《水利工程建设标准强制性条文》(2016年版)实施指南
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2-0-1 《水利水电工程地质勘察规范》 GB 50487—2008

为统一水利水电工程地质勘察工作,明确勘察工作深度和要求,保证勘察工作质量,制定本标准。本标准适用于大型水利水电工程地质勘察工作。主要内容为大型水利工程包括水库、土石坝、混凝土重力坝(拱坝)、溢洪道、地面(地下)厂房、隧洞、导流明渠及围堰工程、通航建筑物、边坡工程、渠道及渠系建筑物、水闸及泵站、深埋长隧洞、堤防工程、灌区工程、河道整治工程、移民新址等各阶段工程地质勘察和病险水库除险加固工程地质勘察。强制性条文共25条,其中可行性研究阶段工程地质勘察1条、初步设计阶段工程地质勘察20条、病险水库除险加固工程地质勘察4条。

a5.2.7 工程场地地震动参数确定应符合下列规定

1 坝高大于200m的工程或库容大于10×109m3的大1型工程以及50年超越概率10%的地震动峰值加速度大于或等于0.10g地区且坝高大于150m的大1型工程应进行场地地震安全性评价工作

5 场地地震安全性评价应包括工程使用期限内不同超越概率水平下工程场地基岩的地震动参数

摘编说明

本条涉及地震作用下水利水电工程的安全运行,是保证大坝安全、保护大坝下游人民生命财产与环境的强制性条文。可行性研究阶段的一项重要任务是对水利水电工程区域构造稳定性进行评价,对地震危险性进行分析。20世纪70年代以来,区域构造稳定性研究有了较大的发展,主要是从区域地质构造、深部构造和挽近期地壳活动、断层活动、地震活动、现代地壳应力场等方面,预测地震危险性,以确定工程建筑物抗震的必要性。早期是以确定地震基本烈度为主要任务,20世纪90年代以后则以进行地震危险性分析、确定不同超越概率水平条件下地震动参数为主要任务。

关于地震安全性评价,近几年国家颁布了一系列法规和条例,如《地震安全性评价管理条例》(2001年)、《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)等。

国内一些大型、特大型水利水电工程,如三峡、小浪底、二滩、构皮滩、彭水、小湾、大柳树、溪洛渡、拉西瓦等均进行过地震的专题论证,有的还建立了地震和地形变监测网。地震危险性分析应根据工程的规模、等级、坝高等,确定是进行专门地震危险性分析还是地震动参数复核。

检查要点和方法

是否按要求做了地震安全性评价;承担地震安全性评价的单位是否具备相应的资质要求;地震安全性评价的内容是否符合国家法规以及本条文的要求,地震安全性评价成果是否已通过评审。

案例分析

由于地震而遭受损坏的典型水利工程当属美国的帕卡伊玛拱坝,该坝位于加利福尼亚州帕卡伊玛峡谷,于1929年建成,坝高113m,坝顶长180m,总库容750万m3。坝基为片麻质石英闪长岩,岩体受节理和剪切带切割严重,坝址6km范围内分布7条大断层。坝址区历史上很少发生地震,仅有的几次地震震级也不大,因此,设计时未考虑地震荷载。1971年2月9日,在坝址西北6.4km处发生里氏6.6级地震,发震断层从坝址下5km处通过,强震持续时间8s,地震对坝体及两岸拱座造成一定损坏。

我国已建大坝由于地震而遭受破坏的也不乏其例。据统计,1970年1月云南省通海地震,在烈度7~10度区的73座土坝中,发生轻重不同震害的有41座;1975年2月辽宁海城地震,在烈度7~9度区的54座土坝中,有震害的36座;1976年7月河北唐山地震,在烈度7~9度区的48座土坝中,有震害的36座。震害的主要表现形式为裂缝、沉陷、渗漏和坝基砂土液化。

b6.2.2 可溶岩区水库严重渗漏地段勘察应查明下列内容

1 可溶岩层隔水层及相对隔水层的厚度连续性和空间分布

4 主要渗漏地段或主要渗漏通道的位置形态和规模喀斯特渗漏的性质估算渗漏量提出防渗处理范围深度和处理措施的建议

摘编说明

在可溶岩地区,岩溶洞穴常常成为渗漏通道,是主要工程地质问题之一。一方面,库水通过岩溶通道渗漏,使水库的效益不能正常发挥;另一方面,库水通过岩溶通道渗漏,可能造成出逸地区边坡失稳、大面积浸没等次生灾害。

可行性研究阶段对水库渗漏问题已经作出初步评价,初步设计阶段是针对严重渗漏地段的进一步勘察。

喀斯特渗漏问题比较复杂,在本阶段仍应对可溶岩、隔水层或相对隔水层、喀斯特发育特征和洞穴系统,喀斯特水文地质条件、地下水位及动态进行勘察研究,确定渗漏通道的位置、形态和规模,估算渗漏量。喀斯特发育程度是根据可溶岩岩性、岩层组合和喀斯特化程度的差异等确定,可分强、中、弱三类,同时应特别注意弱喀斯化地层的作用及空间分布。对于喀斯特水文地质条件,要特别重视喀斯特水系统(泉、暗河)的勘察研究,对代表稳定地下水的泉和暗河,要尽可能查明补给、径流、水量、水化学及其动态,分析泉水之间的相互关系。最后,根据勘察成果及地质评价结论,提出防渗处理的范围、深度和措施的建议。

检查要点和方法

隔水层或相对隔水层的分布范围,可溶岩层的分布与喀斯特发育特征;渗漏分析是否合理。

案例分析

由于水库渗漏问题而造成损失的国内外水利水电工程实例较多。例如:土耳其凯班坝,1965年动工,原计划1971年投产发电,后因坝基下发现巨大溶洞被迫改变工程设计和施工安排,使工期延长了3年,投资由原定的3.37亿美元增加到5.0亿美元,1973年11月蓄水后又发现水库大量漏水,最大漏水量达26m3/s,接着又进行了复杂的处理;西班牙蒙特热克坝,高72m,因渗漏导致水库不能蓄水。我国猫跳河四级,坝高73m,左岸河湾岩溶发育,初期漏水量达20m3/s;水槽子水库,向邻谷娜姑盆地漏水1.8m3/s,造成当地农田农舍浸没,处理后减少到0.3m3/s;桃曲坡水库,坝高61m,初期平均漏水量0.67m3/s,经过4年处理后,减少到0.075m3/s。

c6.2.3 非可溶岩区水库严重渗漏地段勘察应查明断裂带古河道第四纪松散层等渗漏介质的分布及其透水性确定可能发生严重渗漏的地段渗漏量及危害性提出防渗处理范围和措施的建议

