病險水庫地質勘察存在的若干問題分析

劉勇

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

1 水庫病害成因分析

水庫病害主要受運行條件、氣候、地理、地質條件以及建設時期的特定環境影響，各水庫工程就存在各種各樣的病害，使得水庫達不到設計蓄水量，甚至許多水庫空庫運行，有效灌溉面積減少。不僅如此，由于水庫存在不安全隱患，對下游人民生命財產安全也帶來嚴重威脅。如何興利除弊，首先就必須及時準確地分析水庫病害成因，為水庫除險加固工程的必要性和設計提供可靠依據。在對全區病險水庫實地踏勘和室內分析整理，病險水庫病害成因主要是以下幾種。

1.1 庫岸不穩定

一部分病險水庫的水下岸坡存在不穩定體，在水庫蓄水前期則已產生一定的位移或滑塌，在建水庫時未進行處理。水庫蓄水后，由于地下水環境的改變而加劇其不穩定性，尤其是近壩不穩定體，對水庫的安全影響最大。庫岸滑坡主要受岸坡第四系松散堆積物厚度、巖體風化程度、巖體軟弱結構面的優勢面、岸坡坡度和地下水環境改變的控制和影響。不穩定體滑動面一般是第四系松散堆積物與基巖接觸帶，或巖體軟弱結構面的優勢面，或全、強風化巖體中的應力集中接帶。山高坡陡，基巖裂隙水位較高，地下水多從谷坡裂隙滲出，并經松散堆積物與基巖接觸帶排泄于谷底，同時軟化和潤滑接觸口，這些因素導致接觸口抗剪強度降低，從而引起坡積層沿基巖面的滑動。

1.2 土石壩沉降

在小（二）型水庫中，壩體均為土石壩，但這些土石壩壩基不同程度的保留了第四系松散堆積物，堆積厚度一般是2～4m，軟弱層極少見，這些堆積物的天然密度多大于壩體填筑密度，同時在壩體荷載作用下進一步壓密，壩基的壓縮變形是極有限的。所以土石壩的沉降問題主要來自于土石壩壩體本身因填筑物的不密實而產生的自重固結變形。在修建這些水庫時，是解放初期，多為投工投勞和人工操作，機械化程度低，壩體填筑密實度達不到要求，一是碾壓不夠，鉆孔巖心結構松散，標準貫入試驗擊數偏低，鉆孔注水試驗滲水量大（許多水庫均未進行）；二是填筑土含水量太高，采用在壩基水下拋土截流，并讓未經合適處理的截流戧體成為土壩的一部分，在水庫運行期間，高含水量的原戧體發生沉降變形;三是分段填筑的施工縫處理不當，當時人工挑土上壩，二三個壩段同時填筑，因壩段間施工縫自壩底至壩頂均未作碾壓處理或處理不當，使壩體產生沉降變形，過量的變形導致壩體裂縫或壩高不足。

1.3 土石壩裂縫

常見的土石壩裂縫是平行壩軸線方向的縱縫和垂直壩軸線方向的橫縫。土石壩背水坡的縱縫多由壩坡偏陡、上下游差異沉降、壩體土粘粒含量太高產生干縮和壩體向下游的滲透動水壓力作用所引起的。但多數土石壩背水坡較為平整，且布有貼坡或棱體反濾排水，因此土石壩背水坡的縱縫一般不多見。土石壩迎水坡或壩頂的縱縫多由壩坡偏陡、壩體向上游的滲透動水壓力作用和壩體土粘粒含量太高產生干縮所引起的。由于水庫的不斷蓄水和放水，使土石壩迎水坡的壩體土頻繁出現飽水和失水過程，尤其是在庫水位發生驟降情況下，這種縱縫更容易產生，嚴重時還會產生壩體滑坡。土石壩的橫向裂縫除了壩體土粘粒含量太高產生干縮外，另外的原因就是壩體在分段填筑時施工縫處理不當，壩體產生差異滑動與沉降所造成的。象小底西水庫病險原因就是這樣產生的，現也進行了除險加固。

1.4 土石壩滲透穩定

土石壩的滲漏源于防滲體的空隙過大或穿壩涵洞及其他構筑物差異變形產生的滲漏縫隙。當滲透流速大于砂、土的涌動流速(砂、土被水流帶走的臨界滲流速度)時，土石壩則產生滲透破壞，還有因生物作用而產生滲透破壞的。水庫在2008年產生大壩滲漏，壩體全面透水，出現險情。

