水庫除險加固工程中的綜合地質(zhì)勘察方法研究

谷躍輝

摘 要：本文從工程勘察工作的意義和主要工作內(nèi)容出發(fā)，結(jié)合工程實例，采取多種手段開展勘察工作，全面客觀地分析水庫中實際的病害險情，為后期的設(shè)計和施工提供詳實的地質(zhì)資料，從而達到除險加固的目的，供同類工程參考。

關(guān)鍵詞：除險加固;地質(zhì)勘察;水庫

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0079-03

Research on the Comprehensive Geological Survey Method

in the Reinforcement Project of Small Reservoir

GU Yuehui

（Dongguan Water Conservancy Survey and Design Institute Co.， Ltd.，Dongguan Gungdong 523115）

Abstract： This paper embarked from the project reconnaissance work significance and the prime task content， the union project example adopted many kinds of method development reconnaissance work， objectively investigated thoroughly in comprehensively the reservoir the actual plant disease dangerous situation， provided the detailed geological data for the later period design and the construction， thus achieved eliminates the dangerous reinforcement the goal， for similar project reference.

Keywords： eliminates the dangerous reinforcement;geological survey;reservoi

水庫除險加固工程地質(zhì)勘察的目的是查明水庫存在的病害及成因，只有找出病因才能對癥下藥，達到除險加固的目的。水庫中常見的病害類型包括：滲透破壞（管涌、接觸沖刷、流土）、失穩(wěn)、裂縫、不均勻沉降、涵管損壞（或者功能性缺失）、溢洪道功能缺陷、砂土液化、壩體（基）滲漏和蟻害等。我國地域面積廣袤，水庫分布廣泛，數(shù)量眾多，因地質(zhì)條件、氣候條件、建設(shè)時代背景及施工技術(shù)水平等因素的影響，水庫的病害類型多種多樣，但往往都是多種因素共存，多種病害同時發(fā)生。

1 工程地質(zhì)勘察的必要性

現(xiàn)在進行安全鑒定的水庫多建于20世紀50至80年代，水庫的基本資料大多不齊全。此外，水庫經(jīng)過多年運行，各巖土（層）體的物理力學(xué)性能、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等也有所改變，加之部分水庫在后期進行了加高培厚處理等，工程留下的資料已不能滿足當前對大壩安全評價和穩(wěn)定驗算等方面的要求，需要進行必要的補充地質(zhì)勘察工作。

2 工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容和方法

2.1 地質(zhì)勘察階段劃分

水庫除險加固工程勘察可分為病險水庫安全鑒定勘察和病險水庫除險加固設(shè)計勘察兩個階段。就東莞市而言，一般是把這兩個勘察階段合并在一起進行，對于個別未完全查明病險情況的水庫，可在病險水庫除險加固設(shè)計階段適當進行補充勘察。

2.2 地質(zhì)勘察的基本原則

除險加固的地質(zhì)勘察工作不同于新建水庫工程，應(yīng)先收集工程運行管理、設(shè)計等相關(guān)資料，對現(xiàn)場進行調(diào)查和分析，然后在此基礎(chǔ)上針對水庫出現(xiàn)的險工、險情部位采取有效的技術(shù)手段，不要求做到面面俱到，但要做到有的放矢。

2.3 地質(zhì)勘察的主要對象和方法

勘察的主要對象包括水庫樞紐區(qū)水工構(gòu)筑物的地基基礎(chǔ)、大壩上下游的近岸岸坡、壩體和壩基、輸水涵管、溢洪道及附屬設(shè)施（閘門）等。

小型土石壩水庫除險加固工程一般采用資料收集、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與測繪、涵管CCYV視頻檢測、溢洪道墻體（閘門）混凝凝土結(jié)構(gòu)的回彈碳化試驗、地質(zhì)鉆探、現(xiàn)場水文地質(zhì)試驗及原位測試試驗、室內(nèi)試驗等技術(shù)手段。

