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⼯程地质

3 ⼯程地质

3.1 概述

3.1.1⽔库原施⼯质量及施⼯情况

姚家⽔库地处三明市清流县赖坊乡姚家村境内，所在河流为九龙溪⽀流⽂昌溪，⽔库距离姚家村1km，距乡政府所在地4.5km。姚家⽔库加固前总库容为15.5万m3，是⼀座以灌溉为主的（⼆）型⽔库。

姚家⽔库建设属“三边”⼯程，其建设期间的施⼯质量及施⼯情况等相关资料已⽆从查找，根据⽔库管理单位、清流县⽔利局相关技术⼈员的情况介绍及本次除险加固的地勘⼯作成果，原施⼯质量及施⼯情况简述如下：

⽔库⼯程于⽔库⼯程于1971年10⽉动⼯兴建，1977年04⽉竣⼯并投⼊运⾏。

⽔库⼤坝坝址处河河⾕呈“U”字型，两岸⾃然⼭坡坡度20～25度，基本被第四系坡残积层覆盖。坝基上部为全风化条带状⾓岩化硅泥岩，属弱透⽔层；基岩为条带状⾓岩化硅泥岩、⾓岩，夹钙硅质泥岩、细砂岩，构造裂隙不发育，属弱透⽔岩体。坝基未进⾏防渗处理。坝体填⼟为灰褐⾊砂质粘⼟, 以坡残积粘性⼟为主。填⼟质量⼀般。由于⽔库建设于特殊的历史时期，受当时建设年代材料、资⾦、技术和施⼯条件的限制，⼤坝填筑质量没有全部达到规范要求，给⼯程留下了安全隐患。

溢洪道位于⼤坝的左岸，为渠道式溢洪道，全长30m，为⽆衬砌⼟渠。末发现断层和较⼤的不利地质结构⾯和地质结构体。存在⼟渠边

坡严重塌滑，渠道基本堵塞，并被杂草掩盖等地质病害。溢洪道的地基为全风化基岩。溢洪道末按规范要求设计和施⼯，已不能实施⾏洪任务。

输⽔涵管位于⼤坝右侧，涵管基础为强风化粉砂岩，进⽔⼝、斜拉杆⽀墩和⼈⾏台阶基础为坡残积⼟。末发现断层和较⼤的不利地质结构⾯和地质结构体。

由于⽔库管理和资⾦上的原因，姚家⽔库⾃竣⼯蓄⽔运⾏以来未进⾏过较⼤的除险加固，⽬前⼯程的三⼤建筑物不同程度出现了不安全因素，如⼤坝渗漏、溢洪道边坡严重塌滑，渠道基本堵塞、输⽔涵管进⼝闸阀、斜拉杆等锈蚀严重，危及⽔库的正常运⾏，需要进⾏除险加固。

3.1.2区域地质概况

3.1.2.1地形地貌

姚家⽔库位于清流县赖坊乡姚家村。本流域多属构造侵蚀低⼭丘陵地貌，地⾯呈波状起伏，⼭脉⾛向受区域地质构造控制，以北东向为主，河⾕多呈U型⾕，两岸⼭坡较缓，多为⼟质边坡，植被较发育。

3.1.2.2地层岩性

流域区出露的地层较简单，地表多为第四系地层所覆盖，为残、坡积之含砾⽯砂质壤⼟和冲洪积之泥、砂、砾⽯堆积物；基岩为中⽣界下三迭统溪⼝组（Tx）条带状⾓岩化硅泥岩、⾓岩，夹钙硅质泥岩、细砂岩。

3.1.2.3区域构造

⽔库流域区处于闽西南拗陷带的⼆级构造单元—明溪—武平拗陷

（简称西部断裂）中的连城—上杭复式向斜北西段、政和—⼤浦深、⼤断裂和浦城—武平⼤断裂之间。区域地质构造以北东向为主。⼯程区内⽆较⼤断裂带和活动性断裂通过，新构造运动表现不明显，区域构造属相对稳定地块。

