中小型病險(xiǎn)水庫(kù)存在的主要工程地質(zhì)問題及除險(xiǎn)加固整治方案探討

容富

摘要：中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固正進(jìn)入高潮，其中重點(diǎn)和難點(diǎn)還屬工程地質(zhì)問題的研究和整治，最常見的工程地質(zhì)問題有：壩體滲漏、壩體穩(wěn)定、壩基滲漏、涵管滲漏、壩基抗滑穩(wěn)定等。本文從分析這些問題的成因著手，提出了除險(xiǎn)加固的整治方案，并通過三個(gè)典型工程案例，詳細(xì)闡述了工程地質(zhì)問題及對(duì)應(yīng)的整治措施，并在工程中得以實(shí)施，取得了較好的效果，對(duì)中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：中小型病險(xiǎn)水庫(kù)；工程地質(zhì)問題；整治方案

中圖分類號(hào)：Tv65*1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）07-0164-02

1.前言

近年來，中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固正如火如荼的進(jìn)行中，隨著工作的不斷深入，中小型病險(xiǎn)水庫(kù)突顯的問題也越來越多。如：管理問題、運(yùn)行問題、工程地質(zhì)問題、觀測(cè)設(shè)施問題等，其中，最突出的問題還屬工程地質(zhì)問題。

2.中小型病險(xiǎn)水庫(kù)存在的主要

1.程地質(zhì)問題

2.1滲漏問題

2.1.1土石壩壩體滲漏

主要是壩體填筑材料不良，防滲體抗?jié)B能力不能滿足要求，滲透系數(shù)偏大，表現(xiàn)在下游壩面出現(xiàn)散浸、排水菱體集中漏水。不同壩型對(duì)防滲體防滲要求不一樣，根據(jù)土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，均質(zhì)壩體，土的滲透系數(shù)k≤10-4cm/s；斜墻壩和芯墻壩，滲透系數(shù)k≤10-5cm/s，認(rèn)為壩體達(dá)到防滲要求。

2.1.2壩基（壩肩）滲漏

病險(xiǎn)土石壩一般都建在強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化上部的破碎巖體上，由于巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，建壩時(shí)沒有做過防滲處理，基巖的防滲達(dá)不到防滲要求。一般破碎基巖透水率在20-30Lu之間，土壩相對(duì)不透水層（q≤10Lu）埋深在15-20m。特別提出的是，個(gè)別壩址，因施工時(shí)清基不砌底，仍殘留有1-2m厚的砂卵石層，在除險(xiǎn)加固勘察時(shí)容易被忽略，殘留的砂卵石層往往形成主要的滲漏通道，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致滲透破壞。

2.1.3涵管滲漏

病險(xiǎn)水庫(kù)中涵管滲漏的現(xiàn)象比較普遍且嚴(yán)重，多數(shù)潰壩水庫(kù)多從涵管沖刷開始。因此，涵管滲漏的情況不容忽視，引起涵管滲漏的原因一般有以下幾種：①涵管基礎(chǔ)地質(zhì)條件差，出現(xiàn)不均勻沉降，引起涵管斷裂；②涵管砌體不密實(shí)，砌筑質(zhì)量差而破裂；③水庫(kù)調(diào)度時(shí)出現(xiàn)有壓流而導(dǎo)致涵管破壞。

2.2穩(wěn)定問題

2.2.1壩基（閘）抗滑穩(wěn)定問題

該問題多存在于漿砌石重力壩及混凝土重力壩，形成壩基（閘）抗滑穩(wěn)定問題的原因主要有：①施工清基徹底；②壩肩或壩基存在緩傾角的軟弱結(jié)構(gòu)面，前期勘察工作未查明或不引起重視，施工時(shí)不處理；③壩址下游由于泄洪沖刷形成深的沖刷坑，形成深層滑動(dòng)的懸空面。

2.2.2滲透穩(wěn)定問題

壩基、壩肩或壩體與岸坡接頭滲漏量大的部位產(chǎn)生管涌、流土；特別是清基不徹底，壩腳留有一層砂卵石層時(shí)特別容易產(chǎn)生滲透破壞；或者是大壩壩體施工質(zhì)量達(dá)不到碾壓要求，壩體填土粘粒含量少，滲透系數(shù)大；壩體生物（如白蟻）破壞導(dǎo)致漏水量大而產(chǎn)生滲透破壞。