1.5 壩基抗滑穩定

除了上述情況外，有些水庫大壩是壩底寬度較小的剛性壩，由于接觸面抗剪強度不足、基巖優勢面抗剪強度不足、壩基揚壓力太大等原因使大壩發生險情。

1.6 壩基滲透穩定

已建大壩的壩基出現的滲透穩定問題，分析其原因主要是由于松散巖土孔隙、斷層軟弱破碎帶、軟弱破碎夾層和巖溶洞穴存在所引起的。庫水通過這些薄弱帶侵蝕壩基，促使壩基發生滲透破壞，這種情況多發生在貫通土石壩基的砂礫石層中。

1.7 繞壩滲透穩定

水庫成為病險庫的情況中，繞壩滲透破壞也是一個常見的問題，其主要表現在兩個方面:一是近壩肩斷層破碎帶管涌影響壩肩穩定；二是繞壩滲漏引起壩肩下游深風化巖坡或土坡的滑坡，進而影響壩肩穩定。

2 病險水庫地質勘察

水庫除險加固工程的實施能否起到興利除害的目的，使水庫能充分發揮其作用，前期地質勘察工作有著至關重要的作用。由于病險水庫為已建工程，所以其地質勘察與新建工程的工程地質勘察有比較明顯的區別。首先是壩基地質情況呈隱蔽性，資料記錄不完全，水庫蓄水后地質情況發生改變；其次是對一些構筑物的質量和位置需要進行勘探和測試，所以稱之為病險水庫地質勘察，而不單純是病險水庫的工程地質勘察；三是地質勘察工作集中在安全鑒定勘察和除險加固初步設計勘察階段，安全鑒定勘察時，無可參照的規程或規范，需根據現場勘察情況及經驗得出結論和建議。就病險水庫安全鑒定勘察的精度問題，現行可以參照《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL 55-2005)所規定的“初步設計階段工程地質勘察”和“技施設計階段工程地質勘察之專門性工程地質問題勘察”精度實行。結合病險水庫的前期建設資料和后期成為病險庫時勘察的地形地質條件，工程地質勘察一般采用施工、運行調查與地質勘探、地質測試相結合的方法，才能使地勘工作有的放矢，同時查明其他存在的病害隱患，確保地質勘察成果的全面性和可靠性。病險水庫地質勘察的原則是以病險工段作為重點勘察，必要時做專門勘察，一般工段做常規勘察。

2.1 施工和運行調查

由于我區水庫建設時期，受當時財力、技術水平、施工設備、施工經驗等條件限制，給工程留下安全隱患。如建筑物結構不合理，清基不徹底，工段結合部存在缺陷，建筑材料不合格，明渠導流設施處理不當等原因；且在工程運行期間，由于受自然災害、動植物、風化營力、環境水腐蝕、超荷運行、滲流及人為破壞等情況又給水庫帶來很大影響，造成水庫出現安全隱患。有些病險段雖經過緊急處理，但因處理未完全，病險隱患也依然存在。這些情況都要通過施工和運行調查，為地質勘察和病險工段成因分析及水庫病險程度評價提供基本資料（調查資料要形成文件，要由水庫管理單位或其上級水行政主管部門出具調查資料文本），作為病險水庫地質勘察和水庫病險地質評價的依據。

2.2 庫區地質勘察

病險水庫地質勘察的主要內容是庫岸穩定、水庫滲漏和水庫淤積問題。其中水庫滲漏和水庫淤積問題的地質勘察，視病險的實際情況進行。而庫岸穩定的地質勘察，不管病險是否存在，均要進行，尤其是要對近壩庫岸的潛在危險進行研究。勘察方法一般采用地質測繪和槽坑探的地表研究以及必要的工程鉆探或硐探的深層研究。