3.1.2.4 地震动参数

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期（中硬场地）为0.35s。本区抗震设防基本烈度为Ⅵ度。

3.1.3库区⼯程地质条件

3.1.3.1 地质概况

姚家⽔库为⼭区⾕盆型⽔库，两岸⼭体雄厚，河⾕多呈“U”字型⾕，属构造侵蚀低⼭～丘陵地貌。

库区两岸⼭坡多为厚度2～3m的第四系残坡积含碎⽯砂质粘⼟层覆盖；河床、冲沟⼝为第四系冲洪积物覆盖；基岩岩性为中⽣界下三迭统溪⼝组（Tx）条带状⾓岩化硅泥岩、⾓岩，夹钙硅质泥岩、细砂岩地表少见基岩出露。

库区⽆区域性深⼤断裂通过，亦⽆发现⼤的断层。地质构造以⼩断断层和节理裂隙为主。

区内新构造运动表现不明显，没有活动性断裂通过⼯程区，区域构造属相对稳定地块。

库区除岩体风化外，其他物理地质现象不明显，未发现有规模较⼤的不稳定地质结构体和软弱地质结构⾯分布。

地下⽔主要为孔隙⽔和基岩裂隙⽔。地下⽔主要由⼤⽓降⽔补给，向⽔库排泄。

3.1.3.2 ⽔库渗漏

⽔库四周群⼭环绕，⼭体雄厚，没有低于设计正常⾼⽔位的低矮垭⼝和深切邻⾕，整个库周的地⾯分⽔岭和地下⽔分⽔岭均⾼于正常蓄⽔位；基岩为条带状⾓岩化硅泥岩、⾓岩，夹钙硅质泥岩、细砂岩，构造裂隙不发育，属弱透⽔岩体；⽔库区没有规模较⼤的张性断裂通向库外。⽔库区地形、地质封闭条件较好。⽔库运⾏以来，未发现⽔库渗漏问题。

3.1.3.3 库岸稳定

⽔库为⼭间⾕盆，库周植被发育良好，库岸多为⼟质边坡，坡度⼀般在20～30°。两岸除岩体风化外，其它物理地质现象不明显，末发现较⼤的不利库岸稳定的地质构造体和地质结构⾯。⽔库运⾏以来，未发现滑坡或较⼤的崩塌体，两岸受库⽔冲刷局部有⼩塌滑现象，但经过长期的运⾏现已基本稳定。3.1.4勘察任务、⽅法和⼯作量统计

3.1.

4.1勘察⽬的和任务

根据安鉴结论中⼤坝存在的主要⼯程地质问题，勘察⽬的是查明坝区⽔⽂和⼯程地质条件，为姚家⽔库的除险加固设计提供准确的地质依据。本次勘察的主要任务有：

（1）查明⽔库⼤坝、溢洪道及放⽔涵管等建筑物的⽔⽂地质及⼯程地质条件，调查不良地质现象和隐患的分布情况，分析地质不良条

件的类型及隐患的危害程度，对加固处理措施提出地质⽅⾯的建议意见。

（2）调查坝体填筑⼟的物质组成、密实度、物理⼒学性质、渗透特性。注意查明坝体有⽆松软的⼟层分布，坝体与坝基接触部位的物质组成及其渗透特性。评价填筑⼟的质量是否满⾜有关要求。

（3）调查坝基、岸坡⽔⽂地质和⼯程地质条件，重点调查坝基、坝肩渗漏情况，并对原防渗效果及渗透稳定性进⾏初步评价。

（4）调查溢洪道、两岸坝肩及近坝库区天然边坡和⼈⼯开挖边坡的稳定性。对其稳定性作出评价，对存在影响建筑物安全的库岸和边坡提出处理措施。

3.1.

