淺論病險水庫地質(zhì)勘察與病害成因

袁洪昆

(云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院， 云南 昆明 650041)

0 引言

水庫病害問題嚴(yán)重的影響到人們的財產(chǎn)安全，而隨著水利工程行業(yè)的逐漸發(fā)展，水庫病害問題也逐漸被人們所重視。水庫的病害問題具有穩(wěn)定性和復(fù)雜性的特點，因此增加了人類對病險水庫地質(zhì)勘察與病因分析的難度。為了使水庫病險問題得到緩解，本文主要是針對病險水庫地質(zhì)勘察方法進(jìn)行論述，并且重點性的分析水庫病害形成的原因，為保證人民的財產(chǎn)安全提供一些幫助，從技術(shù)上緩解水庫病害問題。

1 病險水庫的地質(zhì)勘察

1.1 施工和運行的調(diào)查

病險水庫的地質(zhì)勘察具有壩基地質(zhì)現(xiàn)象隱蔽，地質(zhì)條件復(fù)雜的特點，因此病險水庫的地質(zhì)勘察首先要對水庫工程的施工和運行進(jìn)行調(diào)查。在施工和運行的期間，水庫容易受到一些在外因素影響，導(dǎo)致一些安全隱患。譬如構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)，根基清理不充分，作業(yè)段結(jié)合部存有問題等等，此些問題大多是因為使用的建材不達(dá)標(biāo)，渠道流動不合理等等因素產(chǎn)生。除此之外，工程在施工的時候可能會出現(xiàn)一些由于突發(fā)情況，這些突發(fā)情況的發(fā)生導(dǎo)致人們需要對某段水庫工程進(jìn)行應(yīng)急處理，然而在處理時或許會產(chǎn)生部分安全問題。經(jīng)過對水庫建設(shè)與運營的調(diào)研，為地質(zhì)勘探與病險路段的成因剖析提供一些資料的基礎(chǔ)。

1.2 庫區(qū)地質(zhì)勘察

水庫岸壩的穩(wěn)定，水庫的滲漏，以及水庫的淤積問題是水庫區(qū)地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容。根據(jù)水庫病險的程度，來選擇水庫的滲漏以及水庫的淤積問題進(jìn)行勘測，水庫的岸壩穩(wěn)定是必須要進(jìn)行勘測。水庫岸壩的穩(wěn)定是水庫工程的基礎(chǔ)，近岸岸壩的穩(wěn)定勘察更是尤為重要，其主要是對近岸岸壩的隱含危險進(jìn)行勘察。而對于岸壩的穩(wěn)固性勘察的方式通常是地質(zhì)測量，銅探探究、項目鉆探和槽坑中的地表探究等。

1.3 壩區(qū)地質(zhì)勘察

壩區(qū)地質(zhì)勘察主要分為壩體勘察和壩基工程勘察兩大類。第一種是壩體勘察，壩體勘察的勘察主要是采用鉆探，坑探，并探和物探等方式，通過一系列的實驗來綜合性的對其進(jìn)行勘察，實驗包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，動力觸探試驗，結(jié)構(gòu)體的巖土實驗以及壓(注、滲)水實驗等等。壩體勘察的勘察內(nèi)容主要包括了解壩體的填筑質(zhì)量，壩體裂縫存在的位置、大小、形狀，壩體滲漏的范圍、程度，滑坡體的范圍、斜面的寬度，以及施工的缺陷等等與水庫病險形成的相關(guān)問題。

第二種是壩基工程地質(zhì)勘察。壩基工程地質(zhì)勘察是在工程地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上來進(jìn)行地質(zhì)踏勘。在進(jìn)行壩基工程地質(zhì)勘察之前，首先要對工程區(qū)的地形條件，施工和運行期間的岸壩險情和隱患進(jìn)行了解。在了解的基礎(chǔ)之上查清楚壩基清基的狀況和壩基項目的地質(zhì)狀況，經(jīng)過剖析壩基的項目地質(zhì)問題來評判壩基項目地質(zhì)問題對壩基所產(chǎn)生影響的大小。壩基項目地質(zhì)勘測的方式與壩體勘察的方法基本相同。

1.4 涵洞工程地質(zhì)勘察

(1)穿壩輸水涵地質(zhì)勘察。涵洞裂縫是穿壩輸水涵病害勘察的主要內(nèi)容，而土壩中的穿壩輸水涵病害勘測的內(nèi)容既包括涵洞的裂縫還包括涵洞的位置移動情況，另外還有管周壩體土的形態(tài)與浸潤線的高程?？睖y的方式通常為管內(nèi)查探、項目鉆探等。經(jīng)過查清楚涵管位置移動與開裂狀況，來掌握管周壩體土的滲透性能和抗沖性能。