2.2.3溢洪道邊坡穩(wěn)定問題

大部分溢洪道都是依山而建，溢洪道的開挖，難免會(huì)形成高陡邊坡，當(dāng)時(shí)對(duì)邊坡又沒有做任何防護(hù)措施，經(jīng)過幾十年裸露，一些板巖等容易風(fēng)化的巖石，風(fēng)化加劇，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)為松動(dòng)、邊坡裂縫、崩塌、滑坡等。

2.3壩體變形問題

2.3.1壩體裂縫

由于大壩壩體接頭處理不良；不均勻沉陷；夯壓不實(shí)，填土固結(jié)速度不同等都容易產(chǎn)生縱橫裂縫。

2.3.2壩體滑坡

因壩體或壩基抗滑穩(wěn)定性不足而引起滑動(dòng)破壞，在土石壩中較為常見，主要表現(xiàn)為：填土粘粒含量高、含水量大、抗剪指標(biāo)低；壩坡過高、過陡，水位調(diào)度不當(dāng)、水位下降過快，排水不暢使壩體飽和軟化。

2.3.3壩體塌陷

當(dāng)大壩出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏或是有大的滲漏通道，下部土體產(chǎn)生管涌、流土出現(xiàn)空洞；可溶巖地區(qū)，壩基存在溶洞，上部覆蓋土體在水壓作用下塌陷；底涵漏水量大，帶走壩體填土而塌陷。

3.土石壩病害的主要原因

3.1違反基建程序，忽視前期工作

大部分病險(xiǎn)水庫(kù)修建于大躍進(jìn)時(shí)期及文革時(shí)期，受當(dāng)時(shí)條件限制，這部分水庫(kù)基本沒有進(jìn)行前期地質(zhì)勘探工作，甚至沒有認(rèn)真的設(shè)計(jì)工作就施工，一般都是邊施工、邊設(shè)計(jì)、邊勘察。不尊重調(diào)查研究，不尊重科學(xué)技術(shù)，為工程留下隱患。

3.2工程技術(shù)人員缺乏，施工質(zhì)量差

由于受當(dāng)時(shí)歷史條件限制，水利工程技術(shù)人員缺乏，許多土石壩都是由鄉(xiāng)鎮(zhèn)干部憑自己經(jīng)驗(yàn)施工，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理；施工也沒有專門的施工隊(duì)伍，都是鄉(xiāng)村抽調(diào)民工分塊施工，質(zhì)量意識(shí)差，只注重進(jìn)度，無視質(zhì)量，導(dǎo)致清基不徹底，壩基留有透水層；壩塊進(jìn)料失控，填筑料不符合要求，壩體碾壓不符合要求，碾壓不密實(shí)，碾壓時(shí)含水量高；分塊施工時(shí)，結(jié)合部不符合要求；壩體分層進(jìn)料過厚，碾壓工具輕，碾壓不實(shí)等。

4.病險(xiǎn)土石壩整治技術(shù)

針對(duì)以上病險(xiǎn)水庫(kù)存在的主要工程地質(zhì)問題，目前采用較多的處理方法有：

4.1帷幕灌漿

該法一般用于基巖和漿砌石重力壩滲漏。均質(zhì)壩和心墻壩一般灌漿軸線沿壩軸線布置，斜墻壩灌漿軸線沿壩內(nèi)坡和基巖交線布置。鉆孔設(shè)一排，孔距2.5-3.0m；二序或三序施工，灌漿壓力一般2.5-3.0kg；兩岸壩肩鉆孔適當(dāng)延長(zhǎng)，以正常蓄水位和相對(duì)不透水層交線控制。

4.2沖抓回填

該技術(shù)只適用均質(zhì)壩和芯墻壩體滲漏，用沖抓機(jī)在壩體滲漏部位沖抓造孔，然后回填粘性高、滲透性小的土。造孔孔徑一般110cm，孔距0.7-0.8m，加上重錘夯實(shí)影響寬度，實(shí)際形成1.2-1.5m厚的防滲墻體。該法施工簡(jiǎn)單，效果顯著。但沖抓最大深度為20m，而且應(yīng)在干孔情況下施工，含水量大時(shí)，沖抓成孔困難。