4.2勘察⽅法

本次勘察采⽤现场踏勘、坝区地质平⾯测绘、钻探并结合原位测试、压⽔试验、注⽔试验及取⼟、⽔样进⾏室内试验等多种⼿段进⾏。坝体⼟层钻探采⽤⽆⽔跟管钻进，全孔取芯，基岩采⽤清⽔双管钻进，钻进回次进尺控制在2.0m内且⼩于岩芯管长度的三分之⼆，破碎、较破碎岩⽯的岩芯采取率⼤于65％，满⾜规范的要求。

现场采取原状⼟样采⽤厚壁取⼟器，取样⽅法为重锤少击法。所采取的各类⼟样、⽔试样送往实验室后，及时开样、制样并按要求进⾏相关项⽬试验分析。室内试验按国标《⼟⼯试验⽅法标准》（GB/T 50123-1999）的要求进⾏；⽔质分析按国标《⽔利⽔电⼯程地质勘察规范》（GB 50287-99）要求进⾏。

对坝体压实填⼟进⾏标准贯⼊试验，试验采⽤质量63.5kg⾃动落

锤，落距76cm，钻杆直径42mm。试验符合现⾏规程规范要求。

压（注）⽔试验按规范进⾏，试验符合现⾏《⽔利⽔电⼯程钻孔压⽔试验规程》（SL 31-2003）、《⽔利⽔电⼯程钻孔注⽔试验规范》（SL 345-2007）的要求。

钻孔在野外作业结束后，采⽤粘性⼟球和⽔泥砂浆进⾏封孔，并捣实。

3.1.

4.3完成⼯作量

本次勘察完成⼯作量统计于下表3-1。

表3-1 地勘⼯作量⼀览表

3.2⼯程地质条件及评价

3.2.1⽔库枢纽⼯程质量评价

3.2.1.1⼤坝⼯程质量评价

（1）⼤坝坝体质量评价

⼤坝上游⾯块⽯⼤部分松动、移位滑落基本失去护坡作⽤下游坡⾯凹凸不平，表⼟松动流失较严重。上、下坝⾯⼤部长满杂草等问题。由于⼤坝未修建量⽔堰观测设施，其漏⽔量⽆法观测记录。

⼤坝坝体压实填⼟来⾃坝址各处⼟料场，⼟质较为单⼀，⼲强度中等，中压缩性，为⼈⼯压实填⼟，填料主要为残坡积粉质粘性⼟为主，局部少量为全风化⼟，回填时经⼈⼯分层压实。偶夹少量零星的⼩碎⽯。岩芯表⾯较为光滑，⼑切⾯较粗糙，⽆摇震反应，可塑～硬塑，⼲强度及韧性中等。

坝体压实填⼟的⼲密度ρd 值为 1.47～1.54g/cm3，根据室内击实试验（轻型）成果，⼤坝压实填⼟的最⼤⼲密度为1.67g/cm3，⼤坝填⼟的压实度为：88％～92％，低于96％，⼤坝的压实度偏低。填⼟的⼲密度差异较⼤，表明坝体压实填⼟的压实度变化较⼤。

从钻孔注⽔试验及室内渗透试验来看，坝体压实填⼟的渗透系数K值在6.31×10-5～1.14×10-4cm/s范围内，表明坝体压实填⼟渗透性能不⼀，属弱透⽔性，局部为中等透⽔性，坝后常年积⽔，与坝体渗漏有密切关系，坝体存在渗漏病害。

（2）⼤坝基础开挖质量评价

本⼤坝⽆⼤坝基础开挖⼯程地质素描图和⼤坝基础开挖验收记要，根据现场观察和钻孔揭⽰，河床建基⾯为全风化岩体，左、右岸为强风化岩体；末发现断层和较⼤的不利地质结构⾯和地质结构体。坝基承载⼒、抗滑稳定满⾜低⼟坝的设计要求。

