凌源市柏杖子水库工程地质条件分析与评价

冯　慧

(朝阳市供排水管理处，辽宁 朝阳 122000)



凌源市柏杖子水库工程地质条件分析与评价

冯慧

(朝阳市供排水管理处，辽宁 朝阳 122000)

摘要：柏杖子水库位于凌源市刀尔登镇，属滦河水系青龙河流域上游二级支流，柏杖子河中游。该水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养殖的综合性水利工程。文章阐述了该水库的基本概况，着重对水库区域的工程地质状况与坝址区工程地质条件进行了分析与评价，为柏杖子水库除险加固建设提供了详细数据和参考依据，也为类似工程建设提供参考和借鉴作用。

关键词：水库；水文地质；工程地质；坝址区；条件评价

1工程概况

柏杖子水库位于凌源市刀尔登镇，属滦河水系青龙河流域上游二级支流，柏杖子河中游。在距河口6 km处汇入青龙河，柏杖子河流域全长14 km，流域面积50 km2，水库控制面积25.0 km2，占全流域面积的50%。多年平均径流量357 万 m3。该水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养殖的综合性水利工程。水库于1971年3月20日开工建设，1975年建成并投入使用。水库由刀尔登镇政府管理。水库当时的设计标准是50 a一遇，校核标准是200 a一遇，总库容405 万 m3，正常蓄水位库容234 万 m3，设计库容323 m3，死库容42 万 m3，柏杖子水库枢纽工程主要由土坝、左岸开敞式溢洪道，左岸放水设施等组成。该水库运行多年来，未曾维修和建设。1975—1986年，柏杖子水库转由凌源市柏杖子村管理，为更好发挥水库的社会效益和工程效益，1986—2007年由刀尔登镇政府管理。

2区域地质状况

2.1　自然地理概况

凌源市柏杖子水库位于凌源市刀尔登镇柏杖子村，为大陆性干旱气候，冬夏季长，春秋季短，冬季寒冷，夏季炎热，春、秋季多风。据凌源市气象站资料，多年平均气温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，多年平均蒸发量1 200 mm。区内无霜期多年平均为154 d，冻结期为10月下旬，解冻期为4月中旬，标准冻结深度1.20 m。

2.2　地形地貌

凌源市柏杖子水库地貌类型属低山丘陵区，坝址处为“U”型河谷，河谷宽约200 m，左岸较缓，岩石裸露；右岸较陡，多为植物覆盖。坝址区以上两岸山体雄厚，下游河谷逐渐开阔，地貌逐渐向丘陵区过渡[1]。

2.3　地层岩性

凌源市柏杖子水库大坝两岸山体岩石裸露，为中元古界蓟县系雾迷山组白云岩，坝址处与库区见有第四系冲洪积砂砾卵石、粉质黏土，下伏蓟县系雾迷山组白云岩[2]。

2.4　地质构造与地震

凌源市柏杖子水库地质构造单元属中朝准地台燕山台褶带辽西台陷朝阳穹褶断束、晚燕山期松岭子盆地。坝址区内未见明显断裂构造，根据区域地质资料，坝址区与库区内未发现活动断裂构造。根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)确定，库区抗震设防烈度为6°，设计基本地震加速度值0.05 g，反应谱特征周期为0.45 s。

2.5　水文地质条件

坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积孔隙潜水与基岩风化裂隙水。第四系松散堆积孔隙潜水分布于库区内与坝址下游沟谷中，含水层岩性为砂砾卵石，含水层厚度2～5m，地下水埋深2～4m，富水性较好，地下水水化学类型为重碳酸钙型水，接受大气降水入渗、基岩风化裂隙水径流补给。基岩风化裂隙水分布于坝址区与两坝端基岩风化裂隙带中，由于山高谷深大气降水是基岩风化裂隙水主要补给源，水库高水位蓄水后，也可经坝端绕渗获得水库水补给，含水层厚度与风化带厚度相关，富水性较差，地下水水化学类型为重碳酸钙型水[3]。

