病險水庫工程地質存在的問題及應對措施

李麗文

( 大連金州新區水利管理服務中心，遼寧 大連116000)

新中國成立以來，我國建設了大量水庫，先后建成小型水庫82643 座，占我國水庫總數的95%，其中小(1) 型水庫16 115座、小( 2) 型水庫66528 座。小型水庫作為我國水利工程體系的重要組成部分，為我國經濟社會的發展發揮了重要作用。但由于歷史原因，我國小型水庫存在工程標準偏低、建設質量較差、老化失修嚴重、配套設施不全、缺乏良性的管理體制與機制等一系列問題，致使小型水庫安全隱患嚴重，不僅嚴重制約了水庫效益的發揮，也成為我國防洪體系的薄弱環節。

據統計，我國目前病險水庫有4 萬余座，大部分散布于農村地區。許多城市及縣城都受到病險水庫潰壩的威脅。1975年河南駐馬店，石漫灘、板橋水庫潰壩致使1100 萬人受災;汶川地震后四川多處水庫成為病險水庫。從根本上解決病險水庫存在的工程地質問題，有利于解除對下游城市的威脅; 客觀地采取加固整修的方法而避免重建也可以節約大量資金。

確定病險水庫的定義及其險情的分類，對加固整修，具有重要意義。

1 病險水庫定義

病險水庫一般是實際抗御洪水標準低于部頒水利樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標準，或者工程存在較嚴重的質量問題，影響大壩安全，不能正常運行的水庫［1］。

2 病險水庫常見的工程地質問題

據統計資料分析，病險水庫常見的險情及隱患，大部分與地質因素有關，主要表現在壩基滲漏、壩基穩定性、邊坡失穩、壩體填筑質量4個方面。［2］

2.1 壩基滲漏及滲透穩定［3］

壩基滲漏是病險水庫常見的險情。按照壩基地質條件，可分為覆蓋層滲漏、裂隙性巖體滲漏、斷層破碎帶滲漏和巖溶滲漏。

2.1.1 覆蓋層滲漏［4］

常見的覆蓋層滲漏包括沖積砂礫石滲漏和殘坡積礫質土滲漏。砂礫石層的滲透系數多在i ×10－2或i×10－3cm/s 量級，屬強或中等透水層，滲漏量多在每秒數十升，雖然壩體下游坡腳做了排水棱體或減壓井，但不能阻止滲漏，當排水棱體或減壓井失效時，其滲流條件惡化，壩基砂土出現滲透變形。

礫質土滲漏主要為大壩兩岸直接坐落于殘坡積礫質土上，多為均質土壩，或心墻堆石壩，兩岸心墻清基不徹底，部分心墻置于礫質土層上，而引起的滲漏。礫質土的滲透系數多在i×10－4或i×10－3cm/s量級，大壩運行后兩岸下游壩坡散浸或滲水，一般滲漏量小，但在高水頭長期滲流作用下，可使下游壩坡發生變形或沉陷與滑動致使其失穩。

2.1.2 裂隙性巖體滲漏

裂隙性巖體滲漏多發生于以砂巖、片麻巖或板巖、巖漿巖為壩基的各類壩型。河床壩基多為弱風化巖體，兩岸壩基殘留有強風化巖體，其裂隙發育，透水率在10 ～100 Lu，呈分散性滲漏。

2.1.3 斷層破碎帶滲漏

滲漏主要表現為中等強度透水，各類壩型均有發生，多呈集中滲漏，滲漏量多在每秒數升至十余升。

2.1.4 巖溶滲漏

水庫在庫內出現巖溶管道性滲漏，向壩下游或低鄰谷與洼地滲漏，其滲漏量較大，常在數十升甚至在1 m3/s以上，雖不危及大壩安全，但影響水庫效益。在巖溶發育地區應詳查壩基區域的工程地質情況。

2.2 壩基穩定性

2.2.1 抗滑穩定與沉降變形

山區土石壩因地基條件而引起的抗滑穩定性與沉降變形險情很少。而在平原區的土石壩，壩基下存在高壓縮性土，常有抗滑穩定性與沉降變形的險情發生。

2.2.2 抗震穩定性

高烈度區的病險水庫大壩，常因抗震設計標準不夠，存在抗震穩定性的隱患。部分土石壩，因壩基有軟黏土或飽和粉細砂層，亦有震陷或震動液化的隱患。此種情況在汶川地震后被廣泛重視。上游的大型水庫成為下游城市嚴重的安全隱患。

2.2.3 濕陷性變形

壩基下存在有濕陷性土層且未經工程措施處理或壩體填筑料為濕陷性土，當水庫蓄水后，因濕陷性土浸水而造成壩基濕陷，壩體產生下沉變形，壩體形成裂隙，或者加大壩基及壩體的滲漏。此情況在西北地區濕陷性黃土地區可見。