2.3 壩區地質勘察

壩區地質勘察分壩體勘察和壩區工程地質勘察

2.3.1 壩體勘察。勘察的主要內容是了解壩體的填(澆)筑質量，裂縫位置、寬度、性狀，滲漏通道、范圍、性質，浸潤面分布狀況，滑坡體范圍、滑移面寬度、性狀，施工缺陷，結構體材料的性質及其他病險特征和相關問題。勘察方法一般采用鉆探、坑探、井探和物探等地質勘探手段，標準貫入試驗、動力觸探試驗、結構體的巖土試驗和壓(注、滲)水試驗、連通試驗、示蹤試驗、波速測試、堤壩病險探測、孔內電視等觀測手段對壩體病害進行綜合勘察。對于不同水庫的病險工段的勘察，宜針對病險情況，選擇合適的勘察手段和測試方法，勘探點的間距視需要而定；對于一般工段的常規勘察，宜結合壩基工程地質勘察范圍布置勘探點，勘探點的間距參照《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL 55-2005)所規定的“初步設計階段工程地質勘察”的要求布置。

2.3.2 壩基工程地質勘察。工程地質勘察內容是在分析前期相關工程地質勘察成果的基礎上，通過地質踏勘，了解工程區地形條件，調查施工和運行期間的壩基險情及隱患，查明壩基清基情況和壩基工程地質條件，分析壩基工程地質問題，評價壩基工程地質問題對壩基穩定的影響程度。勘察方法一般采用地質測繪、鉆探、槽探、坑探、井探和物探等地質勘探手段，以及標準貫入試驗、動力觸探試驗、巖土試驗、壓(注)水試驗、壩基承壓水頭(揚壓力)觀測、連通試驗、示蹤試驗、聲波測井、孔內電視等觀測手段對壩基進行工程地質勘察。重點勘察壩基前期及調查了解的險情及隱患。對其他壩基的勘察手段和測試方法以及勘察范圍和勘探點間距可參照《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487-2008)和《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL 55-2005)所規定的初步設計階段工程地質勘察的要求。

2.4 涵洞工程地質勘察

2.4.1 規模較小的水庫為穿壩輸水涵地質勘察。混凝土壩中的穿壩輸水涵病害勘察內容主要是了解涵管裂縫。通過管內檢查、工程鉆探、壓(注)水試驗和聲波測井、孔內電視等，查明裂縫寬度與分布狀況；土壩中的穿壩輸水涵病害勘察內容主要是了解涵管裂縫、位移以及管周壩體土的性狀與浸潤線高程。一般通過管內檢查、工程鉆探手段，以及標準貫入試驗、土工試驗和注水試驗等測試方法，查明涵管位移和裂縫狀況，評價管周壩體土的滲透穩定性和抗沖穩定性。

2.4.2 規模較大的水庫即是對輸水隧洞工程地質勘察。勘察內容主要是了解洞襯砌體或圍巖的裂縫、斷裂或其他變形及滲透破壞情況，通過洞內外觀檢查、工程鉆探、巖土試驗、壓(注)水試驗和聲波測井、孔內電視等，重點勘查隧洞病險洞段，評價洞室圍巖的穩定性。

2.5 溢洪道工程地質勘察

工程地質勘察內容是在分析前期相關工程地質勘察成果的基礎上，通過施工和運行調查，了解病險工段，查明閘室或堰基清基情況，查明閘室或堰基及其他工段的工程地質條件，分析溢洪道地基工程地質問題，評價溢洪道地基工程地質問題對溢洪道穩定的影響程度。勘察方法一般采用地質測繪、鉆探、槽探等地質勘探手段，標準貫入試驗、動力觸探試驗、巖土試驗、壓(注)水試驗、閘室或堰基承壓水頭(揚壓力)觀測、聲波測井、孔內電視等觀測手段對溢洪道地基進行工程地質勘察，重點勘察溢洪道地基的病險工段。

2.6 其他建筑物地基工程地質勘察

工程地質勘察內容和方法視病險工段情況而定，如無險情，一般可不進行工程地質勘察。對需改建或重建的建筑物地基則按相關規程規范要求進行相應設計階段的工程地質勘察。

3 結語

因為水庫所處的氣候、地理、地質條件以及已建工程的建設時期條件影響等特征，各地形成的水庫病害各式各樣。所以對這些病險水庫進行細致周到的工程地質勘察，得出工程結構的特點和險情，結合搜集到的原有地質資料，選擇適合的地質勘察手段和方法，才能提出合理的建議和評價，正確分析水庫病害成因，為確定水庫病害程度和病險水庫除險加固設計提供依據，有效針對這些不同的病害成因，采取行之有效的治理方案，徹底消除隱患，恢復水庫的功能。

[1]《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487-2008).中國計劃出版社

[2]《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL 55-2005).中國水利水電出版社