第１３卷 第５期 ２０１３生 中 国水运 ＶｏＩ．１３ Ｍａｙ Ｎｏ ５ ２０１３ ５月 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 某大型水库环境工程地质问题初探 张志敏，张永央，曹东勇 （河南省水利勘测有限公司，河南郑州４５０００８） 摘要：新建水库区环境工程地质问题是工程投资、决策的重要影响因素。文中根据某大型水库地形地貌、地层岩 性、地质构造等基本地质条件，初步分析了库坝区存在库岸稳定、渗漏、浸没、诱发地震及淤积、泥石流等环境地 质问题，提出库坝区存在坝肩渗漏、库岸稳定问题，库区浸没、渗漏及淤积问题不大，水库运行中可能诱发小震， 可为工程设计、决策提供一定借鉴。 关键词：大型水库；库岸稳定；诱发地震；库区浸没；环境工程地质 中图分类号：ＴＵ４１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１３）０５－０２０４—０３ 某大型水库位于淮河流域沙颍河支流北汝河上游，水库 控制流域面积１，３２５ｋｍ ，以一座以防洪为主，兼顾灌溉、 供水结合发电的大（２）型水利枢纽，总库容５．３３亿ｍ。， 最大坝高８ １．８ｍ。库坝区处于中朝准地台和秦岭褶皱系两个 一叉的夹角，南北向为钝角，东西向为锐角，两组断裂互相切 割、互相制约，为一组共轭断裂。近东西向断裂主要分布在 库区南部山区和北部陶营乡一带，离库区约２５ｋｍ左右。上 述各组断裂主要形成嵩阳期末、王屋山期和燕山期。 水库区位于大凹岭一杨圈北西西向倾伏背料的北冀，多是单斜 地层，走向３４０。。倾向北东，倾角１０－３０。，其中发育有北东 东向、北西西向和近东西向三组断裂，北东东向和北西西向断裂 尤其发育，它们互相切割、互相制约，为一级共轭断裂。 三、环境工程地质问题及评价 １．水库渗漏 （１）库区渗漏 级大地构造单元交界地带的中朝准地台边缘上，华熊台缘 坳陷二级大地构造单元内。以栾川一确山一固始深断裂为界， 其北为中朝准地台，南为秦岭褶皱系，构造位置独特。长期 以来，历经了多次构造运动演化，褶皱、断裂发育，岩浆活 动频繁，区域变质作用强烈。本文阐述了库坝区地形地貌、 地层岩性、地质构造等基本地质条件，初步分析了库坝区存 在的环境工程地质问题，可为类似工程提供一定借鉴。 一、地形地貌及地层岩性 库区山体浑厚，两岸分水岭高程一般在５００ １，Ｏ００ｍ， 无低矮单薄分水岭。库区两岸出露岩层多为安山岩、安山玢岩， 岩体呈弱风化，节理裂隙较发育，裂隙宽度０．５—１．５ｍｍ，多 为半充填、充填，裂隙延伸长度一般ｌ￣３ｍ，局部达５ｍ以上， 库区地貌主要为构造、剥蚀地貌和河流侵蚀堆积地貌， 地貌单元有中低山、丘陵和阶地、河床、河漫滩。 中低山地貌分布坝址区上游的河谷两岸，库区上游山势 普遍高峻，往下游山峰渐矮，坡度稍缓，海拔高程 ５００－１，Ｏ００ｍ，切割深度２００－４００ｍ，山体基岩裸露，覆盖 层薄，林木稀少，多陡坡耕地。 丘陵地貌分布在坝址区下游，海拔高程３５０￣５００ｍ，丘顶浑 圆，沟宽而浅，坡度１０￣２５。；阶地沿河谷呈带状断续分布。 水库区以坚硬基岩为主。大青山隆起区为中元古界熊耳 弱透水性。Ｆ 正断层在鸭兰沟口上游约５ｌＯｍ处，沿近ＥＷ 走向向库外伸展６００ｍ后（此处高程４３０ｍ，高于库区正常蓄 水位４００ｍ高程）隐伏于更新统粉质粘土之下。