中小型土石壩除險(xiǎn)加固勘察及處理措施

楊鳳桂

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 概述

建國以來，我國水利水電建設(shè)事業(yè)取得了巨大成就，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，已建水庫8.7萬座，其中絕大多數(shù)建于20世紀(jì)50～70年代，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，由于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量“先天不足”，現(xiàn)在工程老化失修嚴(yán)重，大量水庫存在不同程度的病險(xiǎn)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國有各類病險(xiǎn)水庫3.7萬座，這些水庫已成為防汛工作中的薄弱環(huán)節(jié)和最不穩(wěn)定因素。由于水庫病險(xiǎn)類型繁多，同種病險(xiǎn)在不同的地質(zhì)條件下存在較大差別，而土石壩是產(chǎn)生病險(xiǎn)水庫的主要來源。對(duì)土石壩的病險(xiǎn)勘察，主要是查明填筑材料，查明壩基滲漏的主要工程地質(zhì)層、位置及范圍，其本質(zhì)是對(duì)填筑材料的性狀和填筑質(zhì)量作出評(píng)價(jià)，確定主要漏水地段或主要滲漏通道的位置、形態(tài)和規(guī)模，估算滲漏量，從而提出防滲處理范圍、深度和處理措施的建議。本文主要從中小型土石壩除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)問題、勘察方法及處理措施3個(gè)方面分析論述。

2 主要工程地質(zhì)問題

2.1 壩體質(zhì)量問題

壩體主要由含碎石壤土、砂壤土、碎石，夾雜細(xì)砂、云母、全風(fēng)化巖組成，且多有裂縫。由于壩體土質(zhì)較雜，成分不均一，壩體整體填筑質(zhì)量較差，密實(shí)度、均勻性較差，造成局部壩體滲漏。

2.2 壩基滲漏問題

壩基整體或局部為強(qiáng)透水層，如中砂、礫石及卵石層，該層連續(xù)或以透鏡體的形式存在，滲透系數(shù)1×10-3～9×10-2cm/s，成為滲漏的主要通道，是水庫滲漏的主要原因。壩基滲流量較大，庫水通過中砂層及礫石層滲漏至下游，在壩下游多形成大面積的沼澤地帶，造成水庫蓄水困難，影響效益。

另外多數(shù)土石壩建于20世紀(jì)50～70年代，限于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)水平和技術(shù)條件，大多數(shù)土石壩清基不徹底，表層殘積土和風(fēng)化土及淤積土也會(huì)產(chǎn)生水庫滲漏。

2.3 大壩壩坡滲透不穩(wěn)定，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求

壩后排水棱體反濾失效，破壞嚴(yán)重，造成下游壩腳出現(xiàn)集中滲漏，沼澤化嚴(yán)重，沼澤化區(qū)域延伸至下游河床百余米。

2.4 溢洪道邊坡穩(wěn)定問題

溢洪道部分邊墻被毀，部分邊墻、護(hù)底板有破損，溢洪道邊坡巖體被不同組合形式的節(jié)理切割，影響其完整性及穩(wěn)定性，特別是節(jié)理密集發(fā)育地帶，巖體破碎，局部存在有掉塊、塌落現(xiàn)象，穩(wěn)定性較差。

2.5 輸水洞閘室基礎(chǔ)穩(wěn)定問題

輸水洞閘室均有不同程度的開裂和傾斜，裂縫分布多為縱縫，寬度幾毫米至幾十毫米不等，主要為基礎(chǔ)坐落在不同工程地質(zhì)單元層，造成沉降不均。

3 勘察內(nèi)容及方法

3.1 勘察內(nèi)容

由于設(shè)備、資金、技術(shù)條件等條件限制，中小型水庫除險(xiǎn)加固不可能投入較多的勘探、試驗(yàn)工作量，而主要是依據(jù)水庫存在的重要工程地質(zhì)問題，有針對(duì)性地開展勘探及試驗(yàn)工作。

勘察內(nèi)容主要包括地層巖性、填筑質(zhì)量及病害發(fā)生的部位、時(shí)間、產(chǎn)生原因、危害性，特別是軟弱土體（層）及施工填筑形成的軟弱帶等的厚度和空間分布情況，復(fù)核填筑土的物理力學(xué)參數(shù)等；檢查大壩防滲體（心墻、水平鋪蓋等）、過渡層及反濾排水體等質(zhì)量，了解填料級(jí)配、密實(shí)度、滲透系數(shù)等；調(diào)查壩體滲漏、開裂、沉陷、滑坡及其他建筑物險(xiǎn)情的分布位置、范圍、特征及搶險(xiǎn)處理措施與效果，初步分析病害險(xiǎn)情的類型、成因。對(duì)壩址區(qū)包括壩基及兩岸一定范圍，以能包含病險(xiǎn)區(qū)及能分析病險(xiǎn)原因?yàn)樵瓌t，了解巖（土）體透水性、相對(duì)隔水層的埋藏深度、厚度和連續(xù)性，重點(diǎn)是地基滲漏情況，并對(duì)原基礎(chǔ)防滲效果及滲透穩(wěn)定性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。重點(diǎn)要注意壩體與壩基接觸部位的地質(zhì)條件，包括溢洪道、涵管、建筑物附近的變形邊坡等問題。

3.2 勘察方法

（1）勘探宜采用鉆探和物探相結(jié)合，勘探點(diǎn)數(shù)量以控制病險(xiǎn)點(diǎn)和主要建筑物為原則，多在滲漏量較大出水點(diǎn)處布孔，沿壩軸線縱橫各布剖面1條，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整鉆孔間距。