摘编说明

水库渗漏可能导致水库周边地区地下水位抬升,造成环境水文地质问题,影响人民的生产、生活,甚至导致建筑物破坏,是重要的工程地质问题。可行性研究阶段已对水库渗漏问题做出了初步评价,如对非可溶岩的单薄分水岭、强透水大断层、大断层破碎带和古河道等的渗漏量作出估算。初步设计阶段主要是提高勘察精度。

检查要点和方法

根据地层岩性与地质构造等条件,判定是否查明了各可能的漏水地段。

d6.2.5 水库浸没勘察应包括下列内容

4 对于农作物区应根据各种现有农作物的种类分布查明土壤盐渍化现状确定地下水埋深临界值

5 对于建筑物区应根据各种现有建筑物的类型数量和分布查明基础类型和埋深确定地下水埋深临界值查明黄土软土膨胀土等工程性质不良岩土层的分布情况性状和土的冻结深度评价其影响

6 确定浸没的范围及危害程度

摘编说明

对农作物区,水库浸没可以导致土壤盐渍化或影响农作物生长;对建筑物区,轻者造成建筑物内潮湿无法居住,重者对建筑物造成破坏,如深陷、开裂、倾斜,直至倒塌。

农作物区的地下水临界埋深有两个标准:一是适宜于作物生长的地下水最小埋深;二是防止土壤次生盐渍化的地下水最小埋深。

(1)适宜于作物生长的地下水最小埋深。

农作物在不同的生长期要求保持一定的地下水适宜深度,即土壤中的水分和空气状况适宜于作物根系生长的地下水深度。

我国幅员辽阔,各地区自然条件差异较大,而影响地下水适宜埋深的因素又很多,如农作物种类、品种,以及气候、土壤、生育阶段、农业技术措施等,难以定出统一标准。

确定适宜于作物生长的地下水最小埋深的合理方法是对当地农业管理和科研部门以及农民进行调研,针对实际农作物类型因地制宜地确定适当的地下水埋深标准。

用传统的公式(土的毛管水上升高度加农作物根系深度)确定适宜的地下水最小埋深,难以反映不同农作物的实际情况和需求,且据此确定的浸没范围往往偏大,因此只用于初判。

(2)防止土壤次生盐渍化的地下水最小埋深。

土壤次生盐渍化的影响因素较多,其中气候(主要是降雨量和蒸发量)是基本因素,干旱、半干旱地区易于产生土壤次生盐渍化,而湿润性气候区不会出现盐渍化。土壤质地和地下水矿化度是影响次生盐渍化的主要因素。砂性土的毛管水上升高度虽比黏性土低,但其输水速度却大于黏性土,上升的水量多,更易于产生盐渍化。地下水矿化度低,土壤积盐作用就小;反之,地下水矿化度高,土壤积盐作用就大。

各地区的防止盐渍化地下水最小埋深各不相同,应根据实地调查和观测试验资料确定。总体而言,防止土壤次生盐渍化所要求的地下水最小埋深要大于作物适宜生长的地下水最小埋深。

无资料地区,防止土壤次生盐渍化的地下水最小埋深及盐渍化程度分级可参考表2-2、表2-3确定。

表2-2 几种土在不同矿化度下防止次生盐渍化的地下水最小埋深

表2-3 土壤盐渍化程度分级

建筑物区因地下水上升引起的环境恶化主要表现为:①地面经常处于潮湿状态,无法居住;②房屋开裂、沉陷以致倒塌。

第①种情况,表明地下水位或毛管水带到达地面,导致生态环境恶化,应判定为浸没区。这种情况的浸没地下水埋深临界值为地下水的毛管水上升高度。

第②种情况,房屋开裂、沉陷、倒塌的原因有:冻胀作用(北方地区);地基持力层饱水后强度大幅度下降,承载力不足或持力层饱水后产生大量沉降变形或不均匀变形。上述这些情况是否会出现,与现有建筑物的类型、层数、基础型式、砌置深度、持力层性质(特别是有无湿陷性黄土、淤泥、软土、膨胀土等工程性质不良岩土层)密切相关。因此应针对具体情况进行相应调查、勘察和试验研究工作,在掌握充分资料后进行建筑物区浸没可能性评价。当地基持力层在饱水后出现承载力不足或大量沉陷时,浸没地下水埋深临界值为土的毛管水上升高度加基础砌置深度。

不做任何调查分析,简单地采用土的毛管水上升高度加基础砌置深度作为临界值进行建筑物区浸没评价,实际上是认为任何建筑物的持力层,只要含水量达到饱和,就必然承载力不足或产生过量沉陷,而实际情况显然不完全都是如此,结果将造成预测的浸没范围偏大。

当判定的浸没区面积较大时,宜将浸没影响程度划分为严重浸没区和轻微浸没区。目前,划分严重浸没区和轻微浸没区尚没有统一的标准。各工程在实际研究中,均根据当地条件而确定。如汉江兴隆水利枢纽是根据预测的地下水位将浸没影响程度划分为严重(预测地下水埋深d<0.5m)、较严重(0.5m<d<1.0m)、轻微(1.0m<d<1.5m)三个区。

