中小型水庫均質(zhì)土壩壩體變形問題勘察分析

倪惠松

摘 要 在水庫除險加固中各方應(yīng)重視勘察工作，同時勘察也可以采用多種新方法，如物探方法具有透視性、高效率、低成本的優(yōu)勢，雖然有其局限性和條件性，而且解譯時具有多解性的缺陷，但在探測大壩的洞穴、裂縫、滲漏通道等隱患方面，有時能發(fā)揮很重要的作用，應(yīng)結(jié)合具體的地質(zhì)條件合理采用。

關(guān)鍵詞 中小型水庫；均質(zhì)土壩；壩體變形；勘察

1 工程概況

樂昌市秀水鎮(zhèn)葉子川水庫為一座?。ǘ┬退畮欤髩螢榫|(zhì)土壩，最大壩高21.90m，現(xiàn)壩頂高程296.6m，壩頂軸線長115m，壩頂寬5m，壩上游壩坡坡比為1∶2.23～2.6，下游壩坡坡比為1∶2.0。該水庫于20世紀(jì)70年代建成，缺乏完整的勘察設(shè)計資料，施工技術(shù)水平較落后，屬于典型的“三邊工程”。水庫曾經(jīng)長期存在的滲漏問題經(jīng)灌漿防滲處理后得到解決，現(xiàn)存在的主要問題為大壩開裂變形。該水庫歷史異常險情及除險加固情況如下：①2005～2007年間大壩上游坡中下部出現(xiàn)過三次塌陷，后期均經(jīng)過簡單施工恢復(fù)原狀。②水庫長期伴有滲漏問題，2006年對壩體及壩基灌漿防滲處理后背水坡滲漏問題得到解決。③水庫于2007年12月正式開展除險加固，清除原有上游坡干砌石培厚加固并設(shè)置混凝土護(hù)坡。④2013年10月該水庫出現(xiàn)新的險情，壩體迎水坡左半?yún)^(qū)域發(fā)生第一次變形，近壩頂分布有縱向裂縫，壩面上部沉陷下部隆起，經(jīng)過簡單修整恢復(fù)原狀[1]。

2 勘探成果

2.1 鉆（坑）探成果

在變形區(qū)域布置3個鉆孔，其中ZK1布置在第一次塌陷位置附近，ZK2布置在第二、三次塌陷位置附近，根據(jù)ZK2取土芯觀察及取樣試驗結(jié)果，該處下伏壩體土層土質(zhì)相對較軟，且于壩基面附近發(fā)現(xiàn)一處20cm的土洞，其分布范圍不明。壩基為殘積砂質(zhì)黏土及弱風(fēng)化石灰?guī)r，基巖裂隙較發(fā)育，但未揭露有溶洞。TK1及TK2布置在壩前坡縱向裂縫上，裂縫在豎直方向延伸較短很快閉合，坑壁未發(fā)現(xiàn)有明顯的滑動面。

2.2 室內(nèi)試驗成果

變形區(qū)縱向上土體由壩體填筑土和壩基殘積土構(gòu)成，其中壩體填筑土可分為壩前坡培厚土和舊壩體填筑土，壩體內(nèi)還存在相對軟弱土體，室內(nèi)試驗定名均為低液限黏土（CL）或含礫低液限黏土（CLG）。壩體土擊實試驗結(jié)果顯示壩體土料最大干密度ρmax=1.70g/cm3，最優(yōu)含水量Wop=19.2%，黏粒含量9.5%，壩前坡培厚土和舊壩體填筑土性質(zhì)差異較小，但均存在填筑質(zhì)量問題，土質(zhì)一般，填筑質(zhì)量較差，碾壓不緊密，天然含水率及塑性指數(shù)偏高，甚至局部為高壓縮性土，飽和快剪指標(biāo)偏低。與壩前坡培厚土及舊壩填筑土整體特性對比，軟弱土天然含水率高27.2～31.6%，干密度低8.6～9.2%，孔隙比高19.6～22.1%，壓縮系數(shù)高19.0～31.6%，飽和快剪凝聚力低33.0～39.7%，內(nèi)摩擦角低31.1～36.0%。