断层带内主要 为铁硅质胶结的角砾岩为主、见糜梭岩、断层泥，见高温烧结 现象，断面平直、光滑，有水平擦痕。粉质粘土厚度大，弱透 水性，断层带胶结较好，不存在沿断裂带渗漏条件， 、Ｆ 群一套火山岩系，局部为侵入岩。上店断陷盆地为中生界、 新生界及第三系地层，因此库区基岩主要为元古界熊耳群火 断裂可能切穿库岸山体与临近陆浑水库相连，但该断裂为压性 断裂，断层带内泥、角砾岩胶结较好，致密，不存在沿断裂带 渗漏条件。综合上述，库区不具备向相邻低谷渗漏及深层渗漏 条件，地形地质封闭较好，库区不存在永久渗漏问题。 （２）坝肩渗漏问题 左岸岸坡下部呈阶梯状，岩性为壤土或粉质钻土，呈硬 山岩系和侵入岩，局部分布第三系砾岩、辉石橄榄玄武岩； 第四系分布于河谷底部和阶地上。 二、地质构造 某水库在大青山隆起区，而坝址区处于大青山隆起区与 上店断陷盆地的交接部位。 库区断裂构造较为发育，不同时期，不同方向的断裂相 塑状态，弱透水性。据调查，地表所见没有发生或可能发生 的滑坡体，但由于各阶梯状台地高程相差较大，坝高不同， 互交织形成区内复杂的构造痕迹，以断裂的走向可分为：近 东西向、北东向和北西向三组断裂。北东向和北西向区域断 强度是否满足设计要求应进行验算；岸坡上部较陡，基岩裸 露，岩性为安山玢岩，强度高，岩体呈弱风化，裂隙发育， 大多微张，且多为高角度，满足其稳定要求；岸坡下部土层 表层因耕种原因，含有植物根系，结构松散，应清除，岸坡 裂在库区发育，两组断裂交错，北东向断裂多切错北西向断 裂，南北盘多向北东方向错开，但错距不大；该两组断裂交 收稿日期：２０１３—０２—２１ 作者简介：张志敏（１９７２一），山西河津人，河南省水利勘测有限公司高级工程师，注册岩土工程师、一级建造师，毕业 于西安地质学院水文地质与工程地质系，长期从事岩土工程、水利工程的勘察、设计与治理工作。 第５期 张志敏等：某大型水库环境工程地质问题初探 ２０５ 上部需要清除松动岩体。 右岸岸坡陡立，基岩裸露，岩性为安山玢岩，强度高， 岩体呈弱风化，裂隙发育，多微张。坝肩处ｆ 。、ｆ 。断层走向 与岸坡呈高角度，规模小，对拟建坝体满足其稳定要求。但 坝肩表层需进行适当清坡处理，清除松动岩体。上部为第三 系砾岩，强风化，泥质胶结差，强度低，抗冲刷能力弱，库 水存在岸坡稳定问题。 坝址左、右岸坝肩山体相对单薄。左岸上部岩体（高程 ３６７．２６ｍ以上）渗透率大于５．０Ｌｕ。右岸山体陡立，岩体裸 露，裂隙发育。高程３６５．８－３５０．４ｍ岩体渗透率大于５．０Ｌｕ， １ ９７ １年洛阳水利勘测设计院在此勘探期间，作压水试验时， 山坡出现大量涌水现象，存在渗漏问题。受河流侵蚀及人类活 动修路切坡影响，右岸边坡发育有强卸荷带，坡体呈悬坡，厚 度为垂直地表５—１０ｍ，深度自边坡坡顶，延伸至河谷底，裂 隙张开局部达ｌ￣２ｃｍ，连通性好，裂隙面普遍锈染，雨季沿 裂隙见线状水流。根据挂龙夼隧洞雨后洞顶部出现渗水、漏水， 判断右岸坝肩存在绕坝渗漏问题，建议进行固结、防渗处理。 ２．库岸稳定 水库库岸组成以硬质基岩为主，部分为第四系地层。安山 岩、安山玢岩成层性差。裂隙虽发育，但延伸长度短，倾角较 陡；石英斑岩等侵入岩，致密、坚硬。区内主要发育的北西西 ～北西向断裂几乎与库岸直交，北东向断裂虽与库岸交角较小， 但其倾角陡，因此形成滑塌可能性很小。基岩边坡基本稳定。 据实地调查，自谷底算起，３０－５０ｍ以上坡角较缓，不 大于２５。