淺談小型砌石拱壩安全評(píng)價(jià)工程地質(zhì)勘察

陳勇

摘 要：小型砌石拱壩在二十世紀(jì)五六十年代修建的較多，在除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中，一般是按照中型及大型小型砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行的加固處理，這種方案可操作性一般，所以應(yīng)該按照小型砌石拱壩的自身地質(zhì)條件、損壞特點(diǎn)及運(yùn)行情況來選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案。小型砌石拱壩由于壩頂厚度窄，交通條件不便等諸多不利因素，給地質(zhì)勘察工作帶來很大的挑戰(zhàn)，本文主要通過近幾年水庫除險(xiǎn)加固勘察范例做了分析、體會(huì)，闡述了在水庫大壩除險(xiǎn)加固過程中地質(zhì)勘察一些經(jīng)驗(yàn)，供同行參考。

關(guān)鍵詞：小型砌石壩；除險(xiǎn)加固；地質(zhì)勘察

中圖分類號(hào)：TV641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

福建省寧德市共有?、嫘鸵陨纤畮欤ㄋ?16座，其中中型水庫9座，小㈠型水庫52座，?、嫘退畮?55座。相當(dāng)部分的小型水庫大壩是漿砌石拱壩，且運(yùn)行時(shí)間日久，由于維護(hù)經(jīng)費(fèi)不足、管理不善等原因，許多砌石拱壩存在諸多病險(xiǎn)隱患。2007年以來，隨著國(guó)家對(duì)水利基礎(chǔ)設(shè)施安全的重視，投入大量資金，支持農(nóng)村水利工程進(jìn)行安全鑒定與除險(xiǎn)加固。為徹底消除小型水庫病險(xiǎn)隱患，寧德市啟動(dòng)了全區(qū)農(nóng)村病險(xiǎn)水庫大壩全面安全鑒定與除險(xiǎn)加固工作。

由于眾多小型砌石拱壩都是在二十世紀(jì)八九十年代開工建設(shè)的。受當(dāng)時(shí)施工條件、經(jīng)費(fèi)等諸多原因制約，很多砌石拱壩前期施工都沒有進(jìn)行地質(zhì)勘察工作。水庫蓄水投運(yùn)后，又缺乏維護(hù)資金，加上管理不善，致原設(shè)計(jì)、施工及相關(guān)驗(yàn)收資料大部分缺失，幾乎無法進(jìn)行大壩安全評(píng)價(jià)、鑒定與相應(yīng)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)工作。因此，對(duì)這些砌石拱壩現(xiàn)狀地質(zhì)勘察工作尤為重要。

1.工程概況

已建砌石拱壩大部分年代久遠(yuǎn)。按規(guī)范先進(jìn)行大壩現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)查勘，檢查，調(diào)繪，初步摸清壩址工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，如壩肩穩(wěn)定狀況、大壩滲流狀況等。通過此舉，雖也能發(fā)現(xiàn)大壩外部地質(zhì)環(huán)境一些問題，但壩體內(nèi)部與大壩基礎(chǔ)情況究竟如何、工程質(zhì)量控制主要指標(biāo)，如壩基巖性、開挖是否到位、壩體砌筑材料的組成與膠結(jié)情況、砌筑密實(shí)度、砼等膠結(jié)材料強(qiáng)度變化等則無法獲知，因此，對(duì)砌石拱壩進(jìn)行地質(zhì)鉆探勘察，在某種意義上講，就好比對(duì)人體作CT檢查。通過壩體、基礎(chǔ)地質(zhì)鉆探勘察，才能全面摸清壩體內(nèi)部與壩基情況，為大壩安全評(píng)價(jià)、鑒定與除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。閩東小型漿砌石拱壩多為單曲或雙曲拱壩。很多壩頂寬度都不足2m，有的漿砌石拱壩甚至只有0.8m～1m，鉆探操作與平常的工民建地質(zhì)勘察存在天壤之別。不僅要求鉆探孔位選擇合理，而且在安全操作方面也需高度重視。要根據(jù)壩高、壩型特點(diǎn)，布置搭設(shè)鉆機(jī)操作平臺(tái)、防護(hù)攔桿，施工時(shí)還要嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，才能確保操作人身安全。

2.水庫大壩勘察安全評(píng)價(jià)

2.1 水庫大壩鉆孔布置原則

砌石拱壩地質(zhì)勘察工作原則上應(yīng)在壩頂左、右非溢流段及溢流堰中部布置鉆孔。

通過3個(gè)勘察點(diǎn)鉆探取芯分析，可以較全面了解大壩壩體砌筑用毛塊石質(zhì)地、膠結(jié)料（主要是砼與水泥砂漿）與毛塊石膠結(jié)情況、兩岸壩肩與河床基礎(chǔ)巖性、開挖是否到位等情況。

2.2 勘察工作內(nèi)容

通過壓水試驗(yàn)可以反映大壩砌筑密實(shí)度、基礎(chǔ)巖層（包括壩體與基巖接觸層）透水率與破碎情況。

通過芯樣室內(nèi)試驗(yàn)，可以獲知膠結(jié)材料、毛塊石等抗壓強(qiáng)度、巖體彈模與變模等地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)。