3坝址区工程地质条件

3.1　拦河坝工程地质条件评价

3.1.1坝体工程地质条件评价

柏杖子水库大坝为黏土心墙坝。经钻探揭露，水库大坝筑坝粉质黏土、黏土填筑密实程度不均匀，粉质黏土质量密度1.62～1.67 g/cm3，黏土质量密度1.62～1.70 g/cm3，多处含有砂、砾石与白云岩碎屑成分，渗透系数1.60×10-5～9.50×10-5cm/s；ZK1号孔3.00～4.80 m(标高378.80～377.00 m)为素填碎石层，渗透系数0.04 cm/s，大坝整体存在渗漏隐患。根据坝体取样试验指标，坝体(心墙)土物理力学指标见表1及表2。坝体外壳为填筑碎石，碎石母岩成分以白云岩、白云质灰岩为主，粒径以2～5 cm为主，密度1.68～1.72 cm3,稳定坡脚水上32°，水下27°，渗透系数7.5×10-3cm/s。

表1　坝体心墙黏土②-1主要物理力学指标表

表2　坝体心墙粉质黏土②-2主要物理力学指标表

3.1.2坝基工程地质条件评价

凌源市柏杖子水库大坝两岸山体岩石裸露，为中元古界蓟县系雾迷山组白云岩，坝址处与库区见有第四系冲洪积砂砾卵石、粉质黏土，下伏蓟县系雾迷山组白云岩。

1)中元古界蓟县系雾迷山组白云岩：大坝两岸山体裸露地表。灰白色～灰黑色，地表岩石强风化，风化层厚度4～5 m，节理裂隙发育，裂隙发育组数众多，裂隙面参差不齐，裂隙宽度0.5～3.0 mm，大多未充填，结晶粒状结构，层理状构造，岩层产状倾向110°～125°、倾角40°～53°。坝址下经钻探揭露：白云岩强风化层顶标高349.90～371.20 m，厚度1.90～4.60 m，灰白色～灰褐色，原岩结构构造基本保持，结晶粒状结构，层理状构造，岩石风化裂隙发育，岩芯呈碎块状。白云岩中风化层顶标高348.00～366.60 m，厚度1.30～2.70 m，灰黄色～灰白色，结晶粒状结构，层理状构造，风化裂隙一般发育，岩芯呈短柱状，RQD值28%～30%。白云岩微风化层顶标高346.70～363.90 m，厚度1.80～3.10 m，灰白色～灰黑色，结晶粒状结构，层理状构造，裂隙不发育，岩芯呈长柱状，RQD值69%～72%。白云岩层顶标高343.60～361.50 m，揭露厚度1.40～2.30 m，灰黑色，结晶粒状结构，层理状构造，岩芯呈长柱状，RQD值83%～85%。

2)第四系冲洪积粉质黏土、砂砾卵石：根据水库大坝筑坝资料，坝址区沉积的砂砾卵石层厚度2～3m，清基时已清除。库区内见有砂砾、卵石，黄褐色～灰褐色，颗粒级配一般，颗粒形状以亚圆形为主，颗粒无序排列，粒径以5～50 mm为主，母岩成分以砂岩、灰岩、白云岩为主，砾石间为砂质充填，见有卵、漂石，稍密状态。坝址下经钻探揭露见有粉质黏土层。粉质黏土③层在ZK1号孔26.00～31.90 m(标高355.80～349.90 m)，见有分布，黄褐色～深褐色，稍湿，可塑状态，切面稍有光滑，无摇震反应，韧性较高，干强度较高。揭露最低建基面高程为355.80 m。