勘察鉆孔布置應(yīng)結(jié)合水庫大壩查明的病險部位針對性地進行鉆探施工。勘察點位及數(shù)量以控制水庫病害主要部位和主要建筑為基礎(chǔ)，一般根據(jù)水庫病害位置及壩體長度布置1～3條橫（縱）斷面，鉆孔數(shù)量多在5～9個，壩軸線或防滲帷幕線上鉆孔深度應(yīng)進入相對隔水層，其他剖面上的鉆孔應(yīng)進入壩基以下5～10m。

現(xiàn)場壩軸線鉆孔一般進行現(xiàn)場注水試驗、原位測試，取樣有效組數(shù)每一地層不少于6個，重點查明壩基與壩體接觸部位巖土層性質(zhì)及壩基軟土、強透水層的性質(zhì)及分布。

3 地質(zhì)勘察的特點和難點

3.1 地質(zhì)勘察的特點

3.1.1 病害成因多樣。水庫病害成因復(fù)雜多樣，且具有一定的隱蔽性，涉及的地質(zhì)問題主要包括壩體（基）滲漏、壩體變形、繞壩滲漏、壩體穩(wěn)定和地震液化等。部分水庫在建庫后期開展了防滲加固、加高培厚等工作，經(jīng)過一段時間的運行后，大壩的受力條件等有所變化，需要對其進行穩(wěn)定復(fù)核。

3.1.2 試驗項目多，工作難度大。為了查明存在的病害，需要進行必要的取樣和內(nèi)外業(yè)試驗工作，單單是對大壩壩體填筑質(zhì)量和安全穩(wěn)定分析，就需要進行十余項的室內(nèi)外試驗。由于鉆孔數(shù)量較少，但取樣數(shù)量又偏多，壩體填筑成分相對復(fù)雜，因此，現(xiàn)場采取原狀土樣難度較大，現(xiàn)場注水試驗時易出現(xiàn)塌孔等情況。

3.1.3 試驗參數(shù)選取復(fù)雜。巖土物理力學(xué)參數(shù)的選取直接影響水庫穩(wěn)定驗算、方案設(shè)計及工程投資等。由于單個地層室內(nèi)試驗組數(shù)一般偏少，地層試驗指標相對離散，加之樣品取樣、運輸過程及試驗過程中客觀因素產(chǎn)生的外界干擾，試驗指標與實際情況會產(chǎn)生一定的偏差。因此，各項指標建議值的選取尤為關(guān)鍵，需要綜合各種因素提出合理的參數(shù)指標。

3.2 地質(zhì)勘察的難點

地質(zhì)勘察工作的關(guān)鍵是根據(jù)病害現(xiàn)象采取針對性的技術(shù)手段，查明病害分布、類型，查明病因，為下一步除險加固方案設(shè)計提供詳實的資料。但是，地質(zhì)勘察常常受經(jīng)費和勘察周期的限制，現(xiàn)場施工勘察期間很難投入大量工作，又要查明壩體填土及各分區(qū)土體的物理力學(xué)性質(zhì)和填筑土的性狀，查明病害險情的具體情況，因此，必須在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進行初步判斷和定性分析，有針對性地開展工作，從而達到事半功倍的目的。

4 實例分析

蝴蝶地水庫位于黃江鎮(zhèn)西南部的丘陵區(qū)，始建于1959年11月，1960年2月竣工，2002年5月實施安全達標工程。水庫主要包括主副壩、溢洪道和輸水涵管三部分，是一座以防洪、供水為主要功能的水庫。蝴蝶地水庫總庫容190.89萬m3，屬小型水庫。水庫有主、副壩各一座，均為均質(zhì)土壩，主壩最大壩高7.80m，長70m，副壩最大壩高6.50m，長454m。

現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與測繪發(fā)現(xiàn)，主壩下游存在輕微的滲漏，汛期水庫在高水位運行時存在滲漏現(xiàn)象，大壩溢洪道、防浪墻及主、副壩壩體表觀質(zhì)量較好，無起皮現(xiàn)象，無明顯滑動及大面積開裂現(xiàn)象，但局部存在老化現(xiàn)象，多處見細小裂紋。

