病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察存在的若干問題分析

劉勇

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002）

1 水庫病害成因分析

水庫病害主要受運(yùn)行條件、氣候、地理、地質(zhì)條件以及建設(shè)時(shí)期的特定環(huán)境影響，各水庫工程就存在各種各樣的病害，使得水庫達(dá)不到設(shè)計(jì)蓄水量，甚至許多水庫空庫運(yùn)行，有效灌溉面積減少。不僅如此，由于水庫存在不安全隱患，對下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全也帶來嚴(yán)重威脅。如何興利除弊，首先就必須及時(shí)準(zhǔn)確地分析水庫病害成因，為水庫除險(xiǎn)加固工程的必要性和設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。在對全區(qū)病險(xiǎn)水庫實(shí)地踏勘和室內(nèi)分析整理，病險(xiǎn)水庫病害成因主要是以下幾種。

1.1 庫岸不穩(wěn)定

一部分病險(xiǎn)水庫的水下岸坡存在不穩(wěn)定體，在水庫蓄水前期則已產(chǎn)生一定的位移或滑塌，在建水庫時(shí)未進(jìn)行處理。水庫蓄水后，由于地下水環(huán)境的改變而加劇其不穩(wěn)定性，尤其是近壩不穩(wěn)定體，對水庫的安全影響最大。庫岸滑坡主要受岸坡第四系松散堆積物厚度、巖體風(fēng)化程度、巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢面、岸坡坡度和地下水環(huán)境改變的控制和影響。不穩(wěn)定體滑動面一般是第四系松散堆積物與基巖接觸帶，或巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢面，或全、強(qiáng)風(fēng)化巖體中的應(yīng)力集中接帶。山高坡陡，基巖裂隙水位較高，地下水多從谷坡裂隙滲出，并經(jīng)松散堆積物與基巖接觸帶排泄于谷底，同時(shí)軟化和潤滑接觸口，這些因素導(dǎo)致接觸口抗剪強(qiáng)度降低，從而引起坡積層沿基巖面的滑動。

1.2 土石壩沉降

在?。ǘ┬退畮熘?，壩體均為土石壩，但這些土石壩壩基不同程度的保留了第四系松散堆積物，堆積厚度一般是2～4m，軟弱層極少見，這些堆積物的天然密度多大于壩體填筑密度，同時(shí)在壩體荷載作用下進(jìn)一步壓密，壩基的壓縮變形是極有限的。所以土石壩的沉降問題主要來自于土石壩壩體本身因填筑物的不密實(shí)而產(chǎn)生的自重固結(jié)變形。在修建這些水庫時(shí)，是解放初期，多為投工投勞和人工操作，機(jī)械化程度低，壩體填筑密實(shí)度達(dá)不到要求，一是碾壓不夠，鉆孔巖心結(jié)構(gòu)松散，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)偏低，鉆孔注水試驗(yàn)滲水量大（許多水庫均未進(jìn)行）；二是填筑土含水量太高，采用在壩基水下拋土截流，并讓未經(jīng)合適處理的截流戧體成為土壩的一部分，在水庫運(yùn)行期間，高含水量的原戧體發(fā)生沉降變形;三是分段填筑的施工縫處理不當(dāng)，當(dāng)時(shí)人工挑土上壩，二三個(gè)壩段同時(shí)填筑，因壩段間施工縫自壩底至壩頂均未作碾壓處理或處理不當(dāng)，使壩體產(chǎn)生沉降變形，過量的變形導(dǎo)致壩體裂縫或壩高不足。