进行浸没程度分区前,应根据勘察区的具体情况和勘察结果,确定严重浸没区和轻微浸没区相应的地下水埋深临界值。

检查要点和方法

地下水埋深临界值的确定是否合理;浸没影响程度分区是否正确。

e6.2.7 水库库岸滑坡崩塌和坍岸区的勘察应包括下列内容

1 查明水库区对工程建筑物城镇和居民区环境有影响的滑坡崩塌的分布范围规模和地下水动态特征

2 查明库岸滑坡崩塌和坍岸区岩土体物理力学性质调查库岸水上水下与水位变动带稳定坡角

3 查明坍岸区岸坡结构类型失稳模式稳定现状预测水库蓄水后坍岸范围及危害性

4 评价水库蓄水前和蓄水后滑坡崩塌体的稳定性估算滑坡崩塌入库方量涌浪高度及影响范围评价其对航运工程建筑物城镇和居民区环境的影响

摘编说明

水库蓄水可能使库区的大坍滑体和潜在不稳定岸坡失稳,不仅危及大坝的安全,也危及附近城镇和居民点、交通线路的安全。

查明大型不稳定岸坡,尤其是近坝库段的岸坡稳定性是水利水电工程地质勘察的一项十分重要的任务。

水库坍岸预测理论最早来源于前苏联。在20世纪40—50年代,苏联萨瓦连斯基、卡丘金、佐洛塔廖夫等研究了水库坍岸问题,提出了坍岸预测的基本计算方法和图解法。目前水库坍岸预测常用的方法有:工程地质类比法、动力法、统计法、卡丘金法、佐洛塔廖夫法、平衡剖面法、图解法等。

滑坡涌浪初始浪高一般用经验公式计算,主要有潘家铮方法、无量纲组合方法和无量纲动能方法。

检查要点和方法

是否查明了对工程建筑物、城镇和居民区环境有影响的滑坡、崩塌在水库蓄水前后的稳定性;是否对水库蓄水后坍岸范围进行了预测;是否估算了滑坡涌浪高度。

案例分析

1963年10月9日,意大利瓦依昂拱坝就是因为库区发生大规模的山体滑坡,导致大坝和电站报废,人员死亡近2000人。滑体长1800m,宽1600m,滑体体积2.7亿m3,水库在30~45s内几乎全部被滑体材料填没,滑体水平移动了400m,越过宽80m的河谷冲上对岸山坡,爬高达140m。滑坡形成高125m的浪,漫过坝顶,横扫下游河谷,整个失事过程历时仅7min。

瓦依昂枢纽库岸由侏罗系和白垩系石灰岩、白云岩组成,其中下白垩系石灰岩中夹有绿色黏土,断层发育并有岩溶现象,滑动面大多位于这一岩层内。从20世纪20年代规划到1959年开工,对两岸的地质勘查认为:两岸岸坡处于稳定状态,只可能存在局部坍滑。1959年对这一地区进行了详细的工程地质测绘,认为左岸存在一史前古滑坡,据此进行了地球物理勘探,结果认为左岸山体由坚实的未扰动岩体组成,弹性模量很高,不存在古滑坡。1960年5月在左岸山坡上发现糜棱岩,补充的3个钻孔未发现滑动面(孔深未达到)。1960年7月大坝竣工前,再次对库岸稳定进行了检查,认为只可能在表面的松散岩层附近有小的坍滑,过去未曾发生过滑坡,将来也不可能有大规模的滑坡发生。1960年底,当库水位升高到高程635.00m时,左岸山坡出现M形大裂缝并伴有小的坍滑体,随后对以往的资料进行了系统的分析,并进行了地震波测量,然而对滑坡的规模仍存在分歧。1961年布置了2个探洞和4个水位观测孔,结果认为地下水的影响并不严重。1962年6月进行了滑坡模型试验,认为库水位蓄至高程700.00m是安全的。1963年9月28日—10月9日,连降大雨,库水位上升至高程700.00~710.00m,左岸山体突然失稳下滑。

1961年3月6日,我国湖南省柘溪水库近坝库区右岸,发生塘岩光滑坡,165×104m3的滑坡体以高达25m/s的速度滑入深50余m的水库中,激起巨大涌浪,最大高度达21m,坝前的涌浪高度达2.5m,至上游15km处浪高仍达0.3~0.5m。涌浪漫过坝顶,造成60人死亡,延误工期达1年之久。

汉江支流黄龙滩水库,近百处滑坡在蓄水后变形失稳,殃及众多水库移民,之后耗资7000万元将受灾的居民迁出滑坡区重新安置。

f6.2.10 泥石流勘察应包括下列内容

2 查明可能形成泥石流固体物质的组成分布范围储量及流通区堆积区的地形地貌特征

摘编说明

泥石流具有突然性,以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点,常对建筑物和人民生命财产造成巨大损失,见图2-1。

图2-1 典型泥石流示意图

按水源成因,可分为暴雨(降雨)泥石流、冰川(冰雪融水)泥石流、溃决(含冰湖溃决)泥石流。按物源成因,可分为坡面侵蚀型泥石流、崩滑型泥石流、冰碛型泥石流、火山泥石流、弃渣泥石流、混合型泥石流。按集水区地貌特征,可分为沟谷型泥石流和坡面型泥石流。按暴发频率,可分为高频泥石流、中频泥石流、低频泥石流和极低频泥石流。按物质组成,可分为泥流型、水石型、泥石型。按流体性质,可分为黏性泥石流、稀性泥石流。按泥石流一次性暴发规模,可分为特大型、大型、中型和小型泥石流。

泥石流的形成需要三个基本条件:有陡峭便于集水集物的适当地形;上游堆积有丰富的松散固体物质;短期内有突然性的大量流水来源。

检查要点和方法

是否查明泥石流的物质组成、分布范围、储量及流通区、堆积区的地形地貌特征。

案例分析

泥石流对人类的生存与工程活动危害极大。据统计,我国每年有近百座县城受到泥石流的直接威胁和危害;有20条铁路干线的走向经过1400余条泥石流分布范围内,1949年以来,先后发生中断铁路运行的泥石流灾害300余起,有33个车站被淤埋。在我国的公路网中,以川藏、川滇、川陕、川甘等线路的泥石流灾害最严重,仅川藏公路沿线就有泥石流沟1000余条,先后发生泥石流灾害400余起,每年因泥石流灾害阻碍车辆行驶时间长达1~6个月。泥石流还对一些河流航道造成严重危害,如金沙江中下游、雅砻江中下游和嘉陵江中下游等,泥石流活动及其堆积物是这些河段通航的最大障碍。泥石流还对修建于河道上的水电工程造成很大危害,如云南省近几年受泥石流冲毁的中、小型水电站达360余座、水库50余座;上千座水库因泥石流活动而严重淤积,造成巨大的经济损失。

