中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)問(wèn)題及勘察方法

李文才

（云南省紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質(zhì)勘察咨詢(xún)規(guī)劃研究院，云南紅河 661100）

0 前言

土石壩是我國(guó)早期水利建設(shè)工程中常用的堤防方式，在我國(guó)農(nóng)田灌溉、居民供水和生態(tài)保護(hù)等多方面都做出了卓越的貢獻(xiàn)。但土石壩工程都在近年來(lái)出現(xiàn)了各種病害問(wèn)題和地質(zhì)問(wèn)題，以大石壩水庫(kù)為例，基于中小型水庫(kù)的具體情況提出除險(xiǎn)加固方法和地質(zhì)勘察方法。

1 中小型水庫(kù)存在的地質(zhì)病險(xiǎn)問(wèn)題

大石壩水庫(kù)的主要病險(xiǎn)類(lèi)型包括：①清基不徹底，另攔河壩壩體由多次填筑而成，隨經(jīng)多次碾壓，但質(zhì)量較差；②攔河壩無(wú)法滿(mǎn)足抗震和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求；③攔河壩和輸水建筑物的滲流安全無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范要求；④大石壩水庫(kù)現(xiàn)狀泄洪建筑物是溢洪道，沒(méi)有進(jìn)行襯砌，導(dǎo)致運(yùn)行管理和泄洪安全性較差；⑤輸水涵洞是壩下漿砌石拱涵洞，無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范要求；⑥大石壩水庫(kù)沒(méi)有基本的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施（例如沉降、位移、滲漏量和浸潤(rùn)線等觀測(cè)設(shè)施）。

2 除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察方法

大石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)階段地勘工作，是在大壩工程地質(zhì)復(fù)核及壩體檢查地勘資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。本次地質(zhì)勘察的主要方法是：

（1）收集、整理、校查、編制工程區(qū)域地質(zhì)圖，從區(qū)域宏觀論證本區(qū)間地質(zhì)結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)工程地區(qū)的區(qū)域穩(wěn)定性。

（2）庫(kù)區(qū)蓄水多年，其庫(kù)盤(pán)環(huán)境條件改變，是否存在水庫(kù)滲漏、庫(kù)岸再造、水庫(kù)淤積及浸沒(méi)等不良工程地質(zhì)問(wèn)題，需進(jìn)行地調(diào)查，進(jìn)行工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。

（3）進(jìn)一步查明壩體的成層結(jié)構(gòu)，物理力學(xué)性質(zhì)、透水性及壩體浸潤(rùn)線等，對(duì)壩體現(xiàn)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)；查明壩基地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化帶、透水性、地下水位及地基持力層強(qiáng)度等，最終對(duì)壩基進(jìn)行定量滲漏、滲透破壞變形和抗壓抗滑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[1]。

（4）對(duì)已建輸水涵洞及新建溢洪道工程地質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（5）查明建筑材料（砂、石、筑壩料）分布，儲(chǔ)量和質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 除險(xiǎn)加固工程任務(wù)和規(guī)模

3.1 除險(xiǎn)加固工程任務(wù)

大石壩水庫(kù)是以農(nóng)業(yè)灌溉為主、以防洪為輔的?。?）型水利工程。該水庫(kù)承擔(dān)著六街村委會(huì)3000 余畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)。水庫(kù)下游保護(hù)對(duì)象有：邑他得、六街村0.06 萬(wàn)人，0.3 萬(wàn)畝耕地；小石壩水庫(kù)大壩。

