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1、目 录1前言2坝址区工程地质及水文地质条件2.1地形地貌2.2地层2.3地质构造与地震2.4水文地质条件3工程枢纽主要工程地质问题3.1坝基渗漏3.2坝体施工质量3.3坝体(基)分区3.4溢洪道3.5灌溉输水涵管4历次除险加固质量评价5岩土物理力学指标推荐值6结论与建议1前言北山水库位于长沙县西北部的北山镇北山村境内，海拔276m，东经113，北纬28，水库西面与望城县相毗邻，南与开福区相接壤，坝址坐落在长油岭和鹅形山之间（地名为赵家湾），距长沙市区12km，有北山村村级水泥公路和简易公路通往大坝，是一座以灌溉为主，兼顾多种经营，发展旅游、休闲、度假娱乐为一体的小（1）型水库。水库正常蓄水位8
2、7.5m，相应正常库容142万m3，设计洪水位89.55m，相应库容169.05万m3，校核洪水位89.92m，总库容182.7万m3，死水位73.5m，死库容3.7万m3。枢纽工程由大坝、溢洪道和输水高、低涵等永久性建筑物组成。大坝为均质土坝，原设计坝顶高程91.5m，现实际坝顶高程91.0891.40m，最大坝高15.5m，坝顶轴线长630m，原设计坝顶宽5.8m，现实际坝顶宽5.737.02m，上游坝坡坡比由坝顶至坝脚依次为1:2.16、1:7.65、1.2.5，下游坝坡坡比由坝顶至坝脚依次为1:2.33、1:2.8，在83.35m处设有2.0m宽的平台，高程76.05m以下为排水棱体，
3、排水棱体长596m。溢洪道位于大坝左岸，由竖井式泄洪口、泄洪隧洞、消力池、泄槽等组成。竖井式泄洪口内径1.8m；泄洪隧洞长110m，断面尺寸1.6m1.8m（宽高），坡降1/500，进口高程87.5m；消力池长9.8m，池深1.07m；泄槽长83m，已衬砌41m，侧墙块石衬砌，三合土块石铺底。高涵位于大坝东头蓄水池内，管身采用400钢筋砼圆管，进口采用斜拉式闸门控制。低涵位于大坝左岸，矩形涵洞，三合土条石砌筑，涵身净断面尺寸0.6m0.6m（宽高），长32.0m，坡降1/500，20级卧管取水，取水孔口直径300，设计流量0.7m3/s。北山水库于1978年10月兴建，1982年12月建成。由
4、于工程兴建较早，无正规的设计方案，无正规的施工单位，无施工机械，无完整的质量保证措施，致使工程质量差，尽管经过多次保安加固，但仍在运行过程中出现诸多隐患。工程主要存在的问题：坝体：正常水位时，下游坡马道下4.8m集中渗水，坡脚散浸。坝肩：大坝东、西两坝肩全为风化花岗岩，结合部位，基岩破碎，正常水位时，坝肩渗水。坝基：大坝基础渗漏，下游农田出现冷浸水，威胁坝体安全。大坝排水棱体：块石堆砌，因施工中泥质充填多，出现沉降，排水功能基本失效。大坝内坡，风浪冲刷成凹形，泥质流走，厚达1.1m，出现砂面。受长沙县水利局委托，我院承担了北山水库的安全评价工作，并于2008年12月12日组织设备进场进行地勘施
5、工，至12月20日完成了全部野外工作，完成的工作量见地勘工作量一览表（表1-1）。 勘 察 工 作 量 一 览 表 表1-1序 号项 目 名 称单 位工 作 量备 注11/500工程地质平面测绘km20.2021/200工程地质剖面图条331/200渗透横剖面图条14钻 孔m/孔168.3/115土 样组156注水试验段187压水试验段218病险情况调查组日12本次勘察依据中小型水利水电工程地质勘察规范（SL55-91）、水库大坝安全评价导则（SL258-2000）进行。2坝区工程地质及水文地质条件2.1地形地貌坝址区属剥蚀性丘陵地区，河谷宽敞，两岸山体低矮，山坡较缓,植被发育。海拔高程为60
6、-165m。2.2地层坝址区地层条件较为简单，从新到老描述如下：第四系人工堆积（Qs）：分布于坝体浅黄色、灰白色砂质粘土含大量风化石英砂，可塑,结构呈稍密状态。燕山期花岗岩(52(3)全风化层：分布于坝基及两岸山坡浅黄色灰白色砂质粘土含大量风化石英砂砾石，可-硬塑。燕山期花岗岩(52(3)强风化层：分布于坝基及两岸山坡浅黄色灰白色,节理裂隙发育,裂面见大量铁锰质物渲染,岩芯呈块状。燕山期花岗岩(52(3)弱风化层：分布于坝基及两岸山坡,浅黄色灰白色,节理裂隙不发育,裂面见少量铁锰质物渲染,岩芯呈短园柱状。坝址两端山体可见出露。 2.3 地质构造与地震工程区属平江-衡阳早-晚期新华夏系拗陷带中的