，岸坡比较稳定；３０－５０ｍ以下坡角较陡，多数 也已长期稳定。 汝河左岸古庄坡和圪陡之间，局部位置因修建公路后形 成岩体卸荷，在卸荷带范围岩体质量较差，雨季该段造成多 处坍塌，一般坍塌范围长１０－３０ｍ左右。 圪陡及上凹自然村处高程４００．０￣４７５．０ｍ分布的地层上 部为Ｑ。的壤土、粉质粘土，厚度一般２－５ｍ，下部为安山岩、 安山玢岩。组成库岸的壤土、粉质粘土抗冲刷能力差，遇水易 软化，高水位时由粉质粘土构成的库岸受波浪的影响会产生规 模不大的剥落、崩塌等塌岸情况。目前圪陡及上凹自然村民房 多分布在４０５￣４５０ｍ左右，水库高水位时由于受波浪的影响 产生的库岸塌岸对圪陡现民房安全造成一定威胁。 南河右岸寨坡村西部地形陡峻．发育北东向、北东东向、 北西向三组裂隙，其中北东向产状与山坡近于平行，裂隙互 相切割，裂隙面内白色高岭土充填，雨季极易发生崩塌，分 布高程在４５０￣５５０ｍ之间；古装坡北部和古装坡处由于断 层和裂隙的影响也有少量塌区。以上滑坡体方量小，坍塌块 体一般０．３—０．５ｍ，附近没有居民点，又远离坝址区，因此 对水库的安全运行不会产生大的影响。 库岸坡部分为阶地，岸坡下部岩性主要为第四系上、中 更新统粘性土，强度较高，该层下部多夹卵石或碎石，大部 分坡壁陡峭，且植被发育不好，在库水浸没、冲蚀、风浪和 水位升降作用过程中可能产生塌岸。库区内村庄迁移和局部 塌岸不会对生产生态环境产生影响。 ３．库区浸没 库区正常蓄水位４００．０ｍ。库岸主要由安山岩、安山玢 岩组成，岩体弱透水性，两岸山体绵延浑厚。Ｆ。、Ｆ 断裂为 压性断裂，断层带内泥、角砾岩胶结较好，致密，Ｆ：断层虽 在坝址区靠近右岸贯穿河床，其破碎带宽度５－１ ８ｍ，但根据 坝基河床钻孔压水试验表明，破碎带岩体透水率小于２．０Ｌｕ， 弱透水性。所以不存在越流邻谷而发生浸没问题。 库区库尾左岸庙岭自然村、圪陡及上凹自然村处地貌主 要分布的台阶状缓坡，每级台高２．０－３．０ｍ，总体坡度 ２５。－３５。；分布的地层上部为Ｑ 的粉质粘土（前缘厚２．０ｍ 左右，后缘厚ｉ０￣１３ｍ），下部为Ｐｔ 的安山玢岩，粉质粘 上及安山玢岩具微一弱透水性。覆盖层Ｑ。的粉质粘土分布高 程在４０４ｍ以上，高于４００ｍ的水库正常蓄水位。粉质粘土 及安山玢岩为相对不透水地层，根据水库浸没评价判断条件 初判为不易浸没地区。 库区右岸上庄、下庄自然村处Ｉ阶地现地面高程在 ４ １３～４ １６ｍ，地势较平缓，地层结构为上部２．０ｍ厚Ｑ 。的 壤土，下部为砂卵石地层，壤土具弱一中等透水性，砂卵石具 中一强透水性，在水库正常蓄水位４００ｍ左右分布为砂卵石 地层，壤土底面距正常蓄水位高差较大，判断一般不易产生 浸没。Ｉ阶地上分布的Ⅱ阶地及左岸黄庄乡所在Ⅱ阶地在 ４１６ｍ以上，地层结构上部为Ｑ 的粉质粘土，厚５．Ｏ一１０．０ｍ， 下部为砂卵石地层，初判不易产生浸没。 库区右岸红椿园自然村西侧Ｉ阶地现地面高程在 ４０８～４０９ｍ，地势较平缓，地层结构为上部０．５ｍ厚Ｑ４ 的 壤土，下部为砂卵石地层厚３￣８ｍ，在水库正常蓄水位４０５ｍ 左右分布为砂卵石地层；壤土具弱一中等透水性，砂卵石具强 透水性，一般情况下，不会发生浸没，若受库水位顶托地下 水抬升至砂卵石地层顶面时可能发生浸没，但分布范围小。 根据地区经验，Ｑ 的壤土土层毛细管上升爬高一般在 ０．８ｍ左右，Ｑ。、Ｑ２的粉质粘土土层毛细管上升爬高一般在 ｌ｜０ｍ左右。 ４．水库诱发地震可能性预测 （１）某水库处于构造稳定区，没有第四系断层，因此不 可能诱发大的地震。 （２）本区火山岩系（熊耳群）岩石脆性较大，断层裂隙 发育，有些断层延伸十几公里乃至几十公里，有些地段北东 向和北西向两组共轭节理每平方米可达１０￣３０条，风化裂隙 也较多见，这些工程地质条件均有利于库水渗入。第三系砾 岩层厚，风化严重，底部古地形起伏不平、变化大，长期浸 泡水下也会增加岩体失稳的可能性，第四系的上部多为壤土、 粉质粘土，可以阻渗，但分布范围小，连续性差，河床为砂 卵石则不能阻渗，库水入渗将改变下部岩体的力学性质，导 致应力的重新分布。 （３）根据区域应力场资料，本区位于大范围内走滑震源 错断星点 状分布区，以北东东一近东西向优势压应力场为主要特 征，应力水平不高，预计不超过７￣８ＭＰａ。 另外，熊耳群火山岩系中，安山岩、英安岩和石英斑岩 占绝大多数，总体上仍属坚硬完整岩石，尽管它们矿物成分 上有些差异，但作为统一的水文地质结构单元，其软化系数 相差不大，其中地下水多属表层风化壳水，（下转第２０８页） ２０８ ３．压力灌浆法 中国水运 第１３卷 载能力。加固后向裂缝中灌入树脂，可增加防水性，防止混 压力灌浆法（如图４所示）是通过对需要密封的裂缝内 部充气，使空间内的空气密度比外界大，形成了压力差，当 撤除充气状态时空间内的空气就会向外界涌出，而当空气外 涌的时候则会推动本来就堆积在出口的密封浆外涌，使得整 个通道堵满浆液，待其凝固后就可以封闭裂缝，是改善结构 强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。适用于裂缝不规 则且深入结构内部或结构有空隙的修补。按灌浆材料进行分 类主要为：水泥灌浆法、沥青灌浆法、化学材料灌浆法。 凝土老化，以及控制钢筋或预应力筋的腐蚀。 五、结语 在桥梁建造与运营过程中出现裂缝，是值得桥梁工程技 术人员关心的问题。桥梁裂缝不但会使桥梁产生异常的内部 应力或变形，严重的还可能危及桥梁的整体结构安全和正常 使用。综上所述，虽然混凝土桥梁产生裂缝很难避免，但只 要在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够 充分考虑的各种因素的影响，在施工过程中多观察、归纳， 并总结出各种预防处理措施，当出现裂缝后及时进行修补， 桥梁的裂缝是可以控制在设计允许范围内的。 参考文献 【１ｌ＿ｌＴＧＤ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范【ｓ】．北京：人民交通出版社，２００４． 图４压力灌浆法 ４．结构加固法 图５结构加固法 『２】赵国藩，李树瑶，廖婉卿．钢筋混凝土结构的裂缝控制［ＭＪ． 北京：海洋出版社，２０００． 因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土 耐久性降低、火灾造成裂缝可采用结构加固法，该法施工工 艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，主要包 括结构补强法、锚固补强法、预应力法等。用环氧树脂把钢 板粘结在混凝土上（如图５所示），能使二者较好地粘结在 一【３】徐启友著．桥梁修理与技术改造［ＭＩ．北京：人民交通出版 社，１９９２． 【４】王铁梦．