工程地質(zhì)勘察在中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：南掌水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；病險(xiǎn)勘察 

　　隨著病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作的廣泛和深入，許多地方出現(xiàn)了許多問(wèn)題和教訓(xùn)，如除險(xiǎn)加固針對(duì)性不強(qiáng)，措施不力，究其原因，前期勘察工作不到位是主要因素，投入的勘察工作量有限，有限的工作量又沒(méi)有用到必須用的地方，導(dǎo)致病險(xiǎn)不清，處理措施不當(dāng)。因此，充分總結(jié)各地經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)除險(xiǎn)加固前期勘察，規(guī)范勘察行為和技術(shù)要求，是十分必要的。 

　　1工程概況 

　　南掌水庫(kù)位于元江縣城西南的南掌河谷中，距縣城30km。主要樞紐建筑物有攔河大壩、右岸溢洪道及有壓輸水涵管等。正常蓄水位1346.44m，總庫(kù)容427.47萬(wàn)m3。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高43m，壩頂高程1350.0m，壩頂長(zhǎng)167m，壩腳地面高程為1308.0m，屬小（一）型水庫(kù)。 

　　2存在的病險(xiǎn)問(wèn)題及病險(xiǎn)類(lèi)型 

　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和收集分析大壩運(yùn)行觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)排水倒濾體失效、壩體浸潤(rùn)線和浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)偏高，下游壩坡中下部多處冒水，形成沼澤。庫(kù)水位高程為1345.5m時(shí)，逸出點(diǎn)高程1323.47m，下游壩坡浸潤(rùn)面積達(dá)2025m2，占下游壩坡總面積的22.7%；總滲漏量達(dá)7.11L/s；其中壩坡4.9L/s，倒濾體1.8L/s，溢洪道0.41L/s。 

　　根據(jù)存在的病險(xiǎn)現(xiàn)狀，確定水庫(kù)病險(xiǎn)問(wèn)題為滲漏和滲流穩(wěn)定，工程勘查的重點(diǎn)為壩體和壩基滲漏原因。 

　　3工程地質(zhì)勘探工作的布置 

　　根據(jù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察的原則和方法，結(jié)合水庫(kù)存在的病險(xiǎn)現(xiàn)狀，收集分析區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，對(duì)庫(kù)區(qū)做了地表地質(zhì)測(cè)繪，對(duì)壩址區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)勘探。沿壩體軸線布置了2個(gè)，下游壩坡布置4個(gè)地質(zhì)鉆探孔，組成壩體的2條勘探剖面，以查明壩體填筑材料的性狀和填筑質(zhì)量；沿軸線左右壩肩布置了3個(gè)地質(zhì)鉆探孔，以查明繞壩滲漏情況。下游壩坡還布置了5個(gè)坑探，以彌補(bǔ)地質(zhì)鉆探孔對(duì)整個(gè)壩體控制之不足。每個(gè)地質(zhì)鉆探孔及坑探均做現(xiàn)場(chǎng)壓注水試驗(yàn)，并取土樣做室內(nèi)土工試驗(yàn)。 

　　4工程地質(zhì)勘察成果分析 

　　4.1基本地質(zhì)條件分析 

　　工程區(qū)位于云嶺地槽發(fā)展后期造山帶、紅河斷裂帶與九甲斷裂帶夾持的哀牢山褶皺帶上，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。NW-SE向斷層、褶皺發(fā)育，對(duì)庫(kù)區(qū)影響較大的區(qū)域性斷層有兩條：上龍?zhí)?半坤平移斷層，延伸長(zhǎng)>20km，從水庫(kù)北東1.15km處穿過(guò)；朱到-小寨逆沖斷層，延伸長(zhǎng)>20km，從水庫(kù)南西1.75km處穿過(guò)。上述兩條區(qū)域性斷裂之間，發(fā)育一背斜和一向斜，軸向NWW-SEE，向NWW傾伏。工程區(qū)地震峰值加速度為0.15g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.45，地震基本烈度為Ⅶ。 

　　庫(kù)區(qū)位于哀牢山脈中段的高中山峽谷地貌區(qū)，屬侵蝕、剝蝕地貌類(lèi)型。岸坡地形相對(duì)完整，地形坡度一般為20°～35°。兩岸均有小規(guī)模沖溝發(fā)育分布。水庫(kù)三面環(huán)山，出口狹窄，所在河谷兩側(cè)鄰谷河底均高于水庫(kù)正常蓄水位，岸坡泉水出露點(diǎn)較高，有遠(yuǎn)高于水庫(kù)正常蓄水位的地表分水嶺及地下分水嶺。庫(kù)區(qū)不存在與鄰谷相溝通的斷裂、皺褶軸等透水構(gòu)造。水庫(kù)不存在向鄰谷滲漏的條件。 