1969年8月云南省大盈江流域弄璋区南拱泥石流,使新章金、老章金两村被毁,97人丧生,经济损失近百万元。1978年7月,甘川公路394km处对岸的石门沟暴发泥石流,堵塞白龙江,公路因此被淹1km,白龙江改道使长约2km的路基变成了主河道,公路、护岸及渡槽全部被毁,该段线路自1962年以来,由于受对岸泥石流的影响己3次被迫改线。2010年8月7—8日,甘肃省舟曲爆发特大泥石流,造成1270人遇难、474人失踪,舟曲5km长、500m宽区域被夷为平地。

g6.2.12 水库诱发地震预测应符合下列规定

1 当可行性研究阶段预测有可能发生水库诱发地震时应对诱发地震可能性较大的地段进行工程地质和地震地质论证校核可能发震库段的诱震条件预测发震地段类型和发震强度并应对工程建筑物的影响作出评价

2 对需要进行水库诱发地震监测的工程应进行水库诱发地震监测台网总体方案设计台网布设应有效控制库首及水库诱发地震可能性较大的库段监测震级ML下限应为0.5级左右台网观测宜在水库蓄水前12年开始

摘编说明

水库诱发地震一般震级不大,但可以恶化基本稳定岸坡,对库周农房造成不同程度的破坏等。常见的水库诱发地震有构造型(断层破裂型)、浅表应力局部调整型(微破裂型)和岩溶型三种类型。水库诱发地震主要与水库规模、岩性条件、构造条件、渗透条件、地应力状态以及区域地震活动水平有关,并具有下列特点:

(1)震中仅分布在水库及其周围5km范围内,震源深度多在5km以内,少有超过10km的。

(2)在水库蓄水的初期,地震活动与库水位升降变化有较好的相关性,较强的地震多出现在第一、第二个蓄水的高水位期,有些出现在水位回落或低水位期,也有的当水库达到一定水位时即发震。

(3)水库诱发地震的频度和强度随蓄水时间的延长而呈明显下降的趋势。

(4)水库诱发地震以弱震和微震为主。

(5)与天然地震相比,水库诱发地震具有较高的地震动频率和较高的地面峰值加速度、震中烈度。

监测台网设计一般包括台网技术要求、台网布局和台站选址、台网信道、系统设备选型及配置、资料分析与预测、运行与管理等内容。

为了掌握水库区的地震活动的本底情况,便于和蓄水后地震活动情况进行对比,地震观测起始时间宜在水库蓄水前1~2年。根据统计资料,当蓄水后地震活动没有变化,观测时限宜延续至水库达设计正常蓄水位后2~3年;水库蓄水后,地震活动有变化,观测时限宜延续至地震活动水平恢复到原活动水平后2~3年。

检查要点和方法

可行性研究阶段工程地质勘察报告对水库诱发地震的预测结论;初步设计阶段工程地质勘察报告中对诱发地震可能性较大的地段是否进行了论证;水库诱发地震监测台网总体方案设计。

案例分析

水库诱发地震的预测主要有经验判断法、统计分析法和数值分析法。三峡工程水库诱发地震预测结果显示:库首结晶岩库段水库诱发地震最大震级小于4级;断裂穿过水库区部位可能诱发构造型地震,诱发地震为5.0~5.5级,最大不超过6级;碳酸盐岩分布的库段,可能诱发地震的震级不超过4级;碎屑岩分布库段诱发地震的可能性小。

h6.3.1 土石坝坝址勘察应包括下列内容

2 查明坝基河床及两岸覆盖层的层次厚度和分布重点查明软土层粉细砂湿陷性黄土架空层漂孤石层以及基岩中的石膏夹层等工程性质不良岩土层的情况

4 查明坝基水文地质结构地下水埋深含水层或透水层和相对隔水层的岩性厚度变化和空间分布岩土体渗透性重点查明可能导致强烈漏水和坝基坝肩渗透变形的集中渗漏带的具体位置提出坝基防渗处理的建议

7 查明坝区喀斯特发育特征主要喀斯特洞穴和通道的分布规律喀斯特泉的位置和流量相对隔水层的埋藏条件提出防渗处理范围的建议

摘编说明

本条涉及对土石坝安全有影响的主要工程地质问题,如渗漏、渗透变形、大坝沉降变形等,也是初步设计阶段要重点查明的。

土石坝坝址包括第四纪地层坝址和基岩坝址,由于当地材料坝对坝基强度的要求相对较低,基岩坝基一般都可以满足要求,故条文内容侧重于第四纪地层坝基。对于可溶岩坝基,条文中只强调了相对隔水层、喀斯特情况等的勘察。

软土层、粉细砂、湿陷性黄土、架空层、漂孤石层以及基岩中的石膏夹层等工程性质不良岩土层对坝基的渗漏、渗透稳定、不均匀变形等影响较大,是土石坝坝基勘察的重点内容。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对影响坝基沉降、渗透变形、渗漏等的特殊土(岩)层论述与评价,喀斯特发育规律与防渗处理建议等。

案例分析

美国提堂坝最大坝高126m,总库容3.18m3。该坝于1972年初动工,1975年10月开始蓄水,1976年6月失事,造成14人死亡,40万亩农田被淹,全部损失达4亿美元。失事原因:一是坝基岩石中发育张开的节理;二是设计决策存在缺陷。

i6.4.1 混凝土重力坝砌石重力坝坝址勘察应包括下列内容

3 查明断层破碎带断层交汇带和裂隙密集带的具体位置规模和性状特别是顺河断层和缓倾角断层的分布和特征

4 查明岩体风化带和卸荷带在各部位的厚度及其特征

5 查明坝基坝肩岩体的完整性结构面的产状延伸长度充填物性状及其组合关系确定坝基坝肩稳定分析的边界条件

9 查明地表水和地下水的物理化学性质评价其对混凝土和钢结构的腐蚀性

摘编说明

对重力坝而言,坝基抗滑稳定、坝基变形、渗透稳定等是主要工程地质问题,因此在初步设计阶段要重点查明其影响因素。

确定建基岩体质量标准和可利用岩面高程,是本阶段混凝土重力坝的重要勘察内容。影响建基岩体质量标准主要因素有岩体风化程度、岩体完整程度、岩体强度、透水性等。

地表水和地下水对混凝土和钢结构的腐蚀性会影响到混凝土坝体质量,缩短混凝土坝使用寿命,因此也是混凝土坝勘察中应重点关注的内容之一。

由以往的经验可知,其中的易溶岩层、软弱岩层、软弱夹层和蚀变带、断层、破碎带、断层交汇带和裂隙密集带等,是造成大坝失事的直接原因。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对影响坝基抗滑稳定、坝基变形、渗透稳定等主要工程地质问题的分析与评价,水文地质中对地表水和地下水腐蚀性评价内容。

