五指耙水庫大壩壩址區地質條件分析

吳秀營

（深圳市寶安區松崗街道市政建設工程事務中心，廣東 深圳 518105）

1 工程概述

五指耙水庫位于寶安區松崗街道東南部2.2 km 處，庫址緊靠東方林果場。水庫建于上世紀20 世紀60 年代，地貌區劃屬于深圳西北部河成堆積沖洪積平原，壩址區均為丘陵地貌單元，地形起伏較小，坡度較緩。主壩兩岸山坡相對稱，左岸山頭高程小于右岸山頭，兩岸山坡高程30 m～34 m。運行至今已有60 a，前后經過多次除險加固，集雨面積為2.22 km2，壩址以上主流長度L=2.165 km，比降J=0.0218。

總庫容194.03 萬m3，屬小（一）型水庫，Ⅳ等工程。水庫供水對象為五指耙水廠，該水廠現狀規模為16 萬m3/d，遠期規劃擴建至30 萬m3/d，根據《深圳市供水水源及供水布局優化研究》五指耙水庫定位為松石支線檢修期五指耙水廠備用水源。水庫主要建筑物包括：主壩、副壩、溢洪道、輸水涵。

2 壩址區工程地質

為了準確了解水庫壩址區工程地質條件。直接對壩址進行地質勘查。主壩進行15 個鉆孔，副壩進行13 個鉆孔，庫尾擋墻進行6 個鉆孔。

2.1 地層巖性

根據鉆孔實驗可知，地質巖性分為四層，從下往上依次為：

①燕山四期早白堊系粗中粒黑云母（二長）花崗巖（K1Pt）

強風化花崗巖5 個鉆孔有揭露此層，均未揭穿該層，層頂高程介于0.96 m～20.30 m。

全風化花崗巖11 個鉆孔有揭露此層，6 個鉆孔未揭穿該層，層頂高程介于4.01 m～29.10 m。

②坡殘積層（Qdl+el）

粉質粘土（坡積土）僅2 個鉆孔有揭露，厚介于2.00 m～3.80 m，平均厚度2.90 m，層底高程介于16.96 m～20.04 m。

礫質粘性土11 個鉆孔有揭露此層，4 個未揭穿此層。揭穿此層的7 個鉆孔厚介于2.20 m～16.30 m，平均厚度6.33 m，層底高程介于4.01 m～17.23 m。

③第四系（Q4）

素填土層（Q4ml）15 個鉆孔均揭露此層，揭露層厚介于1.00 m～13.20 m，平均厚度7.38 m，層底高程介于17.74 m～29.10m。

沖填土（Q4ml）2 個鉆孔揭露此層，揭露層厚介于0.70 m～2.20 m，平均厚度1.45 m，層底高程介于19.81 m～23.84 m。

④沖洪積層（Q4al+pl）

耕土3 個鉆孔有揭露，揭露層厚介于0.70 m～2.70 m，平均厚度1.43 m，層底高程介于18.42 m～22.52 m。

粉質粘土10 個鉆孔有揭露，揭露層厚介于0.70 m～10.00 m，平均厚度4.75 m，層底高程介于9.32 m～18.96 m。

粗砂僅3 個鉆孔有揭露，揭露層厚介于1.90 m～5.50 m，平均厚度4.13 m，層底高程介于11.04 m～13.23 m。

礫砂6 個鉆孔有揭露，揭露層厚介于1.70 m～6.00 m，平均厚度3.67 m，層底高程介于7.42 m～13.99 m。壩址標準貫入試驗統計表見表1。

2.2 水文地質

壩址區地下水類型為松散層孔隙潛水及基巖裂隙潛水。含水層主要為第四系填土層、砂層。主壩壩頂地下水埋深介于5.70 m（ZK1）～8.20 m(ZK5)，對應高程 25.38 m～22.79 m，其中ZK9，ZK10 在鉆孔深度范圍內未見地下水位。勘探時庫水位約24.6 m，壩體地下水位略低于庫水位約1.8 m，剖面圖見圖1，各巖土層進行水文地質試驗，結果見表2。

表1 標準貫入試驗統計表

圖1 五指耙水庫壩址地質剖面圖

表2 鉆孔注水試驗成果統計表

從實驗結果可知：大壩填土的滲透系數K 值主要在1.02×10-5～4.69×10-4cm/s 之間，屬弱透水。但在ZK1 孔深0～3 m 和 ZK17孔深0～5 m 范圍內，出現漏水現象，在ZK15 孔深1 m～6 m和ZK8 孔深6 m～11 m 范圍內滲透系數屬于中等透水，在ZK4 位置壩體與壩基接觸帶出現漏水現象。壩基各土層中，礫砂、淤泥質砂土的滲透系數屬于中等透水，其余各巖土層滲透系數屬弱透水。

土工實驗測出的垂直滲透系數見表2 土工試驗報告。室內土工試驗對大壩填土共做垂直滲透3 組，K 值范圍從1.99×10-5cm/s～3.42×10-4cm/s，平均值 1.58×10-4cm/s，屬中等透水接近弱透水，比現場注水實驗測出的滲透系數稍大。室內測得的粉質粘土、礫質粘性土、全風化花崗巖垂直滲透系數均屬于中等透水，比野外注水試驗測得的水平滲透系數偏大。場地地下水對砼具有弱腐蝕性；場地地下水和土對混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性；場地地下水和土對鋼結構具有弱腐蝕性。