7、长沙中新生界拗陷盆地南部，构造较为简单。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度0.05g，地震动反映谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度小于度。2.4 水文地质条件坝址区地下水有两种赋存方式：孔隙水：发育于第四系粘性土层、松堆积物中，受雨水和地表水控制, 流向河床。基岩裂隙水：埋藏于基岩的节理裂隙中, 基岩裂隙水与第四系孔隙水连通性较好,枯水季节河水补给地下水,雨季地下水补给河水。3工程枢纽主要工程地质问题3.1坝基渗漏本次勘察坝顶7个钻孔揭露坝基岩石，燕山期花岗岩(52(3)强风化层。岩石风化强烈，岩心多较为破碎。基岩内共进行压水试验10段，岩石透水率
8、为14.9-37.2(Lu)，均在建基面证明坝基内存在一定厚度的中等透水带，其透水率、渗透系数详见大坝钻孔注水、压水试验成果表（表3-1） 大坝钻孔注水、压水试验成果表 表3-1孔 号试段起止深度（m）透 水 率（Lu）渗 透 系 数（cm/s）备 注ZK10.05.82.15E-045.86.525.26.511.09.54ZK20.011.02.53E-0411.017.52.89E-0417.519.218.719.224.23.78ZK30.012.57.81E-0412.518.24.70E-0418.219.014.919.024.01.37ZK40.015.54.86E-0415
9、.518.52.43E-0418.521.222.421.226.27.43ZK50.09.32.57E-049.310.61.28E-0410.612.431.512.417.28.45ZK60.07.26.45E-047.29.83.75E-049.810.637.210.615.59.12ZK70.04.84.76E-044.87.51.98E-047.512.58.95ZK80.03.92.22E-043.97.03.12E-047.08.023.48.012.56.94ZK90.03.01.37E-043.06.531.96.511.67.68ZK100.05.04.36E-045.
10、07.818.57.813.84.69ZK110.05.25.73E-045.26.826.56.811.57.503.2坝体施工质量大坝为均质坝。坝体主体部分为粘土，含少量碎石。由于受施工技术和机械缺乏所制约，碾压不密实，局部稍密。经取样试验(详见土工试验统汁表3.2-1)，其天然含水量为11.131.1%，天然密度为1.852.07，干密度为1.451.75，孔隙比为0.5200.866，固结快剪值为18.30-25.91，c值为17.0-29.7KPa,慢剪值为17.0926.65，c值为8.426.69KPa，水平渗透系数为2.019.49E-04cm/s,垂直渗透系数为1.516.5
11、0E-04cm/s。干密度明显偏低，孔隙比偏大。3.3坝体（基）分区根据本次勘察成果,结合调查和施工记录,坝体（基）共可分为五个区:区：为坝体主体部分填筑的粘土含大量风化石英砂，碾压欠密实，局部松散； 区：为坝后排水棱体，由花岗岩块石堆砌而成，泥质充填，失去排水功能； 区：即燕山期全风化花岗岩, 浅黄色、灰白色砂质粘土含大量风化石英砂，可-硬塑。其渗透系数为1.98E-04 5.73E-04,属中等透水。区：即基岩:为燕山期强风化花岗岩,节理裂隙发育,裂隙见少量泥质物充填,其透水率为14.937.2(Lu),属中等透水。为燕山期强风化花岗岩,节理裂隙发育,裂隙见少量铁锈渲染,其透水率为1.37
12、9.54(Lu),属弱透水。坝体填土物理力学指标统计值见土工试验成果统计表（表3-2）。3.4溢洪道(高涵)溢洪道基础为燕山期花岗岩，弱风化带深度较大。泄洪隧洞段洞身存在多条横、纵向裂缝，渗漏严重，泄槽长83m，泄槽仅衬砌了41m，侧墙块石衬砌，三合土块石铺底，不利于泄洪，存在安全隐患。3.5灌溉输水低涵高涵位于大坝东头蓄水池内，管身采用400钢筋砼圆管，进口采用斜拉式闸门控制。低涵位于大坝左岸，矩形涵洞，三合土条石砌筑，涵身净断面尺寸0.6m0.6m（宽高），长32.0m，坡降1/500，20级卧管取水，取水孔口直径300，设计流量0.7m3/s。目前，低涵卧管底板、侧墙沉降，渗漏严重，高水