1.3 土石壩裂縫

常見的土石壩裂縫是平行壩軸線方向的縱縫和垂直壩軸線方向的橫縫。土石壩背水坡的縱縫多由壩坡偏陡、上下游差異沉降、壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮和壩體向下游的滲透動水壓力作用所引起的。但多數(shù)土石壩背水坡較為平整，且布有貼坡或棱體反濾排水，因此土石壩背水坡的縱縫一般不多見。土石壩迎水坡或壩頂?shù)目v縫多由壩坡偏陡、壩體向上游的滲透動水壓力作用和壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮所引起的。由于水庫的不斷蓄水和放水，使土石壩迎水坡的壩體土頻繁出現(xiàn)飽水和失水過程，尤其是在庫水位發(fā)生驟降情況下，這種縱縫更容易產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)還會產(chǎn)生壩體滑坡。土石壩的橫向裂縫除了壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮外，另外的原因就是壩體在分段填筑時(shí)施工縫處理不當(dāng)，壩體產(chǎn)生差異滑動與沉降所造成的。象小底西水庫病險(xiǎn)原因就是這樣產(chǎn)生的，現(xiàn)也進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。

1.4 土石壩滲透穩(wěn)定

土石壩的滲漏源于防滲體的空隙過大或穿壩涵洞及其他構(gòu)筑物差異變形產(chǎn)生的滲漏縫隙。當(dāng)滲透流速大于砂、土的涌動流速(砂、土被水流帶走的臨界滲流速度)時(shí)，土石壩則產(chǎn)生滲透破壞，還有因生物作用而產(chǎn)生滲透破壞的。水庫在2008年產(chǎn)生大壩滲漏，壩體全面透水，出現(xiàn)險(xiǎn)情。

1.5 壩基抗滑穩(wěn)定

除了上述情況外，有些水庫大壩是壩底寬度較小的剛性壩，由于接觸面抗剪強(qiáng)度不足、基巖優(yōu)勢面抗剪強(qiáng)度不足、壩基揚(yáng)壓力太大等原因使大壩發(fā)生險(xiǎn)情。

1.6 壩基滲透穩(wěn)定

已建大壩的壩基出現(xiàn)的滲透穩(wěn)定問題，分析其原因主要是由于松散巖土孔隙、斷層軟弱破碎帶、軟弱破碎夾層和巖溶洞穴存在所引起的。庫水通過這些薄弱帶侵蝕壩基，促使壩基發(fā)生滲透破壞，這種情況多發(fā)生在貫通土石壩基的砂礫石層中。

1.7 繞壩滲透穩(wěn)定

水庫成為病險(xiǎn)庫的情況中，繞壩滲透破壞也是一個(gè)常見的問題，其主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是近壩肩斷層破碎帶管涌影響壩肩穩(wěn)定；二是繞壩滲漏引起壩肩下游深風(fēng)化巖坡或土坡的滑坡，進(jìn)而影響壩肩穩(wěn)定。

2 病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察

水庫除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施能否起到興利除害的目的，使水庫能充分發(fā)揮其作用，前期地質(zhì)勘察工作有著至關(guān)重要的作用。由于病險(xiǎn)水庫為已建工程，所以其地質(zhì)勘察與新建工程的工程地質(zhì)勘察有比較明顯的區(qū)別。首先是壩基地質(zhì)情況呈隱蔽性，資料記錄不完全，水庫蓄水后地質(zhì)情況發(fā)生改變；其次是對一些構(gòu)筑物的質(zhì)量和位置需要進(jìn)行勘探和測試，所以稱之為病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察，而不單純是病險(xiǎn)水庫的工程地質(zhì)勘察；三是地質(zhì)勘察工作集中在安全鑒定勘察和除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)勘察階段，安全鑒定勘察時(shí)，無可參照的規(guī)程或規(guī)范，需根據(jù)現(xiàn)場勘察情況及經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論和建議。就病險(xiǎn)水庫安全鑒定勘察的精度問題，現(xiàn)行可以參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL 55-2005)所規(guī)定的“初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察”和“技施設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察之專門性工程地質(zhì)問題勘察”精度實(shí)行。結(jié)合病險(xiǎn)水庫的前期建設(shè)資料和后期成為病險(xiǎn)庫時(shí)勘察的地形地質(zhì)條件，工程地質(zhì)勘察一般采用施工、運(yùn)行調(diào)查與地質(zhì)勘探、地質(zhì)測試相結(jié)合的方法，才能使地勘工作有的放矢，同時(shí)查明其他存在的病害隱患，確保地質(zhì)勘察成果的全面性和可靠性。病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察的原則是以病險(xiǎn)工段作為重點(diǎn)勘察，必要時(shí)做專門勘察，一般工段做常規(guī)勘察。

