勘察試驗，對產地、質量、儲量進行評價。

3 壩址區工程地質

3.1 壩體

粘性土填筑料：鉆孔注水試驗滲透系數算術平均值4.81×10-5cm/s，大值平均值5.65×10-5cm/s，屬弱透水。

風化砂填筑料：根據室內土工試驗成果，風化砂干密度范圍值1.65～1.72 g/cm3，算術平均值1.69 g/cm3；相對密度范圍值Dr=0.52～0.74，算 術 平 均 值0.66，Dr≥0.70 的 占 總 數 的33.30%。鉆孔注水試驗滲透系數算術平均值3.61×10-4cm/s，大值平均值3.81×10-4cm/s，屬中等透水。

3.2 壩基

大壩壩基由左壩肩、河槽段及右壩肩組成。左壩肩（樁號0+000～0+015）自然坡度40～50°，巖性為弱風化花崗巖，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。河槽段壩基巖性為弱風化花崗巖，揭露厚度為5.00 m，巖石透水率5.04～5.28 Lu，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。右壩肩（樁號0+060～0+100）自然坡度30～40°，壩基巖性為強風化花崗巖，巖石透水率4.26 Lu，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。

3.3 溢洪道

溢洪道地層巖性主要加力東期花崗巖，為灰白色、斑狀結構、塊狀構造，地表出露的巖石多為弱風化。兩岸邊坡，坡度較陡，坡度60～80°，岸坡巖性弱風化花崗巖，因溢洪道發育有一斷層，斷層帶內巖石破碎，且巖石裂隙發育，邊坡不穩定。溢洪道底板從進口到出口巖性為弱風化花崗巖，裂隙發育，在溢洪道底板處發育一斷層F1，斷層帶寬4.00 m，深6.00 m，斷層帶內巖石破碎，有糜棱巖，斷層走向262°，傾向172°，傾角65°。

4 壩址區工程地質及水文地質條件評價

巖性為弱風化花崗巖，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。河槽段（樁號0+015～0+060）：壩基巖性為弱風化花崗巖，揭露厚度為5.00 m，巖石透水率5.04～5.28 Lu，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。右壩肩（樁號0+060～0+100）：右壩肩自然坡度30～40°，壩基巖性為強風化花崗巖，巖石透水率4.26 Lu，弱透水，承載力特征值1 000 kPa。工程地質條件較好。

5 壩體質量檢查

5.1 壩體存在的險情

壩頂有2.90～3.30 m 厚的風化砂，上下游壩坡為風化砂，滲透性不滿足規范要求。壩頂路面凹凸不平，壩迎水坡護坡石零亂，壩坡淘刷嚴重。下游壩坡無上壩臺階路，無排水溝，坑洞較多，壩坡凹凸不平，局部塌陷變形。

5.2 壩體土壓縮性評價

粘性土填筑料：根據室內壓縮試驗成果，壓縮系數范圍值0.21～0.35 MPa-1，算術平均值0.26 MPa-1；壓縮模量范圍值4.50～7.80 MPa，算術平均值6.30 MPa，中等壓縮性。

風化砂填筑料：根據室內壓縮試驗成果，風化砂壓縮系數范圍值0.17～0.23 MPa-1，算術平均值0.20 MPa-1；壓縮模量范圍值4.30～5.90 MPa，算術平均值5.10 MPa，中等壓縮性。

5.3 壩體土抗剪強度

風化砂填筑料：根據室內試驗成果，風化砂自然快剪指標算術平均值C=0 kPa、φ=31.30°，小值平均值C=0 kPa、φ=29.70°。

5.4 壩體滲透性評價

粘性土填筑料：含礫粉質粘土礫石含量（＞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%；滲透系數算術平均值1.55×10-5cm/s，大值平均值2.18×10-5cm/s；鉆孔注水試驗滲透系數算術平均值4.81×10-5cm/s，大值平均值5.65×10-5cm/s，屬弱透水。

風化砂填筑料：砂粒含量（＞7.50×102mm）占90.60%，粉粘粒含量（＜7.50×102mm）占9.40%；滲透系數算術平均值3.84×10-4cm/s，大值平均值4.04×10-4cm/s；鉆孔注水試驗滲透系數算術平均值3.61×10-4cm/s，大值平均值3.81×10-4cm/s，屬中等透水。

6 溢洪道工程地質條件評價

6.1 基本情況

溢洪道位于大壩左側約31.00 m 的低凹處，為人工開挖開敞式溝槽，進口高程237.14 m，長118.00 m，底寬8.00 m，最大泄流量178.00 m3/s。

6.2 工程地質條件評價

溢洪道地層巖性主要加力東期花崗巖，為灰白色、斑狀結構、塊狀構造，地表出露的巖石多為弱風化。兩岸邊坡，坡度較陡，坡度60～80°，岸坡巖性弱風化花崗巖，因溢洪道發育有一斷層，斷層帶內巖石破碎，且巖石裂隙發育，邊坡不穩定，建議對兩岸邊坡進行削坡處理，施工邊坡采用坡率1.00∶0.75，并進行護砌處理。

溢洪道底板從進口到出口巖性為弱風化花崗巖，裂隙發育，在溢洪道底板處發育一斷層F1，斷層帶寬4.00 m，深6.00 m，斷層帶內巖石破碎，有糜棱巖，斷層走向262°，傾向172°，傾角65°。建議對斷層帶進行回填處理，并對溢洪道底板進行護砌。

7 結論與建議

庫區第四系堆積物在庫岸坡腳、沖溝中，植被較好，淤積量不大。大壩左、右壩肩及河槽段壩基巖性為弱風化花崗巖，花崗巖弱透水。工程地質條件較好。

壩體填筑材料在高程238.00 m以上及上、下游壩坡為風化砂，下部填筑材料以含礫重壤土。壩體填筑含礫重壤土擊實試驗最優含水量為18.35%，最大干密度為1.72 g/cm3，干密度合格率為88.20%；壩體填筑風化砂最大干密度1.85 g/cm3，最小干密度1.45 g/cm3，相對密度合格率為33.30%。輸水洞周圍壩體滲透系數K=5.76×10-5cm/s，弱透水；輸水洞基礎座于弱風化花崗巖中，弱透水，承載力特征值1 000 kPa，工程地質條件較好。

溢洪道底板從進口到出口巖性為弱風化花崗巖，裂隙發育，應對底板進行護砌處理，并對溢洪道底板處的F1斷層破碎帶進行回填處理。