(2)輸水隧洞工程地質(zhì)勘察。查明洞襯砌體或者圍巖的斷裂和裂縫，滲透破壞以及其他變形情況是主要的勘察內(nèi)容。勘察的方法主要是洞內(nèi)外觀檢查，工程鉆探，巖土試驗以及注水實驗等，通過重點的勘察隧洞病險洞段，來判斷洞室圍巖的穩(wěn)定性。

1.5 其他建筑物地基工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容和方法是根據(jù)病險地段的程度來決定的，除了涵洞，庫區(qū)，壩區(qū)的地質(zhì)勘察以外，還有一些其他建筑物地基工程需要勘察，比如說溢洪道地質(zhì)勘察，工程勘察的選取需要根據(jù)具體的險情決定。如果沒有險情的情況下，則不需要進(jìn)行勘察。對于需要重點施工的建筑物地基需要重點的進(jìn)行地質(zhì)勘察。

2 水庫病害原因分析

2.1 庫岸穩(wěn)定的問題

水庫投入使用的時候，一部分的水下岸坡可能會有一些不穩(wěn)定體存在，這會導(dǎo)致在水庫蓄水的早期出現(xiàn)坡體位移和滑塌的現(xiàn)象。不穩(wěn)定體的形成可能是由于環(huán)境導(dǎo)致的，主要是地下水環(huán)境惡化所導(dǎo)致的，近壩不穩(wěn)定體的形成會嚴(yán)重的危害水庫的安全程度。庫岸滑坡問題的形成大多是受地下水狀況、巖體風(fēng)化水平、第四系松散堆積物厚度、岸坡坡度等要素的影響。另外不穩(wěn)定體滑動面還可能是第四系松散堆積物和基巖接觸接口，也或者是巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢面，以及全、強風(fēng)化巖體中的應(yīng)力集中接口?；碌陌l(fā)生大多是由于基石裂縫的水位高，部分地下水從裂縫坡漏出，并且通過松散堆積物或者基石裂縫泄露到谷底，導(dǎo)致了觸接口抗剪強度降低，從而產(chǎn)生滑坡的現(xiàn)象。庫岸滑坡常常發(fā)生在庫首部分，在水庫蓄水的時候表現(xiàn)的尤為明顯。發(fā)生的原因是在水庫蓄滿水后，庫首的水深程度最大，岸坡的地下水深最高，水壓也最大，而且在離河水較高地方的岸坡巖體收到風(fēng)沙化的程度最高，同時又受到潤滑和軟化的程度最高。

2.2 土石壩沉降問題

土石壩壩基的形成大多是由于第四系松散堆積物的堆積和保留，堆積的厚度大約為3米左右，其軟弱層是特別少見的。除此之外，其堆積物的密度是較大的，一般的情況下是大于壩體填筑的密度的，由此也導(dǎo)致了土石壩壩基不易變形。土石壩本身因為壩體填筑不實從而導(dǎo)致自重固結(jié)變形是導(dǎo)致土石壩沉降問題的主要原因。土石壩填筑不實的原因有三個方面，包括填筑是碾壓不充分，填筑時填筑的土水分含量過高，以及分段填充時施工縫的處理不當(dāng)。土石壩的碾壓程度通?？梢酝ㄟ^鉆孔注水試驗來判斷，如果碾壓程度不夠則在試驗時會導(dǎo)致滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。填筑土水含量高的問題可以通過測量填筑土的濕潤程土來判斷，選取合適的填筑土可以有效的預(yù)防此類問題的產(chǎn)生。

2.3 土石壩裂縫問題

土石壩裂縫的產(chǎn)生通常在平行壩軸線方向的縱縫以及垂直壩軸線方向的橫縫方向。土石壩背水坡裂縫大多為縱縫，其產(chǎn)生的原因多為壩坡偏陡，上游和下游沉降的差異，土壩體向下游的滲透動水壓力作用。土石壩的背水坡分布的有反濾排水系統(tǒng)，而且背水坡相較而言比較平整，因此土石壩的縱縫雖然會出現(xiàn)但是概率不大。土石壩的迎水坡以及坡頂出現(xiàn)縱縫的原因大多是由于壩坡陡峭，壩體向上游的滲透動力壓以及壩體的土粘粒含量高所產(chǎn)生的壩土干縮所引起的。除此之外，縱縫的產(chǎn)生與水庫長期的放水和蓄水有關(guān)，當(dāng)水庫放水和蓄水的時候土石壩的迎水坡部分容易出現(xiàn)飽水和失水的交替，這樣會容易形成縱縫，嚴(yán)重的時候還會容易產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象。

土石壩的橫縫多為壩體的土粘粒含量高所產(chǎn)生的壩土干縮以及分段建筑的施工縫處理不當(dāng)而導(dǎo)致的，除此之外壩體產(chǎn)生差異滑動和沉降也是導(dǎo)致土石壩橫縫的原因之一。其中分段建筑的施工縫處理不當(dāng)?shù)漠a(chǎn)生多是由于人工挑土上壩所導(dǎo)致的。而壩體管道中砂的管涌流失會造成壩體差異沉降。