案例分析

美国圣弗兰西斯混凝土重力坝的溃决就是因为对坝基断层和岩体认识不足而导致的。圣弗兰西斯坝位于圣弗兰西斯溪上,坝高62.5m,控制流域面积95.8km2。水库从1926年3月1日开始蓄水,1928年3月5日库水位升至559.23m高程(此时库容0.47亿m3),并保持此水位直至3月12日溃坝。水库突然泄降,引起库岸大滑坡。波涛汹涌的洪水从坝址至入海84.5km,沿途河谷内的居民几乎无法逃生,死亡236人,失踪200人,直接经济损失达几百万美元。

沿圣弗兰西斯溪分布有一条与河谷近似平行的断层,倾向北西,倾角30°~45°。下盘为前寒武系片岩,组成河谷的东南岸;上盘为第三系砾岩,组成河谷的西北岸。断层上下盘相对运动致使片岩磨碎形成厚20cm的断层泥,由磨碎的砾岩形成的断层泥厚120cm。片岩形成的断层挤压破碎带宽3m。片岩的片理与河谷近乎平行,东南岸为顺向坡,是坝溃决后产生大滑坡的主要原因之一;靠近断层一定距离内,干燥时砾岩的强度中等,但浸水后会很快崩解,几乎丧失掉岩石的特性。

j6.5.1 混凝土拱坝砌石拱坝坝址的勘察内容除应符合本规范第6.4.1条的规定外还应包括下列内容

2 查明与拱座岩体有关的岸坡卸荷岩体风化断裂喀斯特洞穴及溶蚀裂隙软弱层)、破碎带的分布与特征确定拱座利用岩面和开挖深度评价坝基和拱座岩体质量提出处理建议

3 查明与拱座岩体变形有关的断层破碎带软弱层)、喀斯特洞穴及溶蚀裂隙风化卸荷岩体的分布及工程地质特性提出处理建议

4 查明与拱座抗滑稳定有关的各类结构面特别是底滑面侧滑面的分布性状连通率确定拱座抗滑稳定的边界条件分析岩体变形与抗滑稳定的相互关系提出处理建议

摘编说明

拱坝的主要工程地质问题除坝基抗滑稳定、坝基变形、渗透稳定等外,还有拱座稳定,本条规定主要是针对这些工程地质问题,在拱坝初步设计阶段勘察中应重点查明。

拱坝承受的荷载大部分传向两岸,在这一推力作用下,拱座的稳定性备受关注。两岸岩体的质量直接影响拱座开挖深度、抗滑稳定、变形稳定等问题的评价。拱肩嵌入深度取决于岩体风化、卸荷、喀斯特发育强度及工程荷载等因素。拱座抗滑稳定与各类结构面有关,一般来说,缓倾结构面构成底滑面,与河流呈小锐角相交的结构面构成侧滑面,而岩体中厚度较大的软弱(层)带构成压缩变形的“临空面”。

拱座变形稳定评价中,要注意拱座不同部位岩体质量的不均一性,还应注意两岸岩体质量的差异。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对影响拱座抗滑稳定、变形稳定等主要工程地质问题的分析与评价。

案例分析

法国马尔帕塞拱坝,最大坝高66.0m,坝底宽6.78m,宽厚比仅0.11,坝基岩体为带状片麻岩。大坝于1952年开工,1954年建成,初期蓄水缓慢,历时4年尚未蓄满,1959年12月初,连降大雨,库水位迅速上升接近坝顶时,大坝突然溃决失事,共死亡、失踪500余人,财产损失达300亿法郎。

马尔帕塞坝是第一座失事的现代双曲拱坝,因而引起了世界各国坝工界的极大重视,法国政府曾三次组织调查委员会进行事故调查鉴定,并由法院进行审理,官方和非官方的调查勘探实验和分析研究历时5年,最后未下定论,世界各国的坝工专家、工程地质专家不断参与研究,持续20多年至今不衰。

虽然各种调查报告对马尔帕塞拱坝的失事原因未作十分明确肯定的结论,但有几点是一致的:

(1)坝址的工程地质勘察工作做得太少,直到大坝施工前总共只在河床打了2个钻孔,孔深分别为10.4m和25m,坝线较原地质报告所研究的坝线下移200m,坝型也由原推荐的空心重力坝改为双曲拱坝,而这些变动却没有做相应的补充地质工作。