2.3 邊坡失穩

邊坡失穩是水庫常見的隱患。靠近壩體的庫岸邊坡及壩肩邊坡，如土石壩溢洪道一側或兩側、泄洪洞進出口洞臉，一般開挖一定高度的人工邊坡，有的做了邊坡襯砌支護，有的部分處理或者措施不當，在泄洪水流沖刷下，出現邊坡失穩，影響水庫正常泄洪，危及大壩安全。

2.4 壩體質量不合格

這種情況多出現于土石壩，常常是由于壩體填筑料和施工質量失控造成的。險情主要表現為: 浸潤線及出逸點高; 下游坡散浸、滲水; 壩頂或壩坡裂縫、變形甚至滑動等。

3 工程措施

針對大型水庫涵蓋水利樞紐應進行詳盡的工程地質勘察，據此作出應對措施。而小型水庫則可以結合實際情況類比采用其他的工程措施。主要的工程措施是針對小(1) 型病險水庫加固，重點介紹小型病險水庫加固常用的黏土沖抓防滲墻、射水造墻、高噴灌漿防滲墻、帷幕灌漿。［5］

3.1 射水法造塑性混凝土防滲墻技術［6］

射水法是近10年來才發展的一種工法，用于中小型水庫主、副壩的壩身、壩基防滲。

射水法造地下連續塑性混凝土垂直防滲墻原理是利用泥漿水高速射流的沖擊力破壞砂、土層結構，水砂土混合將泥砂帶出地面，同時，利用卷揚機操縱成型器上下反復沖擊，形成斷面為矩形的槽孔，并實行泥漿固壁，在已建槽孔直接澆筑塑混凝土，采用常規的水下混凝土導管澆筑法，建成塑性混凝土單板墻。射水法造塑性混凝土防滲墻原理見圖1。

3.2 高壓噴漿成墻防滲工程

高壓噴漿成墻防滲工程，是以高壓噴射流直接沖擊破壞土體，漿液與土以置換凝結為固體的高壓噴射注漿法來建造防滲墻。最大墻深40 m，該法在堤防工程中已廣泛應用，在水庫加固中主要用于涵閘基礎防滲處理，在沖抓套井和沖擊成槽防滲墻等因塌方和壩體石塊多難以成槽時改用高噴防滲，雖造價較高，但該法適用范圍廣，故經常采用。

圖1 射水法造塑性混凝土防滲墻原理框圖

高噴灌漿是利用射流作用的切割攪動堤基以改變其結構與組成，同時灌入水泥漿或混合漿形成凝結體的一種防滲加固堤壩的方法。

高噴分旋噴、定噴、擺噴3 種，其中旋噴形成圓柱形防滲墻，常用于處理建筑物基礎。擺噴形成啞鈴狀防滲墻，對壩體填料適應性較強，定噴形成薄壁墻，僅用于粉土和砂土堤壩。高噴灌漿防滲施工工藝流程見圖2。

圖2 高噴灌漿防滲施工工藝流程框圖

3.3 沖抓鉆套井回填黏土心墻

要求加固工程附近有較好的黏性土，工程開工前應對料場進行查勘，并取樣做擊實試驗和土料抗滲性能試驗，滿足設計要求后( 土料壓實度＜0. 9，滲透系數＜1 × 10－6，最優含水量22% 左右) ，再看土料總量是否滿足施工需要。小型水庫黏土心墻一般按單排孔設計，鉆孔直徑應≥110 cm，造孔深度應控制在30 m以內為宜，黏土心墻軸線一般布置在壩頂中心線或偏向上游一側，為滿足施工和堆料要求，壩頂寬度應＞6 m，頂寬不夠時可適當削挖部分壩頂。

3.4 帷幕灌漿

在閘壩的巖石或砂礫石地基中采用灌漿建造防滲帷幕的工程。帷幕頂部與混凝土閘底板或壩體連接，底部深入相對不透水巖層一定深度，以阻止或減少地基中地下水的滲透; 與位于其下游的排水系統共同作用，還可降低滲透水流對閘壩的揚壓力。

［1］牛運光. 病險水庫加固實例［M］. 北京:中國水利水電出版社，2003.

［2］王亞東. 小型病險水庫除險加固工程措施［J］.黑龍江水利科技，2011，39(4) :161.

［3］謝玉蓮. 病險水庫加固工程探究［J］. 中國科技信息，2012(10) :71.

［4］中華人民共和國水利部. GB50287—2008 水利水電工程地質勘察規范［S］. 北京: 中國計劃出版社，2009.

［5］張倬元，王士天，王蘭生. 工程地質分析原理［M］. 北京:地質出版社，1994.

［6］李鐘，丁軍帆. 基于射水法造墻施工中監理工程師的質量控制［J］. 黑龍江水利科技，2008，36(02) :182 －183.