13、位时漏水量加大，最大渗漏量达5L/s。高涵涵身出现多条横、纵向裂缝，渗漏日益严重，对涵洞周边填土产生破坏、危及坝体安全。 北 山 水 库 土 工 试 验 成 果 统 计 表 表3-2坝体部位及分区样品组数统计值天然含水量(%)湿密度(g/cm3)干密度(g/cm3)孔隙比(e)饱和度(%)塑性指数液性指数渗透系数固结快剪慢剪备注垂直(cm/s)水平(cm/s)()C(kPa)()C(kPa)坝 体填 土 区24区间值11.1-31.11.85-2.071.45-1.750.520-0.86654.0-97.812.6-22.60-0.731.51E-046.50E-052.01E-049.49
14、E-0518.3025.9117.029.7017.0926.658.4026.69平均值18.71.921.620.65175.616.300.2862.56E-043.71E-0421.5424.2818.0213.40说明：除渗透系数取大值平均值外，其它均取小值平均值。4历次除险加固质量评价(1)水库建成后，1985年5月抵御较大洪水，水库水位已达74.7m，洪水期间，因风大浪急，上游坡受冲刷，行成凹形，浪损严重。由于农村责任制，人力财力难已集中，水库管理所作了一些土方回填夯实，但未完全恢复。(2)1995年6月，暴雨时水库水位达76.8m时，泄洪口过水2.1m，泄洪口上拦鱼网被杂物堵塞
15、，水位急剧上涨，水位达到77.4m，洪水差1.3m漫溢，长沙县水利局、防汛办指挥采取高涵泄洪得到了缓解。洪水期间，大坝东头中间下游坡马道下68.4m处集中渗水，渗水面积达140m2,渗流量达8L/s；大坝西头中央，下游坡马道下66.8m处，集中渗水，渗水面积达110m2,渗流量达6L/s；由于资金困难未作处理。 (3)1998年7月，特大洪水水库位达74.6m时，溢洪口拉鱼设备被杂物堵死，发生沉塌。大坝下游坡中间马道下67.4m处集中渗水，渗水面积达48m2,渗流量达3L/s；长沙县水利局、防汛办指挥采取开沟导渗处险，大坝坡脚散浸，水集中到排水沟内，渗流量达4L/s；采取降低水位，控制蓄水。2
16、000年、2002年分两年长沙县水利局投入资金对大坝进行劈裂灌黄泥浆治理。 (4)自水库建成运行后，大坝下游靠近坝脚农田便成为冷浸田，造成农田长势差，产量低，大坝存在严重的基础挠渗。5岩土物理物理力学指标推荐依据室内土工试验成果，结合现场原位试验，以及工程类比，推荐各分区物理力学指标如表5-1。6结论与处理建议综上所述，北山水库及附属建筑物主要存在以下工程地质及工程质量问题：根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度0.05g，地震动反映谱特征周期为0.35s，对应地震基本烈度小于度。根据水工建筑物抗震设计规范（SL203-97），本工程可不进行抗震安全复核。坝
17、基渗漏：大坝基础渗漏，下游农田出现冷浸水，威胁坝体安全。建议采取基础帷幕灌浆。坝体渗漏：正常水位时，下游坡马道下4.8m集中渗水，坡脚散浸, 建议采用冲抓套井回填或内坡铺膜防渗进行防渗加固处理。高低涵漏水：低涵卧管底板、侧墙沉降，在高水位时漏水量加大，最大渗漏量达5L/s。高涵涵身出现多条横、纵向裂缝，渗漏日益严重，对涵洞周边填土产生破坏、危及坝体安全。建议低涵封堵，新开灌溉输水隧洞，高涵涵身加固处理，闸门及启闭设施更换。棱体失效：排水棱体为块石堆砌，因施工中泥质充填多，出现沉降，排水功能基本失效。建议排水棱体拆除重建。 物 理 力 学 指 标 推 荐 值 表 表5-1坝 体部 位及分区地 层
18、岩 性天然含水量(%)湿密度(g/cm3)干密度(g/cm3)孔隙比(e)塑性指数液性指数渗 透 系 数固结快剪慢 剪允许承载力特征值(kPa)垂直(cm/s)水平(cm/s)()C(kPa)()C(kPa)区填土(坝体)22.51.921.620.65116.300.2861.51E-046.50E-052.01E-049.49E-0521.323.0018.5024.2818.025.0013.5016.00区棱体(坝后)/1.921.54/1.0E-041.0E-0435/35/区全风化花岗岩(坝基)23.12.21.560.78515.20.2161.98E-045.73E-0422.025.0011.015.0023.026.0010.014.00250区强风化花岗岩(坝基)/2.222.06/1.94E-044.84E-042.50E-046.00E-0435.03055351000弱风化花岗岩(坝基)2.852.352.50E-051.00E-05554065452000