2.1 施工和運(yùn)行調(diào)查

由于我區(qū)水庫建設(shè)時(shí)期，受當(dāng)時(shí)財(cái)力、技術(shù)水平、施工設(shè)備、施工經(jīng)驗(yàn)等條件限制，給工程留下安全隱患。如建筑物結(jié)構(gòu)不合理，清基不徹底，工段結(jié)合部存在缺陷，建筑材料不合格，明渠導(dǎo)流設(shè)施處理不當(dāng)?shù)仍颍磺以诠こ踢\(yùn)行期間，由于受自然災(zāi)害、動植物、風(fēng)化營力、環(huán)境水腐蝕、超荷運(yùn)行、滲流及人為破壞等情況又給水庫帶來很大影響，造成水庫出現(xiàn)安全隱患。有些病險(xiǎn)段雖經(jīng)過緊急處理，但因處理未完全，病險(xiǎn)隱患也依然存在。這些情況都要通過施工和運(yùn)行調(diào)查，為地質(zhì)勘察和病險(xiǎn)工段成因分析及水庫病險(xiǎn)程度評價(jià)提供基本資料（調(diào)查資料要形成文件，要由水庫管理單位或其上級水行政主管部門出具調(diào)查資料文本），作為病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察和水庫病險(xiǎn)地質(zhì)評價(jià)的依據(jù)。

2.2 庫區(qū)地質(zhì)勘察

病險(xiǎn)水庫地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容是庫岸穩(wěn)定、水庫滲漏和水庫淤積問題。其中水庫滲漏和水庫淤積問題的地質(zhì)勘察，視病險(xiǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行。而庫岸穩(wěn)定的地質(zhì)勘察，不管病險(xiǎn)是否存在，均要進(jìn)行，尤其是要對近壩庫岸的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行研究?？辈旆椒ㄒ话悴捎玫刭|(zhì)測繪和槽坑探的地表研究以及必要的工程鉆探或硐探的深層研究。

2.3 壩區(qū)地質(zhì)勘察

壩區(qū)地質(zhì)勘察分壩體勘察和壩區(qū)工程地質(zhì)勘察

2.3.1 壩體勘察。勘察的主要內(nèi)容是了解壩體的填(澆)筑質(zhì)量，裂縫位置、寬度、性狀，滲漏通道、范圍、性質(zhì)，浸潤面分布狀況，滑坡體范圍、滑移面寬度、性狀，施工缺陷，結(jié)構(gòu)體材料的性質(zhì)及其他病險(xiǎn)特征和相關(guān)問題?？辈旆椒ㄒ话悴捎勉@探、坑探、井探和物探等地質(zhì)勘探手段，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)體的巖土試驗(yàn)和壓(注、滲)水試驗(yàn)、連通試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)、波速測試、堤壩病險(xiǎn)探測、孔內(nèi)電視等觀測手段對壩體病害進(jìn)行綜合勘察。對于不同水庫的病險(xiǎn)工段的勘察，宜針對病險(xiǎn)情況，選擇合適的勘察手段和測試方法，勘探點(diǎn)的間距視需要而定；對于一般工段的常規(guī)勘察，宜結(jié)合壩基工程地質(zhì)勘察范圍布置勘探點(diǎn)，勘探點(diǎn)的間距參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL 55-2005)所規(guī)定的“初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察”的要求布置。