3.2.1.2溢洪道⼯程质量评价

溢洪道位于⼤坝的左岸，为库岸侧向渠式溢洪道。溢洪道底板、侧墙基础为坡残积⼟，末发现断层和较⼤的不利地质结构⾯和地质结构

体。存在进⼝段混凝⼟底板局部开裂、塌陷；浆砌⽯侧墙多处拉裂；⼟渠边坡严重塌滑，渠道基本堵塞，并被杂草掩盖等地质病害。

3.2.1.3输⽔涵洞⼯程质量评价

输⽔涵管位于⼤坝右侧，涵管基础为强风化粉砂岩，进⽔⼝、斜拉杆⽀墩和⼈⾏台阶基础为坡残积⼟。末发现断层和较⼤的不利地质结构⾯和地质结构体。

3.2.2挡⽔、泄⽔、输⽔等建筑物地质条件及评价

3.2.2.1⼤坝⼯程地质条件及评价

（1）压实填⼟：灰黄，灰褐⾊砂质粘⼟, 以坡残积粘性⼟为主，局部少量为全风化⼟，回填时经⼈⼯分层压实。偶夹少量零星的⼩碎⽯。岩芯表⾯较为光滑，⼑切⾯较粗糙，⽆摇震反应，可塑～硬塑，⼲强度及韧性中等。

由室内试验，压实填⼟液性指数为19～35％，以可塑性⼟为主。素填⼟颗粒质量≥2mm的砾含量⼀般为 4.9～9.3％，颗粒质量< 0.075mm的粉、粘粒含量为62.7～68.1%，为砂质粘⼟。

压实填⼟天然密度ρ值为 1.87～2.48g/cm3，平均值为 1.90g/c m3；⼲密度ρd 值为1.47～1.54g/c m3，平均值为1.50g/c m3；天然含⽔率24.67％～29.53％，平均值27.43％。

（2）全风化条带状⾓岩化硅泥岩。岩芯呈灰⿊⾊，⼟状，局部夹强风化碎块，稍湿，硬塑。除⽯英颗粒外，其它所有矿物均风化蚀变为其它粘⼟矿物；稍湿～湿，可塑～硬塑，为极软岩。在勘探中仅ZK2孔揭穿厚度为4.05m。两岸勘探孔揭⽰。

（3）强风化条带状⾓岩化硅泥岩：灰～浅灰；岩体破碎，岩芯呈碎屑～碎块状，岩⽯⼤部风化变⾊，矿物⼤部分矿物风化蚀变；节理裂隙很发育，裂隙多为张开，裂隙⾯倾⾓多为600～750，见铁，泥⼟或铁锰质物充填，岩体破碎，岩⽯质量指标RQD=0。钻孔揭⽰最⼤厚度5.7m。

（4）弱风化条带状⾓岩化硅泥岩：深灰⾊、灰⾊，钻孔岩芯呈短柱状～柱状，风化裂隙较为发育，裂隙⾯充填铁锰质矿物为主，多呈闭合～微张，裂隙⾯倾⾓630～85°，岩体中等完整，岩⽯质量指标RQD=45～62。各勘探钻孔均末揭穿。

以上各岩⼟层分布情况详见⼯程地质剖⾯图或柱状图。

（3）⽔⽂地质

①地下⽔类型

⼤坝附近⽔⽂地质条件简单，坝体和坝基地下⽔活动受库⽔变化影响，其余地段的地下⽔活动主要受地形地貌和⼤⽓降⽔的控制。根据含⽔层性质、地下⽔埋藏条件，本区的地下⽔含⽔层可分为：a孔隙含⽔层：主要分布于坝体素填⼟和第四系松散堆积层中，接受⽔库⽔及⼤⽓降⽔的补给。

b裂隙含⽔层：分布于断裂破碎带及基岩裂隙中，弱富⽔性，主要受孔隙性潜⽔、⽔库⽔的补给，透⽔性随深度增加⽽减弱。

根据现场注⽔试验成果:

坝体压实填⼟共进⾏6段注⽔试验，渗透系数分别为6.31×10-5～1.14×10-4cm/s，平均值8.97×10-5cm/s属弱透⽔性。