淺談紅層地區小型水庫的常見地質病害

龔德洪

(自貢水利電力建筑勘測設計院，四川 自貢 643000)

淺談紅層地區小型水庫的常見地質病害

龔德洪

(自貢水利電力建筑勘測設計院，四川 自貢 643000)

根據對自貢地區300余座小一型及小二型水庫病害的分析、統計，列出紅層地區小型水庫的普遍性地質病害，為川南、川北以及川東地區的水庫病害整治提供一點借鑒作用。

小型水庫；地質病害；地形條件；建壩材料

自貢地區屬于典型的紅層分布區，小型水庫分布的區域廣，壩型多樣。這些水庫主要是為農業生產提供灌溉水源，也為人民生活用水和工業用水提供水源，同時為防御洪水災害也發揮著重要作用。然而，由于各種原因，許多水庫都不同程度存在一些病險問題，特別是20世紀六七十年代由民工投勞建成的水庫問題較大較多，一直成為水利行業的工作重點之一。這類水庫中，有的是防洪標準偏低，達不到有關規范、規定要求，有的是工程本身質量差，有的則是工程老化失修等問題。這些病險水庫，不僅造成水庫不能正常運行、不能充分發揮其效益，而且還嚴重威脅到下游人民生命財產的安全。

1 建壩材料的特點

受紅層地區天然建材的料源局限，自貢地區小型水庫壩型最常見類型為兩種：均質土壩和條石拱壩。根據對壩體材料的成分分析，現將兩類壩型之典型病害分列如下：

1.1 均質土壩

在自貢地區，均質土壩填筑材料一般系就近開采，其料源主要為侏羅系紅層之強風化、弱風化砂泥巖類混表面殘坡積土，經過填筑碾壓而成。填筑碾壓試驗是壩體大量填筑前的一道至關重要的工作。土石壩通過碾壓試驗，以確定壩體填筑施工合理的填筑碾壓參數，確保利用現有的碾壓機械達到設計填筑壓實標準的最優方法及控制指標的技術先進性。水庫壩體屬一等水工建筑物，設計壓實度要求不小于98%。但按照當時的施工條件，顯然達不到設計要求，且填筑材料往往級配差，多含砂巖塊石甚至巨塊石，雖然經過多年的自然沉降壓縮，但依然不能滿足相關規范要求。由此，造成的壩體病害主要有：

1.1.1 結構穩定

壩體土容重偏低，抗剪指標偏低，依據自貢地區壩體土料試驗統計分析，其干密度(ρd)一般在1.55~1.65 g/cm3之間，自然密度多在1.75~1.85 g/cm3之間，浮容重與飽和容重之差過大，另外，根據對自貢地區壩體土料的多組取樣試驗分析，當填筑土料為砂巖石渣時，其黏聚力(c')值偏低，當填筑土料為泥巖石渣時，其內摩擦角(f')值偏低，總體來說，壩體土之抗剪指標偏低。據《碾壓土石壩設計規范》SL274—2001的規定，壩坡抗滑穩定計算宜采用剛體極限平衡法，對均質壩宜采用條塊間作用力的簡化畢肖普法。壩坡穩定計算普遍采用理正巖土邊坡穩定分析軟件進行計算。當壩體土參數偏低時，在多種工況下尤其是非常工況下對壩體穩定計算較為不利。

1.1.2 滲流穩定

在滲流安全計算時，一般要達到3個目的：①確定壩體浸潤線在各種工況下的位置和逸出點的高度，為復核壩坡穩定計算提供必需的資料；②計算壩體的滲流量；③計算壩體防滲土滲透坡降J，確定滲流穩定性態。滲流穩定計算所牽涉到的地質參數除壩體土之各項物理指標外，還有兩個重要的地質參數：①壩體土滲透系數(K)；②壩體土允許滲透比降(JB)。根據對自貢地區壩體土料的多組取樣滲透試驗分析，其滲透系數一般較低，大多數在10-6~10-4cm/s數量級之間，多屬土層弱透水，壩體總體滲漏量一般不大，但由于壩體土級配不均、壓實度不夠，因此，反映出來的現象往往是局部存在滲漏通道，形成局部滲漏，從而影響壩體穩定。

對于壩體是否會產生滲透破壞的問題，允許滲透比降是重要的參數之一，允許比降JB由臨界比降JC除以安全系數得到。土體的臨界比降可以通過原狀土室內試驗求得，也可以由式(1)近似確定：

式中：ρs：土顆粒的密度；

ρw：水的密度；

n：土體的孔隙率。

由公式(1)求得的JC偏小，大約小于試驗值的15%～25%，這主要是因為在該式中沒有考慮土的抗剪強度的影響(包括內摩擦角和黏聚力兩個方面)，因此也是偏于安全的。由于回填土密度偏小、孔隙率偏大，自貢地區壩體土料之臨界比降JC計算值總體偏小，由此帶來的允許滲透比降(J允)也偏小，自貢地區其建議值一般在0.6~0.8之間。當壩體計算滲透坡降J>J允時，認為壩體有產生滲透破壞的可能性。