3.2 除險(xiǎn)加固工程規(guī)模

經(jīng)除險(xiǎn)加固工程處理后，大石壩水庫(kù)總庫(kù)容70.0 萬(wàn)m3，規(guī)模為?。?）型，其具體情況如表1 所示。

表1 大石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固后的特征水位與相應(yīng)庫(kù)容

3.3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固后運(yùn)行方式

經(jīng)除險(xiǎn)加固工程處理后，大石壩水庫(kù)的泄洪工程是溢洪道。其中，輸水隧洞只需要負(fù)責(zé)輸水。工程施工單位在進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí)需要將安全置于首位，確保施工過(guò)程的安全性。要保證除險(xiǎn)加固后端溢洪道的高程和正常的蓄水位相等，如果出現(xiàn)庫(kù)水位高于正常蓄水位的情況，就要使溢洪道進(jìn)入自由泄流狀態(tài)，千萬(wàn)不能使水庫(kù)超過(guò)蓄水容量，保證水庫(kù)的防洪功能正常生效。

4 除險(xiǎn)加固工程總體布置

4.1 除險(xiǎn)加固工程現(xiàn)狀布置

大石壩水庫(kù)由樞紐工程和灌溉工程組成。本次除險(xiǎn)加固的對(duì)象是樞紐工程，現(xiàn)狀樞紐工程由攔河壩、輸水涵洞和溢洪道三部分組成。

4.1.1 攔河壩

大石壩水庫(kù)攔河壩為均質(zhì)壩，壩頂高程1800m。大壩上游坡無(wú)防浪措施，下游雜草叢生；無(wú)岸坡排水溝，壩坡面不規(guī)整；壩體下游坡腳無(wú)排水設(shè)備，壩體無(wú)法正常排水，無(wú)壩體滲水觀測(cè)設(shè)施。攔河壩穩(wěn)定分析物理力學(xué)指標(biāo)情況如表2 所示。

表2 攔河壩穩(wěn)定分析物理力學(xué)指標(biāo)表

4.1.2 輸水涵洞

輸水涵洞為壩左岸壩下，涵洞軸線為直線，與壩軸線斜交。涵洞主要承擔(dān)輸水任務(wù)，涵洞洞身為漿砌石襯砌，全長(zhǎng)58m，涵洞放水設(shè)備為鍋蓋閘。

4.1.3 溢洪道

溢洪道位于大壩右壩肩，為開(kāi)敞式明渠，全長(zhǎng)71m，斷面尺寸不規(guī)則。未作襯砌過(guò)流，邊坡穩(wěn)定性差。整段溢洪道倒塌、堵塞嚴(yán)重，進(jìn)口底板高程為1797.00m。

4.2 除險(xiǎn)加固主要建筑物工程布置

根據(jù)《石屏縣龍朋鎮(zhèn)大石壩水庫(kù)大壩安全鑒定報(bào)告》，大石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)是樞紐工程區(qū)。大石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，樞紐工程由攔河壩，輸水涵洞及溢洪道組成。

4.2.1 攔河壩

該建筑物工程的布置需要以加固和培厚為主要方式，利用前堵后排技術(shù)對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。工作人員應(yīng)首先加固壩體，并集中增加堤壩根基部位的厚度，對(duì)壩體進(jìn)行抗滑、抗震和抗?jié)B流處理，整體提升堤壩的穩(wěn)定性。要在加固后的壩腳和岸坡位置增設(shè)合適的排水設(shè)施，并在上壩坡和下壩坡上建設(shè)保護(hù)裝置，提升對(duì)壩頂?shù)谋Ｗo(hù)。此外，還應(yīng)建設(shè)科學(xué)的水情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提升壩體變形現(xiàn)象和加大滲流觀測(cè)現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)力度。

大石壩水庫(kù)的攔河壩的材料土質(zhì)較為均勻，在進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)時(shí)，要注意保持壩軸線位置不變，仍呈直線。除險(xiǎn)加固后的堤壩全長(zhǎng)為83m，壩頂高程為1800m，壩頂寬7m，最大壩高11m。