2.3 填筑體工程特征

2.3.1 壩體填筑土料的特性

大壩建于20 世紀60 年代初，由于年代久遠，料場具體位置無法查清，在主壩上共取填土樣18 組，在副壩上取填土樣9 組，以此比較判斷大壩填筑土料的特性。

根據《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》（SL 251-2000）對碾壓式均質土壩上壩土料質量技術要求，質量評價如下：

1）粘粒含量：對主壩5 組土樣做粘粒含量測試，測得壩填土的粘粒含量均在20.15%～30.33%之間，平均值為27.16%，平均值滿足規范10%～30%的要求，但有1 組粘粒數值稍超出范圍值。

對副壩8 組土樣做粘粒含量測試，測得壩填土的粘粒含量均在16.42%～24.9%之間，平均值為21.09%，平均值滿足規范10%～30%的要求。

2）塑性指數：規程要求塑性指數7～17，主壩共取18 組土樣進行試驗，塑性指數在11.20～18.60 范圍內，平均值為14.53，平均值滿足規范7～17 的要求，有3 組土樣不滿足要求。

副壩共取9 組土樣進行試驗，塑性指數在12.60～19.50 范圍內，平均值為16.92，平均值滿足規范7～17 的要求，有4 組土樣不滿足要求。

3）滲透系數：規程要求滲透系數K 碾壓后＜1×10-4cm/s，室外對大壩填土進行26 段注水試驗，滲透系數K 值范圍主要屬于弱透水；但在ZK4、ZK17 上部0～5 m 內出現漏水現象，ZK15、ZK8 局部段滲透系數屬于中等透水。室內土工試驗共做垂直滲透3 組，K 值范圍屬于中等透水。大壩填土的滲透系數局部不符合規程要求。

2.3.2 壩體填筑土均勻度和壓實度

為了解大壩填土的壓實度和均勻度，對填土進行標準貫入試驗共計15 次，標準貫入實驗范圍值介于6～15 擊，平均9.26 擊，標準值8.82 擊，標貫實驗擊數跨度較大，說明填土力學性質不均勻；對27 組填土進行土工試驗，測得天然孔隙比介于0.45～0.89，平均值0.67，也說明填土的均勻性不好。標貫擊數大部分小于10 擊，說明填土主要呈松散狀態。

主壩填土樣室內土工試驗干密度范圍值從1.42 g/cm3～1.85 g/cm3，平均值1.61 g/cm3，根據2 組擊實樣實驗數據，最大干密度1.76 g/cm3，最優含水率15.2%和16%。壓實度范圍值介于80.6%～1.05%，平均值91.4%，壓實度平均值不符合工程要求。

副壩填土樣室內土工試驗干密度范圍值從1.56 g/cm3～1.81 g/cm3，平均值1.63 g/cm3，根據1 組擊實樣實驗數據，最大干密度1.75 g/cm3，最優含水率15.5%。壓實度范圍值介于89.1%～1.03%，平均值93.1%，壓實度平均值不符合工程要求。

2.3.3 壩體填筑土滲透特征

表2 實驗分析結果表明，大壩填土的垂直滲透系數平均值大于水平滲透系數平均值。

從室內土工滲透試驗和室外注水試驗數據分析，滲透系數范圍值介于弱透水～中等透水，跨度較大，壩體的滲透特性不均勻。

2.4 壩體滲漏和滲透穩定評價

2.4.1 壩體滲漏

室內土樣滲透試驗和野外注水試驗表明，壩體填土滲透系數平均值小于1.58×10-4cm/s 大壩填土層大部分屬弱透水，但局部存在中等透水情況，主壩中間部位壩體與壩基接觸帶存在漏水現象，需要進行加固處理。

2.4.2 壩基滲漏

大壩的壩基是由沖洪積層和殘坡積層組成，下伏基巖為花崗巖。通過注水試驗分析，壩基淤泥質砂土，礫砂屬中等透水，其他各巖土層屬弱透水。勘察期間觀察到排水陵體底部出現幾個泉眼涌水現象，泉眼約手指大，涌水量不大，水流清晰未帶泥沙。滲水原因是壩體和壩基接觸帶滲水以及壩基的礫砂層滲水引起的。故建議水庫安裝量水堰，計算庫水位與滲流量的關系，同時對壩體和壩基進行防滲處理。主壩副壩在建壩時均未清理壩基，壩基存在淤泥質砂土、沖填土等軟弱土層，粉質粘土層局部也存在軟弱夾層，建議加固壩基。

2.4.3 其他

現場檢查壩下輸水涵管關閉不牢，存在少量漏水現象；主壩馬道排水溝局部開裂，壩腳排水溝局部損毀；壩尾漿切石擋墻墻腳水泥砂漿脫落，局部塊石掏空；以上均建議重建或整治，消除安全隱患，確保水庫有效運行。

3 結論

五指耙水庫大壩僅為20 世紀60 年代始建水利工程的一個代表，先后經過多次除險加固仍有滲漏問題出現，此次地質條件分析，明確得知滲漏問題是由于壩體和壩基接觸帶滲水以及壩基的礫砂層滲水引起的，為后續加固提供了方向和依據，從源頭杜絕安全隱患。水利工程是否安全運行是關乎民生的大問題，對于運行年限較長的水庫，或多或少都會存在一定的安全隱患，定期排查是減少隱患發生最直接的方法。