4.3高壓噴射灌漿法

該法是在常規(guī)造孔后，將帶有特殊裝置的高壓噴射注漿管置于孔內(nèi)一定深度，通過噴咀用高壓、高速水、氣沖擊破壞松散地層，同時(shí)以水泥漿充填于破壞地層中，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，形成混凝土防滲墻。該法可以在水下造孔，且灌注水泥漿液形成的防滲墻耐久可靠，對(duì)砂卵石層，松散碎石等防滲效果好。

4.4土工織物防滲技術(shù)

該法主要用于壩坡面防滲，材料主要有土工布、土工膜、土工織物，厚度一般3-5mm。鋪設(shè)土工膜前，應(yīng)對(duì)坡面進(jìn)行找平，鋪設(shè)完成后，用200-300mm厚的細(xì)沙填壓，細(xì)沙上再鋪設(shè)六菱塊護(hù)坡。

4.5涵管封堵

一般都采用全斷面封堵，即在涵管上下游用混凝土封堵，然后在壩頂用鉆機(jī)造孔，灌注流動(dòng)性稍大的細(xì)顆?；炷?。

5.工程案例

5.1火家溪水庫(kù)除險(xiǎn)加固治理

火家溪水庫(kù)位于中方縣銅灣鎮(zhèn)松坡村，地理位置東徑110°34′55″，北緯27°45′43″。為粘土斜墻壩，最大壩高35.2m，壩頂高程307.0m，壩頂軸長(zhǎng)141m，壩頂寬3.4m，樞紐工程由大壩溢洪道、灌溉輸水涵及臥管等建筑物組成，屬四等工程，主要建筑物為四級(jí)，次要建筑物為五級(jí)，該水庫(kù)1972年施工、1973年投入運(yùn)行。

火家溪水庫(kù)存在的主要工程地質(zhì)問題有：①壩體滲漏，主要是斜墻粘土含量少，填筑質(zhì)量差，達(dá)不到斜墻的防滲要求；②壩基滲漏，經(jīng)做壓水試驗(yàn)，巖石透水率在24-48Lm之間，屬中等透水層；③溢洪道邊坡穩(wěn)定性差，溢洪道邊坡風(fēng)化嚴(yán)重，邊坡上第四系、強(qiáng)風(fēng)化巖體穩(wěn)定性差，邊坡失穩(wěn)后會(huì)堵塞溢洪道，影響行洪。

除險(xiǎn)加固處理措施：①采用土工膜對(duì)壩面進(jìn)行防滲處理，土工膜鋪設(shè)到校核洪水位，壩面和山體連接部位用C2O混凝土基座與基巖連接。基座設(shè)計(jì)為階梯狀，利于帷幕灌漿時(shí)鉆機(jī)的擺放。②帷幕灌漿對(duì)基巖防滲進(jìn)行處理：帷幕灌漿軸線沿土工膜基座布置并延伸到壩肩，壩肩延伸長(zhǎng)度以正常蓄水位和相對(duì)不透水層控制。帷幕孔設(shè)計(jì)一排，孔距3.0m。③溢洪道邊坡采用削坡減載處理：對(duì)邊坡上堆積的第四系殘坡積層及不穩(wěn)定的強(qiáng)風(fēng)化堆積層進(jìn)行削坡整理，削坡后自然邊坡坡比為1：0.75-1：0.5。坡面掛網(wǎng)噴泥漿，種植草皮。

5.2大沖水庫(kù)除險(xiǎn)加固治理

大沖水庫(kù)位于會(huì)同縣坪村鎮(zhèn)五里村，地理位置東徑109°44′35″，北緯26°59′11″，大壩為粉質(zhì)粘土均質(zhì)壩，最大壩高26.0m，壩頂高程367.4m，壩軸線長(zhǎng)118.4m，壩頂寬4.3m，樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉輸水涵管等建筑物組成，屬四等工程，主要建筑物為四級(jí)，次要建筑物為五級(jí)，該水庫(kù)1957年施工，1958年投入運(yùn)行。