本次勘察主要采取的勘察手段和方式包括：對主、副壩壩體上下游段及溢洪道進行地質(zhì)鉆探，對壩體及溢洪道表層的混凝土進行現(xiàn)場回彈試驗，對主、副壩壩體壩頂?shù)你@孔進行現(xiàn)場注水試驗、取樣及現(xiàn)場標準貫入試驗，對主、副壩壩體填土采取土料進行室內(nèi)的擊實試驗，并采取場區(qū)水樣等（具體工作詳見表1）。

本次勘察成果顯示，主壩壩體填筑土層主要為粉砂巖風(fēng)化殘積土，現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)平均值[k]=4.87×10-4cm/s，室內(nèi)滲透試驗滲透系數(shù)平均值[k]=1.07×10-5cm/s。主壩填土層的滲透性能介于中等～弱透水性，壩體壓實度為0.86。壩基以全～強風(fēng)化粉砂巖為基礎(chǔ)持力層，多以弱透水性為主。主壩反濾體有銹水析出，主壩填筑土層填筑質(zhì)量達不到規(guī)范要求且填筑土層滲漏系數(shù)偏大，存在一定的滲漏問題。

副壩壩體填筑土層主要為粉砂巖風(fēng)化殘積土，現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)平均值[k]=4.68×10-4cm/s，室內(nèi)滲透試驗滲透系數(shù)平均值[k]=3.61×10-5cm/s，滲透性能介于中等～弱透水性。副壩壩體壓實度為0.86。副壩壩頂混凝土路面在壩中段壩頂路面存在一條長約25m，寬約1cm的縱縫。副壩反濾體左壩頭位置有少量清水析出，左壩頭填筑土層存在輕微滲漏問題。

副壩壩基分布有粉砂、淤泥、角礫及中粗砂地層?，F(xiàn)場注水試驗成果顯示，副壩壩基巖土層的滲透性能以中等～弱透水性為主。壩基進行過帷幕灌漿，現(xiàn)場踏勘未發(fā)現(xiàn)副壩下游有大規(guī)模的漏水、滲水現(xiàn)象。

副壩左、右壩肩巖土層主要為強風(fēng)化粉砂巖。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗可知，強風(fēng)化粉砂巖的滲透性能多呈弱透水性，下游未發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象，壩肩無繞壩滲流的可能性。

涵管CCTV檢測結(jié)果顯示，涵管存在1處管道沉積（2級（中等）功能性缺陷）及1處塌陷（4級（重大）結(jié)構(gòu)性缺陷）。

根據(jù)勘察成果分析，主壩壩體上游迎水坡混凝土質(zhì)量較好，防滲能力好，無明顯滑動及大面積開裂現(xiàn)象，局部存在破損和老化現(xiàn)象。下游背水坡為土坡，局部有毀損。主、副壩填筑土層主壩填土層的滲透性能介于中等～弱透水性，存在一定的滲漏問題，主要分布于壩體、壩基及壩體與壩基的結(jié)合部位;副壩反濾體左壩頭位置有少量清水析出，壩體填筑土層存在輕微的滲漏問題，主要分布于壩體與壩基的結(jié)合部位。

建議對主、副壩壩體（基）的滲流穩(wěn)定進行復(fù)核，如需要進行防滲加固處理，防滲深度應(yīng)深入壩基中風(fēng)化砂巖以下3m（[q]<10Lu），對涵管進行修復(fù)并清除沉積物。本項目在2018年進行了除險加固施工工作，至今未發(fā)現(xiàn)滲漏等問題，水庫運行正常。

5 結(jié)語

除險加固工程地質(zhì)勘察工作涉及的內(nèi)容比較多，但往往受資金投入等限制，現(xiàn)場工作量相對不大，無法完全反映水庫的病害險情的真實情況。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們要不斷完善和優(yōu)化地質(zhì)勘察技術(shù)，提升勘察質(zhì)量，更加真實、科學(xué)地查明病因，反映工程地質(zhì)條件，合理設(shè)計除險加固方案，從而真正達到除險加固的目的。

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