　　樞紐區(qū)為一背斜構(gòu)造，背斜軸向與河床一致，南翼（右壩肩）巖層產(chǎn)狀310°～330°∠44°～56°，北翼（左壩肩）巖層產(chǎn)狀為32°～60°∠54～86°，背斜樞紐向NWW向傾伏。 

　　4.2壩體填筑材料的性狀和填筑質(zhì)量 

　　筑壩土料采用左右壩肩的變質(zhì)砂巖、絹云板巖、砂質(zhì)板巖等全～強(qiáng)風(fēng)化料，從鉆孔、坑探取樣顆分成果表明，大壩土料以含碎石粉質(zhì)粘土為主，局部夾薄層狀、透鏡狀含粘性土礫砂、角礫，但分布范圍小，確定大壩為均質(zhì)土壩。 

　　根據(jù)壩體的土料分布情況，把壩體分為含碎石粉質(zhì)粘土層（I）、含細(xì)粒土礫砂層（II）、含細(xì)粒土角礫（III），各分區(qū)物理力學(xué)指標(biāo)如下： 

　　含碎石粉質(zhì)粘土層（I）：組成壩體的主要土層，分布于整個(gè)壩體，其顆粒組成礫石（60mm～2mm）含量30.2%，砂（2mm～0.075mm）含量19.0%，粉粒（0.075mm～0.005mm）含量34.6%，粘粒（<0.005mm=含量16.2%。現(xiàn)場(chǎng)干容重17.0KN/m3、16.0KN/m3，原狀樣室內(nèi)干容重15.9KN/m3，天然容重19.5KN/m3，天然含水率22.8%，飽和容重19.9KN/m3，孔隙比0.678，塑性指數(shù)12.5。壓縮系數(shù)當(dāng)法向壓力為100KPa～200KPa時(shí)為0.21 MPa-1，當(dāng)法向壓力為200KPa～300KPa時(shí)為0.19 MPa-1。鉆孔注水試驗(yàn)K值大值均值為9.76×10-3cm/s，小值均值為1.38×10-4cm/s，平均值為3.50×10-4cm/s。該層土干容重偏低，滲透系數(shù)偏大。 

　　含細(xì)粒土礫砂層（Ⅱ）：分布于壩體中部zk2附近，分布高程1346.8m，厚0～1.29m，沿壩軸線長(zhǎng)46.9m，順河長(zhǎng)15.2m。顆粒組成礫石含量23.7%，砂含量18.4%，粉粒含量39.1%，粘粒含量18.8%�，F(xiàn)場(chǎng)干容重17.3KN/m3，原狀土樣天然容重20.4KN/m3，天然含水率17.7%，飽和容重20.6KN/m3，孔隙比0.514，塑性指數(shù)10.6。淺井滲透試驗(yàn)K值大值均值為1.96×10-3cm/s，小值均值為3.48×10-4cm/s，平均值為1.15×10-3cm/s。該層土干容重偏低，壓實(shí)不足，滲透系數(shù)偏大。該層分布位置高于正常蓄水位，對(duì)大壩滲漏、穩(wěn)定無(wú)影響。 　　含細(xì)粒土角礫（Ⅲ）：分布于壩體中部zk2附近，分布高程1336.98m，厚0～4.1m，沿壩軸線長(zhǎng)42.6m，順河長(zhǎng)34.6m。顆粒組成礫石含量18.1%，砂含量16.2%，粉粒含量41.4%，粘粒含量24.3%。原狀土樣天然容重19.8KN/m3，天然含水率21.5%，飽和容重20.0KN/m3，孔隙比0.612，塑性指數(shù)13.2。淺井滲透試驗(yàn)K值大值均值為2.98×10-3cm/s，小值均值為5.8×10-4cm/s，平均值為1.4×10-3cm/s。該層土滲透系數(shù)明顯偏大，干容重偏低，壓實(shí)度不足。 