大沖水庫(kù)存在的主要工程地質(zhì)問題：①壩體滲漏，主要是填筑壩體時(shí)碾壓不到位，填土壓實(shí)度控制不好，孔隙率大，分塊碾壓時(shí)，接觸部位沒有作特殊處理；②壩面內(nèi)坡有一條80m長(zhǎng)的縱向裂縫，主要是內(nèi)坡較徒，當(dāng)庫(kù)水驟降時(shí)，內(nèi)坡失穩(wěn)所致；③內(nèi)坡出現(xiàn)兩個(gè)直徑1.2-1.5m的塌坑，為灌溉涵管滲漏帶走壩體填土所致；④壩基滲漏。

除險(xiǎn)加固處理措施：①?zèng)_抓回填，接合土工膜對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理，因受沖抓回填造孔深度的限制，沖抓孔布置在第一個(gè)腰道上，腰道以上到校核洪水位，壩面采用土工膜防滲；②削坡培厚處理內(nèi)坡穩(wěn)定問題：削坡培厚后內(nèi)坡分為三級(jí)，坡級(jí)從下至上分別為1：2.5、1：2.25、1：2.0；③采用開挖回填處理裂隙和塌坑，把裂隙和塌坑周邊土體開挖掉，回填粘土，回填土密實(shí)度不低于壩體填土；④用帷幕灌漿處理壩基滲漏，帷幕孔軸線沿沖抓回填孔軸線布置，兩壩肩延伸至相對(duì)不透水層和正常蓄水位交點(diǎn)。

5.3黃獅洞水庫(kù)除險(xiǎn)加固治理

黃獅洞水庫(kù)位于洪江市茅渡鄉(xiāng)關(guān)沖村，壩址位于沅水一級(jí)支流蘆木溪下游，距河口2.5km，距安江鎮(zhèn)8km，地理位置東徑110°11′28″，北緯27°20′55″。大壩為漿砌石重力壩，最大壩高31.4m，壩頂高程201.8m，壩軸線長(zhǎng)140.7m，左巖重力壩壩頂寬13m，長(zhǎng)64.5m；右岸重力壩壩頂寬8m，長(zhǎng)29.2m，中間為4孔溢流壩，長(zhǎng)47.0m，堰頂高程191.0m，單孔最大設(shè)計(jì)泄流流量64.38m3/s，正常蓄水位200.0m，樞紐由大壩、廠房灌溉及發(fā)電隧洞等建筑物組成，大壩工程等級(jí)為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物等別為V等。大壩于1964年12月開始修建，1970年3月建成蓄水。

黃獅洞水庫(kù)大壩存在的主要工程地質(zhì)問題有：①壩體滲漏，主要為壩前防滲面板老化、開裂所致。②壩基清基不徹底，兩壩肩殘留有強(qiáng)風(fēng)化巖體，壩基及壩肩滲漏嚴(yán)重。③大壩抗滑穩(wěn)定復(fù)核滿足不了規(guī)范要求，存在安全隱患。④長(zhǎng)年泄洪沖刷，大壩下游靠左側(cè)沖擊一個(gè)深5.3m，寬15.6m的大坑。⑤受泄洪沖刷影響，左岸山坡出現(xiàn)長(zhǎng)65m的裂縫，邊坡存在穩(wěn)定問題。

除險(xiǎn)加固處理措施：①對(duì)防滲面板裂縫進(jìn)行刻槽，采用環(huán)氧樹脂防滲堵漏；②對(duì)壩體采用充填灌漿，增加大壩自重，提高大壩抗滑穩(wěn)定性；③對(duì)壩基及壩肩基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理；④下游泄洪沖坑采用C2O混凝土回填，并做好消能處理；⑤對(duì)左岸邊坡削坡減載，并采用錨桿支護(hù)。

5.結(jié)語

因各水庫(kù)有其各自特殊的地質(zhì)條件，因此存在的工程地質(zhì)問題也各不相同，即使工程地質(zhì)問題相同，處理方案也不可能千篇一律，因此本文介紹的整治方案只對(duì)讀者起個(gè)借鑒作用。具體工程地質(zhì)問題，還得根據(jù)產(chǎn)生工程地質(zhì)的原因著手，研究其整治方案。