2.3 物探成果

本次物探勘測網(wǎng)布置在水壩的迎水面，目的是查明壩體有無土洞分布、滲漏通道、輕微滑動面等要素，并進(jìn)一步分析巖土體的分層規(guī)律以及基巖的起伏形態(tài)。物探采用高密度電法和淺層地震面波勘探法。根據(jù)視電阻率等值線的變化情況及曲線形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)情況和壩體特征，推斷隱患的性質(zhì)、產(chǎn)狀、和埋深等情況。地震面波法對壩體的滲漏區(qū)進(jìn)行勘探，軟弱層與上下巖土層存在明顯波阻抗差異，表現(xiàn)為軟弱層或富水層面波速度較低[2]。

3 變形成因定性分析及處理建議

壩體產(chǎn)生變形的過程及原因主要總結(jié)為以下幾點：①歷史上壩體迎水坡曾發(fā)生多次塌陷，推測為壩基長期的異常滲流引起滲透變形，掏空上游壩基形成空隙所致。②壩基部位的空隙使壩體土在自重下發(fā)生多次沉陷，沉陷破壞了土體結(jié)構(gòu)，又由于該部位壩體填筑質(zhì)量差，原本壩體土的壓實度不達(dá)標(biāo)，因此壩體土的密實度下降，在庫水正常滲流作用下馬道以下的壩土體逐漸軟化。③該壩屬于均質(zhì)土壩，則前壩坡變形可視為黏性土邊坡變形問題，馬道以下壩腳土層軟化，正常蓄水時長期處在飽和狀態(tài)，其稠度狀態(tài)一般呈軟塑～可塑狀態(tài)，抗剪強度極低，軟弱土體在庫水位下降后脫水固結(jié)緩慢，抗剪強度仍然較低。下部剪應(yīng)力超過該處土料抗剪強度因而產(chǎn)生塑性蠕變，導(dǎo)致上部坡面出現(xiàn)一條或數(shù)條裂縫，由斷續(xù)分布而逐漸連通。馬道以下壩腳軟弱土層沉陷變形，牽引上部土體開裂下移，前坡整體受坡腳擋墻（阻滑體）阻擋，未產(chǎn)生整體滑動，使得呈現(xiàn)上部開裂，中部下陷，下部隆起的變形特征。因此，歷史上壩基部位的異常滲透變形是根本原因，壩體土質(zhì)較差碾壓不緊密是次要原因，后期加固培厚所產(chǎn)生的荷載是本次蠕動變形的誘發(fā)因素。壩坡的蠕動變形常為滑動變形前兆，嚴(yán)重可發(fā)展成滑坡。壩體和壩基中軟弱面（帶）的存在，為可能滑動面（帶）的形成提供了有利條件。處理建議：馬道上部削坡，或適當(dāng)降低壩高；馬道以下存在軟弱土體，建議該段整體翻坡碾壓，全部挖除軟弱土回填并分層夯實抗剪強度高的土料；當(dāng)考慮到翻坡碾壓施工難度以及對壩體穩(wěn)定不利影響而選擇部分挖除軟弱土體時，還應(yīng)在馬道以下增加防滑體或增加鎮(zhèn)壓臺等壩腳壓重。

4 結(jié)束語

早期中小型水庫均質(zhì)土壩的險情隱患發(fā)生既有其歷史原因并受制于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，也有后期管理上的原因，具體有以下幾點表現(xiàn)：建壩時基本上無勘察工作，給后期病險查因的勘察工作增加了許多難度，在不了解壩基巖土層的性質(zhì)以及斷層破碎帶或節(jié)理密集帶的特征情況下，對壩基清基不徹底或者需要做壩基處理的未做，往往產(chǎn)生滲漏及滲透穩(wěn)定問題，如本例就忽視了對喀斯特地區(qū)節(jié)理溶隙密集帶的防滲處理。建壩時對壩體土料的性質(zhì)認(rèn)識不足，采用了不符合均質(zhì)土壩用料質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的土，如本例壩體土料塑性指數(shù)范圍在17.1～23.5，大部分土對含水率比較敏感，難于壓實，干濕變化時變形大。建壩時施工機(jī)械功能低下，土的實際壓實度偏低，如本例施工中就是用人工碾壓或拖拉機(jī)帶平磙，即使工程建成運行幾十年檢測干密度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇佩珍.大垌水庫工程均質(zhì)土壩應(yīng)力變形分析[J].廣西水利水電，

2018，（02）：44-47.

[2] 牛運光.土壩滲透變形控制措施及其進(jìn)展[J].人民長江，2017，（08）：

40-44.