1.2 條石拱壩

自貢地區，條石拱壩一般為漿砌條石單拱壩，壩肩位置選擇往往為相對厚重的山體，所處地層巖性也以砂巖為主。早年間所建條石拱壩，其建壩材料一般就地取材，開采附近之砂巖作為砌體條石，條石間采用水泥砂漿勾縫，受建壩材料和砌筑工藝的影響，條石拱壩往往存在以下地質病害：

1.2.1 表層風化

對侏羅系紅層地區而言，其砂巖巖塊一般強度較低(單軸飽和抗壓強度在10~20MPa居多)，抗風化能力較弱，因此，將其作為砌體條石，往往壩體表面易受淺層風化影響，風化厚度不大，一般為0.5~3.0 cm，風化層強度低，甚至手可捏碎，現場勘察很多壩體表面出現剝落現象，形成凹槽或淺坑。隨著時間的推移，其風化影響厚度將越來越深，危及壩體的安全。另外，條石間勾縫之砂漿抗風化能力也很差，受風化影響后多呈灰白色外，還伴隨著掉塊或脫落等不良現象。

1.2.2 壩體滲漏

在未出現裂縫的情況下，砌體條石本身的滲漏性并不強，其砂巖條石孔隙率一般多在10%~15%。壩體滲漏通道主要形成在條石與條石之間，原因基本為砂漿充填不飽滿或風化開裂、脫落，上游庫水沿裂縫向下滲流所致。另外，由于條石砌筑時層理平放，當石料層理明顯時，也會促進滲漏。往往在壩體下游坡出現散浸現象甚至線狀流水，縫隙位置植物茂盛，壩面大面積因長期流水形成鈣化現象。滲漏除直接影響到水庫的經濟效益和社會效益外，還加速了壩體料石與水的物理化學反應，增加體積力，引起破壞效應，降低大壩能力，加速老化，最終可能危及到大壩的安全。

2 地形條件的特點

自貢從地形地貌上看，一般屬淺-中切割丘陵地區，且以淺切割丘陵地貌為主，相對高差一般小于50m，其地形地貌主要受巖性及構造所控制。山丘呈桌狀、饅頭狀或簸箕狀，砂巖出露丘體其地形坡度一般較陡立，泥巖出露地帶則比較寬緩。根據構造剝蝕地貌的特點，砂巖巖體抗風化能力較泥巖強，因此，在山丘中上部往往有出露，形成地區的正地形；泥巖往往埋藏在山丘中下部，形成地區的負地形。

水庫岸坡物理地質現象一般以風化剝落和小規模崩塌為主，常年水位高程附近岸坡伴隨有一定的塌岸現象，再加上沿庫大多有新近開挖出的人工堆積層，因此來自上游的固體徑流物比較豐富，松散物質進入庫內，造成一定的庫區淤積問題。

由于泥巖形成地區的負地形，水庫庫內往往以泥巖巖層為主，其地形相對比較寬緩，水庫庫水一般不深，庫區淤積對庫容的影響還是顯而易見的。

3 地層條件的特點

綜上所述，由于砂泥巖地層抗風化能力較弱，壩基、壩肩及庫岸巖體往往屬強~弱風化層，其裂隙，尤其是層面裂隙比較發育。對于砂巖巖體來說，由于其強度相對更高、脆性強，更易形成貫通裂隙，形成滲漏通道。因此，在砂泥巖地區的風化層，尤其是砂巖巖體，往往會形成壩基滲漏、繞壩滲漏的地質病害，在附近有低臨谷，山體較為單薄時，還會形成一定的庫區滲漏問題。總體來說，砂泥巖巖體的滲漏通透性均不強，滲漏均不算嚴重，可視各水庫具體情況進行相應整治。

4 結束語

以上只是以自貢地區為例，對小型水庫的一些常見病害，從地質角度進行簡單分析，以自貢地區的實例給紅層地區的水庫整治提供一些參考建議。其實，各地區、各水庫，其所處條件不同，病害情況也會相應變化，整治措施也不盡相同。對于小型水庫的病害整治，應以科學嚴謹的態度、踏實的工作作風，做好各項分析復核工作，為社會經濟發展提供有力支持和堅強保障。

On the red-bed area of small reservoirsof diseases common geological

Gong Dehong

Based onmore than 300mini-Zigong region type and a reservoir ofdisease in second analysis,statistics,lists the red layer of the universality of the geological region of small reservoirs of disease,as the southern Sichuan,northern Sichuan and eastern Sichuan to provide a little reservoir Disease Treatment reference.

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TV697.3

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1000-8136(2011)26-0066-02