　　大壩壩體以含碎石粉質(zhì)粘土為主，大壩土料的平均干容重為16.7KN/m3，擾動(dòng)樣擊實(shí)試驗(yàn)成果，擊實(shí)后最大干容重平均值為19.2KN/m3，壓實(shí)度為0.87，小于規(guī)范0.96的要求，壩體碾壓質(zhì)量差。依據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)成果，壩體滲透系數(shù)K值最大值為1.8×10-3cm/s，2.3×10-4cm/s≤K<5.8×10-3cm/s的中等透水層占13.7%，2.3×10-5cm/s≤K<2.3×10-4cm/s的弱透水層占62.9%，K<2.3×10-5cm/s的微透水層占23.4%，滲透系數(shù)K值均大于1.0×10-4cm/s，滲透系數(shù)偏大；據(jù)淺井揭露，壩土分層填筑結(jié)合部粗顆粒有離散現(xiàn)象，為潛在的滲漏通道。 

　　4.3壩基滲漏及繞壩滲漏分析 

　　壩基及壩肩分布巖體為強(qiáng)～弱風(fēng)化薄層狀變質(zhì)砂巖、絹云板巖、砂質(zhì)板巖等，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，屬層狀碎裂結(jié)構(gòu)，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化帶厚4.5m，弱風(fēng)化帶厚大于16m。根據(jù)各鉆孔基巖壓水試驗(yàn)成果，壩基河床段透水率q>10 Lu的深度為10.0m～20.0m，平均透水率為13.3Lu；右壩肩透水率q>10 Lu的深度為27.0m～33.0m，平均透水率為80.3Lu；左壩肩透水率q>10 Lu的深度為13.7m～20.0m，平均透水率為20.6Lu。說(shuō)明地基的透水性較大，溢洪道砼底板和有岸坡下游側(cè)常年見(jiàn)地下水滲流。存在壩基和繞壩滲漏，特別是高水位時(shí)右壩肩滲漏比較嚴(yán)重。 

　　5水庫(kù)病險(xiǎn)成因分析 

　　大壩產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏的主要原因有如下幾個(gè)方面：①該壩建于5、60年代，當(dāng)時(shí)施工機(jī)械落后，主要靠人推石碾，壩體材料級(jí)配離差較大，土料不均勻；壓實(shí)度普遍不足，施工質(zhì)量差，滲透系數(shù)偏大，壩體分層填筑結(jié)合部位處理不好，粗細(xì)顆粒有離散現(xiàn)象也是造成滲漏嚴(yán)重的原因之一。②壩體施工時(shí)清基較淺，壩基局部為沖積層和坡積層，大部為全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化破碎層，且原壩前防滲截水槽沒(méi)有施工到相對(duì)隔水層，導(dǎo)致壩基及兩岸壩肩滲漏過(guò)大。③下游褥墊加棱體排水的失效，導(dǎo)致壩體滲水不能順暢排出，浸潤(rùn)線較高，壩坡浸濕面積較大，造成散浸滲漏險(xiǎn)情。 

　　6工程地質(zhì)建議 

　　綜上所述，壩體和壩基必須進(jìn)行防滲處理，以達(dá)到防止出現(xiàn)嚴(yán)重滲透破壞，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定，恢復(fù)水庫(kù)正常運(yùn)行的目的。防滲處理的原則是“上截下排”。 

　　“上截”采用綜合方法：壩體采用混凝土防滲薄心墻、壩基及兩岸壩肩采用帷幕灌漿的方案。壩基灌漿應(yīng)深入相對(duì)隔水層3-5米。根據(jù)規(guī)范相對(duì)隔水層標(biāo)準(zhǔn)取為q≤10 Lu。由于水庫(kù)正常高水位與相對(duì)不透水層范圍線在兩岸的相交處離壩肩太遠(yuǎn)，兩岸的帷幕長(zhǎng)度可按延伸至正常高水位線與蓄水前兩岸的地下水位線相交處考慮，并深入3-5米。 

　　“下排”措施考慮拆除舊排水體后，新建棱體排水。棱體排水的開(kāi)挖深度為壩基面以下3-5米，至弱風(fēng)化層。 

　　7結(jié)語(yǔ) 

　　通過(guò)本次除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察基本查明了南掌水庫(kù)存在的主要病險(xiǎn)類(lèi)型及其原因，提出了工程地質(zhì)建議，為有效根除病害提供了地質(zhì)基礎(chǔ)資料和依據(jù)。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，中華人民共和國(guó)建設(shè)部《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，北京，中國(guó)計(jì)劃出版社，2005 

　　[2]中華人民共和國(guó)水利部《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，中國(guó)水利水電出版社，2002 

　　[3]韋港，除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘察的一般性原則，中國(guó)水利學(xué)會(huì)勘測(cè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2002年學(xué)術(shù)研討會(huì)《論文集》，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院