(2)几乎所有的人都同意,马尔帕塞坝失事的根本机制是坝基岩体沿下游的断层产生了滑动,在设计和施工阶段没有查明位于坝基开挖面以下15~40m存在的断层和坝后20m以外的断层露头。

k6.6.1 溢洪道勘察应包括下列内容

1 查明溢洪道地段地层岩性特别是软弱膨胀湿陷等工程性质不良岩土层和架空层的分布及工程地质特性

2 查明溢洪道地段的断层裂隙密集带层间剪切带和缓倾角结构面等的性状及分布特征

摘编说明

溢洪道是水利水电枢纽工程中重要的泄洪建筑物,洪水季节水库中的超额洪水通过溢洪道排泄出水库,从而防止漫坝、损坝或溃坝。应选择有利的地形将溢洪道布置在岸边或垭口,并应避免深挖形成高边坡(特别是对于不利的地质条件),以免造成边坡失稳或处理困难。应将溢洪道布置在稳定的地基上,并应考虑岩体结构特征、地质构造以及建库后水文地质条件的变化对建筑物和边坡稳定的不利影响。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对溢洪道渗漏、防冲、边坡等问题的分析与评价。

l6.7.1 地面厂房勘察应包括下列内容

2 查明厂址区地层岩性特别是软弱岩类膨胀性岩类易溶和喀斯特化岩层以及湿陷性土膨胀土软土粉细砂架空层等工程性质不良岩土层的分布及其工程地质特性

厂址地基为可能地震液化土层时应进行地震液化判别

3 查明厂址区断层破碎带裂隙密集带软弱结构面缓倾角结构面的性状分布规模及组合关系

摘编说明

地面厂房的边坡主要包括厂址区的天然边坡和厂房地基开挖边坡。其中,厂址区的天然边坡,特别是厂房后山坡的高边坡,常常是地面厂房的主要工程地质问题。因此,条文规定要查明厂址区地质构造和岩体结构特征,评价厂址区边坡和厂基开挖边坡稳定条件。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对地面厂房地基与边坡稳定性等问题的分析与评价。

m6.8.1 地下厂房系统勘察应包括下列内容

3 查明厂址区岩层的产状断层破碎带的位置产状规模性状及裂隙发育特征分析各类结构面的组合关系

4 查明厂址区水文地质条件含水层隔水层强透水带的分布及特征可溶岩区应查明喀斯特水系统分布预测掘进时发生突水的可能性估算最大涌水量和对围岩稳定的影响提出处理建议

8 查明岩层中的有害气体或放射性元素的赋存情况

摘编说明

地下厂房掘进时如发生突水(泥)影响施工安全和施工进度,岩层中如存在有害气体或放射性元素,不仅影响施工安全而且对长期运行会造成不利影响,必须予以重视。

地下厂房的地质勘察除应布置顺厂房轴线的主勘平洞外,还应布置相应的横向平洞,目的是控制厂房两侧边墙的地质条件,正确评价边墙稳定性,为确定施工方法和支护措施提供地质资料。勘探平洞最好能结合施工和总体布置,使之(或扩大后)能在施工中或作为永久建筑加以利用。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对地下厂房洞室稳定性、施工过程中突水涌泥以及有害气体等问题的分析与评价。

n6.9.1 隧洞勘察应包括下列内容

3 查明隧洞沿线岩层产状主要断层破碎带和节理裂隙密集带的位置规模性状及其组合关系隧洞穿过活断层时应进行专门研究

4 查明隧洞沿线的地下水位水温和水化学成分特别要查明涌水量丰富的含水层汇水构造强透水带以及与地表溪沟连通的断层破碎带节理裂隙密集带和喀斯特通道预测掘进时突水的可能性估算最大涌水量提出处理建议提出外水压力折减系数

5 可溶岩区应查明隧洞沿线的喀斯特发育规律主要洞穴的发育层位规模充填情况和富水性洞线穿越大的喀斯特水系统或喀斯特洼地时应进行专门研究

10 查明压力管道地段上覆岩体厚度和岩体应力状态高水头压力管道地段尚应调查上覆山体的稳定性侧向边坡的稳定性岩体的地质结构特征和高压水渗透特性

11 查明岩层中有害气体或放射性元素的赋存情况

摘编说明

地下洞室施工过程中,常常发生的和地质有关的事故主要有岩爆、冒顶、涌水、有害气体和放射性辐射等,常威胁施工人员的生命安全和身体健康。

近年来西部地区隧洞工程往往要跨越活动断裂带,需要评价活动断裂带的活动情况及其对工程的影响,并据此采取工程措施。当隧洞穿越喀斯特水系统、喀斯特汇水盆地时,地质条件复杂,勘察难度大,根据多年实践经验,需要扩大测绘范围,并应进行专题研究,提高预测评价的准确性。根据多年实践经验,隧洞洞径大于15m时,需分部位研究结构面的组合及其对围岩稳定的影响。

隧洞掘进时如发生突水(泥)影响施工安全和施工进度,岩层中如存在有害气体或放射性元素,不仅影响施工安全,而且对长期运行会造成不利影响,必须予以重视。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对隧洞围岩稳定性、施工过程中突水涌泥以及有害气体等问题的分析与评价。

案例分析

地下洞室发生坍方的事故屡见不鲜,表2-4列出了塌方量较大的几个工程实例。可见,洞室发生塌方的各种原因中,地下水起着非常重要的作用。

表2-4 隧洞塌方实例

o6.10.1 导流明渠及围堰工程勘察应包括下列内容

2 查明地层岩性特征基岩区应查明软弱岩层喀斯特化岩层的分布及其工程地质特性第四纪沉积物应查明其厚度物质组成特别是软土粉细砂湿陷性黄土和架空层的分布及其工程地质特性

摘编说明

导流明渠、施工围堰虽然是水利水电工程施工建设的临时性工程,但对枢纽布置、施工组织设计、工程施工安全影响很大。因此,要重视导流明渠及围堰工程的勘察。

基岩区导流明渠一般存在挖方边坡稳定问题和岩溶渗漏问题;而在第四系沉积物区则存在沉陷、边坡稳定、冲刷等问题。围堰虽然是临时性挡水建筑物,但其沉陷、稳定,渗漏与渗透破坏等与大坝同样重要。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对导流明渠与围堰地质条件的分析与评价。

p6.11.1 通航建筑物的工程地质勘察应包括下列内容

2 岩基上的通航建筑物应查明软岩断层层间剪切带主要裂隙及其组合与地基边坡的关系提出岩土体的物理力学性质参数评价地基开挖边坡的稳定性

3 土基上的通航建筑物应对地基的沉陷湿陷抗滑稳定渗透变形地震液化等问题作出评价

摘编说明

本条涉及通航建筑物安全的沉陷、湿陷、抗滑稳定、渗透变形和地震液化等地质问题。

一般来说,通航建筑物包括船闸和升船机两种类型,其勘察范围除船闸和升船机外,还应包括引航道、上下游码头和两侧边坡等。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对通航建筑物工程地质条件的分析与评价。