上游壩坡坡比1:2.5，采用干砌毛條石護(hù)坡，厚30cm，護(hù)坡底高程比死水位1790.86m，高1.24m，即1792.00m，毛條石護(hù)坡下設(shè)碎石墊層（厚20cm，粒徑20～40mm）和中砂墊層（厚20cm，粒徑0.5～20mm）。壩頂現(xiàn)已澆筑混凝土，下游邊坡為一級(jí)坡：即1:2.25，為草皮護(hù)坡。壩體排水采用棱體與貼坡排水組合型式，清除原壩腳表面覆蓋物，新開(kāi)挖、支砌，除險(xiǎn)加固后堆石排水體頂寬1.2m，頂部高程1792.3m，內(nèi)坡比為1:1.0、外坡比為1:1.5。貼坡排水頂部高程1796.3m，厚度0.3m。

采用帷幕灌漿方式對(duì)壩體及壩基進(jìn)行防滲處理，攔河壩中部壩體、壩基和左、右兩壩肩采用帷幕灌漿防滲。

布置帷幕灌漿孔時(shí)需要保證灌漿孔的分布沿著壩軸線向河流上游逐漸擴(kuò)展。灌漿孔需建設(shè)為單排孔，孔與孔之間的距離應(yīng)為2m。灌漿時(shí)應(yīng)采用水泥粘土漿為主要漿液灌注壩體，在灌注基巖時(shí)則需要使用純水泥漿，遵循由上至下的順序?qū)Φ虊芜M(jìn)行灌漿，帷幕灌漿鉆孔進(jìn)尺1015.7m，帷幕灌漿段長(zhǎng)943.2m。灌漿質(zhì)量檢查采用鉆檢查孔，做壓水試驗(yàn)，并參照最近類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)。

4.2.2 改造溢洪道

本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中采用在大石壩溢洪道的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的工程措施，保證水庫(kù)行洪安全。經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，10 年一遇洪水位為1799.58m，相應(yīng)下泄流量為18.6m3/s。20 年一遇校核洪水位1799.93m，相應(yīng)下泄流量22.6m3/s[2]。

改造溢洪道布置于大壩右岸，為開(kāi)敞式明渠布置，明渠進(jìn)口高程即正常蓄水位1797.00m，明渠為矩形斷面，底寬1.5m，高度3.0m，最大泄量29.38m3/s，溢洪道全長(zhǎng)94m[3]。由于溢洪道直接進(jìn)入下游的小石壩水庫(kù)，不需做消能處理。

4.2.3 封堵輸水涵洞

輸水涵洞為壩下漿砌石拱涵，基主要持力層為第四系殘坡積粉土、含礫粉質(zhì)粘土，其強(qiáng)度較高，但不均勻，易對(duì)建筑物造成不均勻沉陷，承壓穩(wěn)定性差。涵洞經(jīng)多年運(yùn)行，洞身多處開(kāi)裂、浸水，局部呈股狀噴射。涵洞常年滲漏量（總q=0.4L/s），長(zhǎng)期滲流影響大壩安全，本次設(shè)計(jì)將原輸水涵洞封堵。

4.2.4 新建輸水隧洞

在左壩肩靠近山體另?yè)窬€路新建輸水隧洞。輸水隧洞為城門(mén)洞形，采用C20 鋼筋混凝土澆筑，斷面尺寸1.0×1.5，底寬1.0m，邊墻高度為1m，拱的半徑0.5m，筋混凝土厚度為0.3m。在隧洞0+008.5 處建豎井一座，井內(nèi)設(shè)置閘門(mén)2 道（一道工作閘，一道檢修閘），井上設(shè)置起閉機(jī)2 臺(tái)操縱閘門(mén)起閉，井頂設(shè)檢修平臺(tái)和閘室各一間，隧洞出口設(shè)消力池，隧洞襯砌結(jié)束后，采取回填灌漿和固結(jié)灌漿控制滲漏現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

由大石壩水庫(kù)的實(shí)例分析可知，傳統(tǒng)土石壩類(lèi)水庫(kù)工程存在一些病險(xiǎn)與地質(zhì)問(wèn)題，需進(jìn)行地質(zhì)勘察，并以勘察結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)工作，切實(shí)提高水庫(kù)的功能質(zhì)量，為周邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供可靠保障。