工程结构裂缝控制ｌＭ Ｊ．北京：建筑工业出版社， １９９８． 【５Ｊ过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理与分析ＩＭ１．北京：清华 大学出版社，２００３． 起共同工作，从而防止梁底裂缝得产生还可以提高结构承 （上接第：２０５页）由于风化壳厚度有限，所以埋藏浅，其接 水库淤积物的来源主要是二级以上阶地上的粘性土，库 区绿化率低，水土流失较严重，但其分布面积有限，另外， 受大气降水补给，多在当地排泄，其中发育的断层有些含水 或透水，但由于断层规模和充填物在空间上变化大，基本上 不具备形成有统一水力联系的大规模承压水的条件，而且淹 第三系砾岩地表多为全一，强风化，抗冲刷能力差，也是库淤积 物来源之一，但出露面积更小；各类火山岩系及中生代侵入 的石英斑岩，地表多为弱一微风化，抗冲刷能力强，其中构造 发育，山体破碎地段，有可能产生坍塌，但方量小，所以某 水库不会产生严重的淤积问题。 ６．泥石流问题 没长度不大于１ ０ｋｍ；下第三系砂质泥岩、页岩、泥灰岩地 层，裂隙断层均不发育，虽风化较深，但泥质含量高，蓄水 程度弱，透水性差；第四系覆盖层部分地段为中～高液限壤土、 粉质粘土，有碍于库水下渗，所以，某水库可能发生的水库 诱发地震只能是因应力场的调整引起的浅源弱震。 库区断裂构造虽较为发育，但从地质测绘和钻探资料分 析，各断层均没有错断更新世以来的地层。说明更新世以来 库区范围硬质基岩分布广泛，高坡及山顶即使有农田开 垦，亦为薄的基岩风化层，不存在泥石流产生的可能性。 四、结论 没有明显活动；破碎带内胶结较好，弱透水性，库区岩石多 为安山岩、安山玢岩，岩体裂隙发育，倾角较陡，大多为微 张，连通性差，弱透水性，蓄水后的库区匮乏导致产生地震 的渗漏条件、岩石圈封闭条件较好，在现今应力作用下与深 （１）本区位于中朝准地台（Ｉ）的华熊台缘坳陷（Ⅱ ） 内的崤山一鲁山拱褶断束（Ｉ 。）三级大地构造单元内。区内的 上店断陷盆地和大青山隆起区均属构造稳定区，第四纪以来 构造较稳定，无活动断层，历史上没有发生过大于３级的地 震，工程区地震动峰值加速度为０．０５ｇ，相应地震基本烈度 部不易产生水力联系；库区除局部位置存在少见塌岸或滑坡 外，岸坡稳定；库区自１９６０年以来发生地震震级一般都在 ２￣３级以下，表明构造应力活动十分微弱。通过上述分析， 为Ⅵ度。库区不存在断层活动和强震活动引起诱发地震的可 能。但水库蓄水后应力场调整和局部重力失衡存在诱发地震 的可能，震级上限预测为３．０级，其影响烈度不超过５度。 根据构造和岩体破碎条件，预测可能发生水库诱发地震的地 段在王建庄一圪陡村之间。 另与处于同一地质构造单元的大（Ｉ）型某水利枢纽主体座 落在伊河断裂控制的嵩县断陷盆地内，该盆地形成于早第三 纪，结束于晚第三纪，地貌以低山丘陵为主，主要分布有下 第三系砾岩，砂质泥岩、页岩等地震基本烈度为６度，历史 上未曾有微震活动。１９５８年建成蓄水后，多年运行比较， 未曾发生过诱发地震。整体上认为水库蓄水后发生较大诱发 地震的可能性较小。 ５淹没与淤积问题 （２）库区除汝河左岸古庄坡和圪陡之间等局部位置存在 少量塌方、红椿园自然村西侧Ｉ阶地上在小范围内可能发生 浸没外，其它不存在库岸稳定、渗漏、浸没、泥石流等工程 地质问题，无埋藏重要矿产资源。左、右坝肩山体单薄，存 在绕坝渗漏问题，建议采取处理措施。