2.4 土石壩滑坡問題

土石壩滑坡問題的產(chǎn)生原因多為壩坡偏陡，壩體土剪程度偏低以及水庫水位驟停所引起的。水庫的大壩在截流的時候通常要采用圍堰截流的方式，如果不采取措施的話有可能會導(dǎo)致土體水分含量高，進(jìn)而出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)象，而一但出現(xiàn)滑坡的情況，在處理后仍然會有裂縫和滑移的現(xiàn)象發(fā)生，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生就是比較典型的壩體土剪程度降低導(dǎo)致的。有些水庫可能會為了工程配套建設(shè)的需要，從而放空水庫內(nèi)的蓄水，這種情況下會導(dǎo)致水庫的水位突然降低，水壩迎水坡土體的本來是受壓狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，水庫的滲透水壓力全部轉(zhuǎn)化為拉力。在這樣情況下，由于水位的驟退，壩體雖然退出水面但是其依然處于飽水狀態(tài)，它的抗剪程度會降低，而且坡壩在水位驟降的情況下會導(dǎo)致坡角不滿足穩(wěn)定坡角，這些情況綜合起來便會導(dǎo)致滑坡的現(xiàn)象。

3.5 土石壩滲透穩(wěn)定問題

放滲體的空隙過大，或者穿壩涵洞和其他構(gòu)筑物差異變形而產(chǎn)生的滲漏縫隙是土石壩滲透問題產(chǎn)生的主要原因。在滲透流速大于砂或者土被水流帶走的臨界速度的時候，土石壩就會產(chǎn)生滲透破壞。除此之外，還有一些生物作用也會導(dǎo)致土石壩的滲透穩(wěn)定造到破壞，生物作用常見的為白蟻問題，當(dāng)白蟻的洞穴規(guī)模較大時，會導(dǎo)致汛期的時候發(fā)生重大的沖刷破壞險情，嚴(yán)重的導(dǎo)致潰壩現(xiàn)象。

3.6 壩基抗滑穩(wěn)定問題

部分水壩壩底較窄，這類水壩叫做剛性壩，因為其接觸面的抗剪性能較低，基巖優(yōu)勢面的抗剪力不夠和壩基所承受的負(fù)載太大均會導(dǎo)致水庫產(chǎn)生安全隱患，因此抗剪強度是造成壩基抗滑穩(wěn)定問題的主要原因。

3.7 壩基滲透穩(wěn)定問題

壩基滲透穩(wěn)定問題的原因有許多，其主要原因包括巖土空隙的松散，斷層軟弱破碎帶和破碎夾層以及巖溶洞穴等。壩基松散巖土空隙大多發(fā)生在貫通土石基壩砂礫石層中，當(dāng)土壩壩基的砂礫石層在上下游壩角都露在地表，而且沒有任何的截斷措施，一但水位過高時就會導(dǎo)致壩基砂礫石層發(fā)生管涌的現(xiàn)象。壩基斷層軟弱破碎帶和破碎夾層十分的容易導(dǎo)致壩基滲透問題，在順河向更容易產(chǎn)生。而巖溶洞穴對滲透穩(wěn)定的破壞不是特別嚴(yán)重，但是也會在一定程度上影響壩基滲透穩(wěn)定平衡。

3.8 繞壩滲透穩(wěn)定問題

繞壩滲透穩(wěn)定遭到破壞的原因主要有兩方面，一方面是由于近壩肩斷層破碎帶管涌導(dǎo)致壩肩的穩(wěn)定，另外一方面是由于繞壩滲漏現(xiàn)象引起的，繞壩的滲漏會導(dǎo)致壩肩的下游深風(fēng)化巖坡現(xiàn)象嚴(yán)重以及滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而影響壩肩的穩(wěn)定。

4 總結(jié)

由于水庫所處的地理環(huán)境，氣候，地質(zhì)條件的不同，會導(dǎo)致不同的水庫會出現(xiàn)不同的病害現(xiàn)象，同樣水庫施工的時期特征同樣會致使部分特殊的區(qū)域性水庫病害的產(chǎn)生。經(jīng)過對病害水庫的地質(zhì)勘測，有效治理水庫病害。而對水庫的地質(zhì)勘測應(yīng)該依據(jù)了解到的項目結(jié)構(gòu)特征和以前的地質(zhì)材料開展。結(jié)合本地的地質(zhì)狀況來選擇恰當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)勘測方式。通過梳理歸納水庫病害類型，精準(zhǔn)剖析水庫病害的成因。這樣做的目的是確定水庫病害程度以及為水庫加固設(shè)計提供一定的技術(shù)依據(jù)，保障人民的生命和財產(chǎn)安全。

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