q6.12.1 边坡工程地质勘察应包括以下内容

2 岩质边坡尚应查明岩体结构类型风化卸荷特征各类结构面和软弱层的类型产状分布性质及其组合关系分析对边坡稳定的影响

摘编说明

岩质边坡一般高度大,地质条件复杂。本条涉及水利水电工程中岩质边坡稳定性的内容。

水利水电工程建设中边坡类型多,高度大,运行条件复杂,常常成为工程设计和运行中的重大问题,也是工程地质勘察中的重点和难点问题之一。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对边坡稳定性的分析与评价。

r6.13.1 渠道勘察应包括下列内容

3 查明渠道沿线含水层和隔水层的分布地下水补排关系和水位特别是强透水层和承压含水层等对渠道渗漏涌水渗透稳定浸没沼泽化湿陷等的影响以及对环境水文地质条件的影响

4 查明渠道沿线地下采空区和隐藏喀斯特洞穴塌陷等形成的地表移动盆地地震塌陷区的分布范围规模和稳定状况并评价其对渠道的影响对于穿越城镇工矿区的渠段还应探明地下构筑物及地下管线的分布

摘编说明

渠道对环境水文地质条件的影响主要表现在两方面:一是渠道渗漏可能导致一定范围内的地下水位升高,使渠外产生浸没、沼泽化等;二是深挖方渠道切穿较强含水层后,成为地下水排泄的通道,导致附近地下水位下降,影响当地居民生活与生产用水。

渠道通过地下采空区和隐蔽喀斯特洞穴等形成的地表移动盆地时,渠道可能受地表移动盆地变形的影响而产生破坏。渠水灌入地表移动盆地后,可能会进一步加剧地表移动盆地的变形,并引起环境地质和环境水文地质条件的变化。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中有关渠道渗漏与涌水及其对环境水文地质条件的影响评价,地表移动盆地与渠道的相互影响评价。

s6.14.1 水闸及泵站勘察应包括以下内容

1 查明水闸及泵站场址区的地层岩性重点查明软土膨胀土湿陷性黄土粉细砂红黏土冻土石膏等工程性质不良岩土层的分布范围性状和物理力学性质基岩埋藏较浅时应调查基岩面的倾斜和起伏情况

3 查明场址区滑坡潜在不稳定岩体以及泥石流等物理地质现象

摘编说明

一般来说,当第四纪沉积物作为水闸或泵站地基时,勘察主要是解决地基强度、沉陷、不均匀变形、渗透稳定、开挖边坡、基坑排水等问题;当基岩作为水闸或泵站地基时,地基强度及变形问题不突出,勘察主要是查明岩体结构、地质构造及岩体风化、卸荷情况等。因此,在工程地质勘察时应各有侧重。

场址附近的滑坡、潜在不稳定岩体和泥石流等对水闸泵站具破坏作用,有时会造成严重的突发事件,不仅影响水闸泵站的安全运行,还会危及人员的生命。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中有关水闸泵站地基评价。

案例分析

湖北省鄂州市樊口大闸右侧山坡上分布的滑坡,滑体厚度6m左右,体积约2.6万m3,滑体物质为碎块石及黏土。滑带物质为黄色黏土或灰黑色黏土夹小碎块,滑带厚15~25cm。滑坡整体失稳,将直接堵塞船闸下游航道,并危及船闸导航墙安全,必须采取有效的治理措施或予以挖除。

t6.15.1 深埋长隧洞勘察除应符合本规范第6.9.1条的有关规定外尚应包括下列内容

1 基本查明可能产生高外水压力突涌水的水文地质工程地质条件

2 基本查明可能产生围岩较大变形的岩组及大断裂破碎带的分布及特征

3 基本查明地应力特征并判别产生岩爆的可能性

4 基本查明地温分布特征

摘编说明

深埋长隧洞工程有其自身的特点,地应力水平较高,地层岩性多变,同时可能会存在突涌水(泥)、岩体大变形、有害有毒气体、高地温、高地应力及岩爆等工程地质问题。

长隧洞的定义是和施工方法有关的,本标准规定的“钻爆法施工长度大于3km的隧洞;TBM法施工长度大于10km的隧洞”均属长隧洞。深埋隧洞是指埋深大于600m的隧洞。

深埋长隧洞由于埋深大、洞线长,又常常位于山高坡陡地区,工程地质勘察难度极大。限于当前技术水平,还没有成熟、可靠的勘察手段和方法。

广泛收集已有的各种比例尺的地质图和航片、卫片资料,充分利用航片、卫片解译技术;对已建工程进行调研,总结已有工程经验,进行工程地质类比分析,是一项重要工作。

重视工程地质测绘工作,必要时进行较大范围的测绘和对重要地质现象进行野外追踪,对地质问题的宏观判断极为重要。常规的物探方法对深部地质体的探测效果不理想。近些年来,国内一些单位进行了有益的尝试,如黄河勘测规划设计有限公司、中水北方勘测规划设计有限公司和铁道部第一勘测规划设计研究院等采用多种物探方法,包括可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和大地电磁频谱探测(MD)等方法,对深部地质结构进行探测,取得了一些成果。

钻探是最常用的勘探手段,但对于深埋长隧洞线路钻孔深度大,而有效进尺少,因此利用率很低。另外,深埋长隧洞工程区通常是高山峡谷地区,交通不便,实施钻探困难,无法规定钻孔的间距。但选择合适位置布置深孔是必要的,在孔内应尽可能地进行地应力、地温、地下水位、岩体渗透性等测试,以取得更多的资料。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对隧洞围岩稳定性、施工过程中突(涌)水(泥)、围岩变形较大的洞段、地温异常、岩爆以及有害气体等问题的分析与评价。

u6.19.2 移民新址工程地质勘察应包括下列内容

2 查明新址区及外围滑坡崩塌危岩冲沟泥石流坍岸喀斯特等不良地质现象的分布范围及规模分析其对新址区场地稳定性的影响

3 查明生产生活用水水源水量水质及开采条件

摘编说明

移民选址工程地质勘察的中心任务是:确保所选新址稳定、安全,在建设和使用过程中,不会发生危及新址安全的重大环境地质问题,勘察的重点是新址场地的稳定性及外围有无崩塌、滑坡、泥石流等对新址安全不利的地质灾害。