如果大壩中部溢流堰為平頂堰且有設(shè)置交通橋的情況，可以直接在交通橋上鉆孔，但實(shí)際操作過程中許多小型砌石拱壩中部溢流堰都沒有設(shè)置交通橋，而且溢面是自由溢流的，這就給地質(zhì)勘察帶來很大難度。在這種情況下可以在下游河床靠近壩腳位置進(jìn)行鉆孔，有些人認(rèn)為在壩腳鉆孔沒有多大意義，其實(shí)不然。如果河床基巖裸露的情況下，確實(shí)可以通過地質(zhì)調(diào)繪形式對(duì)河床段基巖地質(zhì)描述，但有些大壩壩腳堆填了棄石及經(jīng)年累積的沖洪積卵漂石等，在原資料有關(guān)壩高及壩基情況不明確情況下，大壩河床段地質(zhì)勘察尤其重要。

2.3 工程地質(zhì)勘察

案例一：

寧德市蕉城區(qū)赤溪鄉(xiāng)東坑水庫大壩，位于赤溪支流安樂溪上，距赤溪鎮(zhèn)政府所在地4km。該水庫于1987年12月建成，水庫大壩為單曲砌石拱壩，最大壩高21.8m，壩頂最大弧長(zhǎng)53.0m。溢流堰位于大壩中間，為寬頂堰式，溢流寬度22m，最大泄洪流量58.0m3/s。放水涵洞為直徑0.5m塑料pvc管，最大放水流量為0.3m3/s。壩址以上控制集雨面積3.82km2，總庫容15.2萬m3，灌溉面積1000畝，是一座以灌溉為主的小（二）型水庫。

此壩兩岸壩肩巖石裸露，但河床堆積漂礫?？辈煸谧?、右岸壩肩及溢流堰背水坡坡腳處各布置1個(gè)勘探點(diǎn)，當(dāng)時(shí)在壩腳位置鉆孔，原預(yù)計(jì)3m～5m應(yīng)該就到巖石基礎(chǔ)。然而實(shí)際鉆探鉆了壩腳后填土的深度深達(dá)11m，才見巖石基礎(chǔ)，簡(jiǎn)直是難以想象。鉆探后經(jīng)走訪當(dāng)?shù)卦缙趨⑴c建設(shè)施工人員以及當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)，才知道河床處壩基處，原為深切之“龍?zhí)丁鄙畈郏ǖ刭|(zhì)術(shù)語），由于壩基無法開挖到位，后期采用橋拱基礎(chǔ)處理，在壩后的“龍?zhí)丁鄙畈?，則采用了回填土處理。正因?yàn)橛辛说刭|(zhì)勘察，才查明了壩基情況，對(duì)于后期大壩培厚加固與河床基礎(chǔ)處理等設(shè)計(jì)起了關(guān)鍵性作用。

案例二：

古田縣院坪里水庫主體工程為砌石單曲拱壩，壩頂高程為426.0m，河床處建基面高程為408.25m，最大壩高15.8m，壩頂寬1.2m。

勘察在左、右岸壩肩重力墩及靠近溢流堰（河床）壩頂共布設(shè)勘探點(diǎn)3個(gè)。即壩體右岸重力墩（JK1）、河床段壩體（JK2）、左岸重力墩（JK3）。根據(jù)鉆孔取芯柱狀分析可知，壩芯為混凝土砌毛石，碎、毛石約占70%～90%；混凝土膠結(jié)質(zhì)量較差，砼芯表層松散。鉆進(jìn)出現(xiàn)塌孔、漏水現(xiàn)象，下部砼芯總體質(zhì)量一般，砼芯呈短柱狀、柱狀為主，芯樣一般為5cm～20cm?？傮w呈兩岸重力墩處混凝土質(zhì)量較差，河床壩段質(zhì)量相對(duì)較好，上部砌筑質(zhì)量較差，下部較好的態(tài)勢(shì)；根據(jù)取砼（膠結(jié)料）芯試驗(yàn)其抗壓強(qiáng)度范圍值為8.7MPa～11.8MPa，極限飽和抗壓強(qiáng)度平均值為10.2MPa。為壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析提供了根據(jù)。

鉆探結(jié)果表明，大壩右岸重力墩壩基（JK1）為弱風(fēng)化輝綠巖，河床（JK2）孔段壩基為弱風(fēng)化碎斑熔巖，兩處基礎(chǔ)開挖基本到位；左岸重力墩壩基（JK3）為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化碎斑熔巖，說明左岸壩基未開挖到位。因此壩基處理應(yīng)做為本次除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)，建議對(duì)壩基強(qiáng)風(fēng)化層進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

由于院坪里水庫大壩地質(zhì)情況較為復(fù)雜，如果當(dāng)時(shí)大壩沒有進(jìn)行這么系統(tǒng)的地質(zhì)勘察，很難查清壩體及壩基的情況，因?yàn)橛辛送暾牡刭|(zhì)資料，大壩安全評(píng)價(jià)、鑒定與除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)得心應(yīng)手，為后期除險(xiǎn)加固施工提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，可以進(jìn)一步保證險(xiǎn)加固施工工程的安全性及價(jià)值性。

結(jié)語

福建省寧德市小型水庫砌石拱壩數(shù)量眾多，小型水庫砌石拱壩具有自身的建設(shè)歷史條件，在除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中，只有充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)勘察的重要性，根據(jù)小型水庫砌石拱壩其自身的建設(shè)歷史、運(yùn)行情況及損壞特點(diǎn)，通過地質(zhì)勘察，查明大壩內(nèi)部及壩基情況，才能為拱壩安全評(píng)價(jià)與鑒定、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提出合理建議，最大程度地發(fā)揮工程效益。

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