（2）鉆孔深度。帷幕線上深入相對(duì)隔水層（5～15m），其他部位應(yīng)深入壩基以下5～10m。

（3）由于鉆孔對(duì)地層判斷較為準(zhǔn)確，而對(duì)壩基、壩體隱患的位置和分布判斷較差，故對(duì)壩基、壩體隱患的位置和分布，宜采用物探方法探測(cè)。

（4）為取得較準(zhǔn)確的滲透系數(shù)，對(duì)壩體（含防滲體）、覆蓋層多進(jìn)行簡單的注水試驗(yàn)、基巖壓水試驗(yàn)，多選在代表性部位，以免造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。

（5）對(duì)壩體的填筑質(zhì)量，多宜在壩坡分區(qū)布置探坑，多采用環(huán)刀法取樣，要對(duì)每個(gè)區(qū)作出質(zhì)量評(píng)價(jià)，分別提出物理力學(xué)指標(biāo)，換算測(cè)其干密度，擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)其最大干密度，確定壓實(shí)系數(shù)，評(píng)價(jià)壩體填筑質(zhì)量。

（6）非均質(zhì)壩防滲體，多采用探槽形式查找粘土心墻或斜墻，探槽多垂直壩軸線布置，對(duì)其幾何尺寸滲透系數(shù)和巖土成分進(jìn)行復(fù)核。

（7）溢洪道、涵管、建筑物附近存在變形、邊坡穩(wěn)定等問題的部位，進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)測(cè)繪和檢測(cè)。

（8）勘察過程中，鉆探結(jié)束后應(yīng)及時(shí)采用粘土及水泥漿液對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵，做到質(zhì)量可靠，以免對(duì)壩體造成破壞。

（9）對(duì)于輸水洞基礎(chǔ)穩(wěn)定問題，往往采用鉆探的形式，查明地層條件，確定合適持力層，選擇合理的地基處理方式。

（10）充分收集區(qū)域地質(zhì)資料，地震動(dòng)參數(shù)資料，工程前期勘察、設(shè)計(jì)、施工資料，工程運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)資料，對(duì)病險(xiǎn)的專門觀測(cè)資料。

（11）調(diào)查分析包括地質(zhì)測(cè)繪和病險(xiǎn)調(diào)查，地質(zhì)測(cè)繪按有關(guān)規(guī)程執(zhí)行，病險(xiǎn)調(diào)查應(yīng)調(diào)查其產(chǎn)生部位、發(fā)生時(shí)間、規(guī)模、與氣候和庫水變化的關(guān)系、發(fā)展趨勢(shì)、危害程度等內(nèi)容。

鑒于上述勘察原則與方法，可以看出壩基滲漏、邊坡穩(wěn)定、壩體變形及滲透穩(wěn)定為土石壩水庫除險(xiǎn)加固工程勘察的重點(diǎn)，目的在于確定水庫主要漏水地段及主要滲漏通道的位置、形態(tài)和規(guī)模，估算滲漏量，從而提出合理的防滲處理范圍、深度和處理措施的建議。

4 處理措施

由于中小型水庫除險(xiǎn)加固工程考慮到資金、時(shí)間等條件限制，工程往往采取簡單可行的處理方法和措施。

（1）對(duì)由于壩體質(zhì)量土體不均產(chǎn)生的細(xì)小裂縫進(jìn)行小壓力灌漿處理，對(duì)壩體灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)。

（2）對(duì)于壩基滲漏，由于中小型水庫大多缺少垂直防滲，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)壩基防滲處理措施主要考慮采用混凝土防滲墻、高壓擺噴防滲墻兩個(gè)方案，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況選擇合理方案。

（3）對(duì)攔河壩下游壩腳排水棱體進(jìn)行改建完善，修復(fù)排水楞體，對(duì)攔河壩下游進(jìn)行貼坡培厚以放緩壩坡?；靥盍隙嗖捎萌劳?，壩坡坡比宜為1∶2.25。

（4）對(duì)兩岸邊坡和不穩(wěn)定巖土體應(yīng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，對(duì)溢洪道破損嚴(yán)重段，采用錨桿、噴護(hù)做簡單處理，若出口未設(shè)消能防沖工程，建議采取適宜的防沖措施。

（5）對(duì)于壩體塌陷部位進(jìn)行翻修處理，首先拆除原干砌石護(hù)坡，挖出反濾料，對(duì)壩面進(jìn)行清基，隨后回填壤土至原設(shè)計(jì)壩坡坡度，然后再鋪設(shè)反濾料和干砌石。

（6）對(duì)于輸水洞閘室基礎(chǔ)穩(wěn)定問題，往往采用拆除現(xiàn)有危險(xiǎn)閘室，對(duì)軟弱地基進(jìn)行換填、復(fù)合地基和樁基等形式處理。

5 結(jié)語

中小型土石壩水庫壩基滲漏、壩體填筑質(zhì)量差、溢洪道邊坡穩(wěn)定、壩體變形，輸水洞閘室地基不均勻沉降等問題為水庫除險(xiǎn)加固的主要工程地質(zhì)問題。只有徹底查清險(xiǎn)庫病因，取得真實(shí)、準(zhǔn)確的地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，才能提出更好的處理措施和方案，取得滿意的除險(xiǎn)加固效果。

［1］趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2001.

［2］SL251—2000，水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程［S］.

［3］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［4］GB50487—2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［5］唐大雄，劉佑榮.工程巖土學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999.

［6］林在貫，高大釗.巖土工程手冊(cè)［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

［7］SL274—2001，碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］SL55—2005，中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［9］GB50287—2006，水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.