2.3.2 壩基工程地質(zhì)勘察。工程地質(zhì)勘察內(nèi)容是在分析前期相關(guān)工程地質(zhì)勘察成果的基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)踏勘，了解工程區(qū)地形條件，調(diào)查施工和運(yùn)行期間的壩基險(xiǎn)情及隱患，查明壩基清基情況和壩基工程地質(zhì)條件，分析壩基工程地質(zhì)問題，評價(jià)壩基工程地質(zhì)問題對壩基穩(wěn)定的影響程度?？辈旆椒ㄒ话悴捎玫刭|(zhì)測繪、鉆探、槽探、坑探、井探和物探等地質(zhì)勘探手段，以及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、巖土試驗(yàn)、壓(注)水試驗(yàn)、壩基承壓水頭(揚(yáng)壓力)觀測、連通試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)、聲波測井、孔內(nèi)電視等觀測手段對壩基進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。重點(diǎn)勘察壩基前期及調(diào)查了解的險(xiǎn)情及隱患。對其他壩基的勘察手段和測試方法以及勘察范圍和勘探點(diǎn)間距可參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL 55-2005)所規(guī)定的初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察的要求。

2.4 涵洞工程地質(zhì)勘察

2.4.1 規(guī)模較小的水庫為穿壩輸水涵地質(zhì)勘察。混凝土壩中的穿壩輸水涵病害勘察內(nèi)容主要是了解涵管裂縫。通過管內(nèi)檢查、工程鉆探、壓(注)水試驗(yàn)和聲波測井、孔內(nèi)電視等，查明裂縫寬度與分布狀況；土壩中的穿壩輸水涵病害勘察內(nèi)容主要是了解涵管裂縫、位移以及管周壩體土的性狀與浸潤線高程。一般通過管內(nèi)檢查、工程鉆探手段，以及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、土工試驗(yàn)和注水試驗(yàn)等測試方法，查明涵管位移和裂縫狀況，評價(jià)管周壩體土的滲透穩(wěn)定性和抗沖穩(wěn)定性。

2.4.2 規(guī)模較大的水庫即是對輸水隧洞工程地質(zhì)勘察?？辈靸?nèi)容主要是了解洞襯砌體或圍巖的裂縫、斷裂或其他變形及滲透破壞情況，通過洞內(nèi)外觀檢查、工程鉆探、巖土試驗(yàn)、壓(注)水試驗(yàn)和聲波測井、孔內(nèi)電視等，重點(diǎn)勘查隧洞病險(xiǎn)洞段，評價(jià)洞室圍巖的穩(wěn)定性。

2.5 溢洪道工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察內(nèi)容是在分析前期相關(guān)工程地質(zhì)勘察成果的基礎(chǔ)上，通過施工和運(yùn)行調(diào)查，了解病險(xiǎn)工段，查明閘室或堰基清基情況，查明閘室或堰基及其他工段的工程地質(zhì)條件，分析溢洪道地基工程地質(zhì)問題，評價(jià)溢洪道地基工程地質(zhì)問題對溢洪道穩(wěn)定的影響程度?？辈旆椒ㄒ话悴捎玫刭|(zhì)測繪、鉆探、槽探等地質(zhì)勘探手段，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、巖土試驗(yàn)、壓(注)水試驗(yàn)、閘室或堰基承壓水頭(揚(yáng)壓力)觀測、聲波測井、孔內(nèi)電視等觀測手段對溢洪道地基進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，重點(diǎn)勘察溢洪道地基的病險(xiǎn)工段。

2.6 其他建筑物地基工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察內(nèi)容和方法視病險(xiǎn)工段情況而定，如無險(xiǎn)情，一般可不進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。對需改建或重建的建筑物地基則按相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)階段的工程地質(zhì)勘察。

3 結(jié)語

因?yàn)樗畮焖幍臍夂?、地理、地質(zhì)條件以及已建工程的建設(shè)時(shí)期條件影響等特征，各地形成的水庫病害各式各樣。所以對這些病險(xiǎn)水庫進(jìn)行細(xì)致周到的工程地質(zhì)勘察，得出工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和險(xiǎn)情，結(jié)合搜集到的原有地質(zhì)資料，選擇適合的地質(zhì)勘察手段和方法，才能提出合理的建議和評價(jià)，正確分析水庫病害成因，為確定水庫病害程度和病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)，有效針對這些不同的病害成因，采取行之有效的治理方案，徹底消除隱患，恢復(fù)水庫的功能。

[1]《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008).中國計(jì)劃出版社

[2]《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL 55-2005).中國水利水電出版社