3)坝基岩土体透水性分析。经钻探揭露：水库大坝修筑前右岸清基不彻底，ZK1号孔26.00～31.90m(标高355.80～349.90m)见有粉质黏土，黄褐色～深褐色，稍湿，可塑状态，切面稍有光滑，无摇震反应，韧性较高，干强度较高，渗透系数1.10×10-5～1.60×10-5cm/s。水库坝址下岩石风化层厚度6.30～9.70m，岩石单位吸水量0.017～0.033 L/min·m2，存在渗漏隐患。白云岩强风化～中风化层地基承载力特征值500～800 kPa；水库大坝座落在强风化白云岩与粉质黏土层上，地基承载力特征值110～500 kPa，基本满足水库大坝强度要求[4]。

3.1.3坝肩工程地质条件评价

经现场勘察，水库两坝端白云石风化强烈，风化裂隙发育，组数较多，风化层厚度6.30～9.70 m，水库建设与使用中均未进行灌浆处理，水库高水位蓄水后在筑坝粉质黏土、黏土与岩石风化层接触部位易产生渗漏。

3.2　溢洪道工程地质条件评价

溢洪道位于水库左岸岸边，依山开挖。属于开敞式溢洪道，溢洪道堰型为驼峰堰。溢洪道处基岩为蓟县系雾迷山组白云岩，属中硬质岩石，中等风化为主，见有强风化。强风化～中风化层地基承载力特征值500～800 kPa。现状岸坡较稳，露头裂隙较发育，局部可能发生崩落掉块现象，高水位蓄水时可能出现渗漏现象。

3.3　输水洞工程地质评价

柏杖子水库放水建筑物位于溢洪道左侧，现状为穿山放水设施型式。放水设施为钢筋混凝土马蹄形涵管，直径1.0 m，管洞长70.0 m，进口高程366.6 m。围岩以为蓟县系雾迷山组白云岩，为主，见有脉岩和蚀变带，属中硬质岩石，中等风化为主。现状较稳定。进水口山体较高陡，可能发生崩落掉块现象。输水洞距大坝较远，相互之间不利影响比较小。

4结论与建议

经过对勘察资料和工程运行情况分析，柏杖子水库目前工程整体运行情况无重大不良地质问题出现，具体结论与建议如下：

1)水库库区及坝址区工程地质条件较好，经钻探验证水库坝址下岩石风化层厚度6.30～9.70 m，岩石单位吸水量0.017～0.033 L/min·m2，存在渗漏隐患；经钻探验证水库大坝填筑粉质黏土、黏土密实程度不均匀，多处含有砂、砾石与白云岩碎屑成分，渗透系数较大，存在渗漏隐患。建议及早进行水库除险加固，消除安全隐患。

2)凌源市柏杖子水库地质构造单元属中朝准地台燕山台褶带辽西台陷朝阳穹褶断束、晚燕山期松岭子盆地。坝址区内未见明显断裂构造，根据区域地质资料，坝址区与库区内未发现活动断裂构造。区域地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.45s，相应抗震设防烈度为Ⅵ度。

3)没有水库浸没和坍岸问题。整个库区坍岸问题不严重，至今没发生对水库有影响的坍塌事故。但位于坝址右岸库水位以上部位的边坡，岩石风化较严重，表部由坡积碎石土组成，建议削坡或其他有效处理措施处理，若采用削坡处理，建议坡比为1∶1。

4)筑坝材料储量丰富，运距较近，场区标准冻结深度1.20 m，可以满足工程设计要求。

参考文献：

[1]张艳丽.海龙川水库溢洪道加固设计与计算分析[J].水利技术监督，2015(01)：49-51.

[2]姚旭初，张琦伟.王巍三家店水库水文地质特征及其对工程施工的影响[J].水利规划与设计，2013(03)：38-40.

[3]罗兴建，吕锋，陈海鹏.重庆市秀山县隘口水库工程坝基工程地质条件研究[J].水利规划与设计，2010(05)：94-96.

[4]任妍儒.节水增粮项目地质及水文地质条件分析[J].水利规划与设计，2014(10)：37-38,61.

[作者简介]冯慧(1978-)，女，辽宁朝阳人，工程师，研究方向为水利水电工程设计、水利工程施工、污水处理等。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：P64

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)08-0154-03