水是生命之源,移民新址工程地质勘察中应把生产与生活用水作为一项重要内容,以保证新址区人民的生产与生活正常进行。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对新址场地的稳定性及外围崩塌、滑坡、泥石流等危及新址安全的地质灾害的评价,水源地的水质、水量是否符合有关标准。

案例分析

在新址区场地稳定性、建筑适宜性初步评价方面,三峡工程移民选址工程积累了一些经验。根据新址区的主要工程地质条件和地表改造程度,将场地的稳定性划分为5类,即稳定区(A)、基本稳定区(B)、潜在非稳定区(C)、非稳定区(D)和特殊地质问题区(E),详见表2-5。根据新址区的地形坡度、地基强度、场地稳定程度、对外交通和城镇排水状况,将场地的建筑适宜程度划分为5类,即最佳建筑场地区(Ⅰ)、良好建筑场地区(Ⅱ)、一般建筑场地区(Ⅲ)、不宜建筑场地区(Ⅳ)和特殊地质问题场地区(Ⅴ),见表2-6。

表2-5 三峡工程移民选址场地稳定程度分区

地表改造是指人工边坡开挖、人工填土加载、人工改造地表水系等。

表2-6 三峡工程移民选址场地建筑适宜程度分区

v9.4.1 渗漏及渗透稳定性勘察应包括下列内容

1 土石坝坝体渗漏及渗透稳定性应查明下列内容

1坝体填筑土的颗粒组成渗透性分层填土的结合情况特别是坝体与岸坡接合部位填料的物质组成密实性和渗透性

2防渗体的颗粒组成渗透性及新老防渗体之间的结合情况评价其有效性

5坝体下游坡渗水的部位特征渗漏量的变化规律及渗透稳定性

6坝体塌陷裂缝及生物洞穴的分布位置规模及延伸连通情况

2 坝基及坝肩岩土体渗漏及渗透稳定性勘察应查明下列内容

4古河道及单薄分水岭等的分布情况

5两岸地下水位及其动态地下水位低槽带与漏水点的关系渗漏量与库水位的相关性

摘编说明

本条是病险水库除险加固初步设计阶段工程地质勘察中渗漏及渗透稳定性主要的勘察内容。在病险水库中,渗漏与渗透稳定是主要险种之一,也是影响大坝安全的主要问题。

我国病险水库除险加固始于淮河流域“75·8”大洪水之后。1976—1985年的10年间,对65座大型水库进行了除险加固;1986—1998年间,分两批对81座重点大中型水库进行了除险加固。

1998年大洪水后,水利部组织编制了《全国病险水库除险加固专项规划报告》。根据《水库大坝安全鉴定办法》中的安全分类,一类水库26052座,二类水库27262座,三类水库30413座。三类水库即为病险水库,约占全国水库总数的36%,其中大型水库145座,中型水库1118座,小(1)型水库5410座,小(2)型水库23740座。病险水库的病险主要有:防洪标准低,抗震标准低,大坝稳定性差,坝体坝基渗漏严重,输放水及泄洪建筑物老化破坏较为普遍,金属结构及机电设备不能正常运转,管理设施与观测设备等不完善。

病险水库的渗漏与渗透稳定问题分为坝体渗漏、坝基渗漏和绕坝渗漏。坝体渗漏的原因通常有填筑物质不合格、碾压密实度不足、防渗体失效、后期生物破坏等;坝基渗漏与绕坝渗漏则与坝基与两岸坝肩处理失效、处理不当或未处理有关。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对坝体、坝基、坝肩等渗漏及渗透稳定性的分析与评价。

w9.4.3 不稳定边坡勘察应查明下列内容

2 不稳定边坡的分布范围边界条件规模地质结构和地下水位

3 潜在滑动面的类型产状力学性质及与临空面的关系

摘编说明

病险水库中的不稳定边(岸)坡包括坝前库区岸坡、溢洪道和放水洞进出口岸坡。岸坡滑塌往往导致水流出路的堵塞,造成泄洪不畅而引发险情。

该条文中所列内容为控制边坡稳定的主要地质因素,应在不稳定边坡勘察中查明。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对不稳定边(岸)坡稳定性的分析与评价。

x9.4.5 坝基及坝肩抗滑稳定勘察应查明下列内容

1 地层岩性和地质构造特别是缓倾角结构面及其他不利结构面的分布性质延伸性组合关系及与上下岩层的接触情况确定坝基及坝肩稳定分析的边界条件

3 坝体与基岩接触面特征

摘编说明

坝基及坝肩的抗滑稳定问题是病险水库除险加固中重要的地质问题,对大坝的运行安全至关重要。

当病险水库存在坝基或坝肩抗滑稳定问题时,应从地层岩性、地质构造和不利结构面等几方面来分析。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对坝基、坝肩抗滑稳定性的分析与评价。

y9.4.8 坝体变形与地基沉降勘察应包括下列内容

1 查明土石坝填筑料的物质组成压实度强度和渗透特性

2 查明坝体滑坡开裂塌陷等病害险情的分布位置范围特征成因险情发生过程与抢险措施运行期坝体变形位移情况及变化规律

3 查明地基地层结构分布物质组成重点查明软土湿陷性土等工程性质不良岩土层的分布特征及物理力学特性可溶岩区喀斯特洞穴的分布充填情况及埋藏深度

摘编说明

坝体变形在病险水库除险加固中是比较常见的问题,它直接影响到大坝的安全。

坝体变形与地基沉降均表现为坝体滑坡、开裂或塌陷等。导致大坝滑坡的因素很多,如坝壳砂料级配不良、未进行碾压或碾压不实、坝坡过陡、未清基或清基不彻底、护坡无垫层、新老土层结合不好等。大坝塌陷的原因有反滤料级配不良、管涌、坝内埋管受压断裂等。因此其勘察应同时查明坝体填筑料及其压实度、强度、渗透特性和坝基地质缺陷。

检查要点和方法

工程地质勘察报告中对坝体变形与地基沉降的分析与评价。