病險水庫大壩安全鑒定勘察鉆孔注水試驗、壓水試驗的應用

湯江平　陳喜

摘 要：病險水庫壩體安全鑒定勘察中采用注水試驗、壓水試驗取得的巖土層的滲透系數、透水率，是鑒定巖土層滲透性的重要依據。

關鍵詞：鉆孔注水試驗；壓水試驗；滲透系數；透水率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.108

1 前言

鉆孔注水試驗、壓水試驗是水庫工程地質勘察中常用的原位試驗方法。鉆孔注水試驗是通過鉆孔向試段注水，以確定巖土層的滲透系數的原位試驗方法，可分為鉆孔常水頭注水試驗和降水頭注水試驗。 鉆孔壓水試驗是用栓塞隔離出一定長度的孔段，并向該孔段壓水，根據壓力與流量的關系確定巖體滲透特性的一種原位滲透試驗。

2 試驗簡介

鉆孔常水頭注水試驗適用于滲透性比較大的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層，或不能進行壓水試驗的風化、破碎巖體，斷層破碎帶和其他透水性強的巖體等。鉆孔降水頭注水試驗適用于地下水位以下滲透系數比較小的粘性土層或巖層。鉆孔壓水試驗其主要任務是測定巖體的透水性，為評價巖體的滲透特性和設計滲控提供基本資料。

3 水庫勘察注水試驗、壓水試驗的應用

十堰市鄖陽區譚家灣水庫是一座以灌溉、人畜飲水為主，兼有防洪、發電等綜合效益的中型水庫。水庫樞紐工程由心墻土石壩、溢洪道、引水隧洞、壩后水電站等主要建筑物組成。

譚家灣水庫原建于1959年，壩高28.30m，為心墻壩。1966年擴建加高到34.4m，上部為斜墻壩，壩頂高程238.40m，壩頂長246.5m，為小型水庫。1993年動工擴建，該水庫擴建增容為中型水庫。在下游壩腳不動的前提下，從大壩上游面加高，仍采用心墻土石壩結構。大壩軸線采用折線布置，在原壩上游向庫內加高11.2m，壩軸線向上游平移18.85m，在高程230.50m處與原心墻軸線重合，壩高47.2m。2002年5月完工，達到中型水庫規模，現已投入使用10多年。2005年2月，大壩外壩腳右岸出現明顯滲漏。

水庫設計灌溉面積1.0萬畝，水庫為譚家灣鎮、城關鎮、楊溪三鄉鎮10萬余人提供生活生產用水，影響下游鄖縣縣城、譚家灣及楊溪鎮、209國道以及一大批工礦企業和十多萬人的生命財產安全，一旦發生重大險情，將會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。

3.1 壩體主要險情

水庫經過50多年運用，大壩壩體存在較大安全隱患，主要表現如下：

（1）大壩始建于六十年代，壩體粘土心墻及堆石填筑質量較差；下游壩坡腳高水位時局部散浸。壩體、壩基、右壩肩存在滲水現象。

（2）上游干砌塊石及六棱形預制塊護砌浪蝕較嚴重，局部垮塌、出現裂縫；下游草皮護坡雨淋沖蝕破壞較嚴重，局部損壞、脫坡，代料外露。排水棱體局部塌陷變形，干砌塊石風化破碎。過水渠道及排水溝局部破損。

（3）大壩壩體沉降明顯，現沉陷量最大0.43m，壩頂無防浪墻。

勘察工作主要采用鉆探取樣、鉆孔注水試驗、壓水試驗、標準貫入、重型動力觸探等原位試驗手段進行。

3.2 壩基工程地質條件及評價

壩基為震旦系耀嶺河群吳家梁組綠泥鈉長石英片巖，強風化層厚0.50～1.50m。弱風化層揭露厚度7.40～25.40m。壩基弱風化綠泥鈉長石英片巖抗壓強度標準值24.25Mpa，屬較軟巖，壩基巖體分類為CⅣ類。

勘察對壩基巖體進行了37段鉆孔壓水試驗，根據壓水試驗成果，壩基強風化片巖透水率為14.94～17.89Lu，平均值為15.90Lu，為中等透水層；壩基弱風化片巖透水率為4.18～8.63Lu，平均值為6.45Lu，為弱透水層。

壩體心墻與壩基間接觸帶清基不徹底，基槽大部分開挖至強風化綠泥鈉長石英片巖。壩基清基后凸凹不平，接觸帶心墻未經嚴格碾壓，心墻與下部壩基巖石結合不緊，局部存在滲漏現象，壩基接合面長期滲流，造成接觸帶滲漏。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001），3級及以下的土石壩壩基帷幕灌漿設計標準，相對隔水層透水率為5—10Lu。壩基強風化綠泥鈉長石英片巖滲透性不能滿足要求。由于壩基清基不徹底，存在壩基滲漏和壩肩滲漏現象，需作灌漿防滲處理。

3.3 壩體工程地質條件及評價

壩頂保護層主要由碎石、巖屑及少量塊石、粘性土組成，厚度0.5～0.8m。

大壩心墻為黃褐色粘土，呈硬塑狀態，局部含5%～10%角礫。心墻局部底部含少量礫砂透鏡體，厚度0.5～0.8m。壩殼代料主要由角礫、碎塊石及砂類土、巖石碎屑、少量粘性土組成。上部3.0～5.0m主要成份為塊石，巖屑及砂類土充填。底部4.0～8.0m粘性土含量較高，約20～30%。

勘察對壩體心墻在在野外進行了29段鉆孔注水試驗（表1）。

根據現場鉆孔注水試驗結果分析，壩體心墻粘土的滲透系數區間值為1.28×10-5—9.40×10-5cm/s，滲透系數取平均值為5.33×10-5cm/s，滲透性分級為弱透水。大壩1960年原粘土心墻滲透系數稍大于1993年擴建后粘土心墻滲透系數。

評價依據為《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）防滲土料應滿足下列要求，粘土心墻堆石壩粘土料的滲透系數不大于1×10-5 cm/s。現場注水試驗結果表明，壩體填土滲透系數平均值5.33×10-5cm/s，不滿足規范要求。

本次勘察對壩殼代料在在野外進行了19段鉆孔注水試驗，根據現場注水試驗結果分析，壩殼代料碎石土的滲透系數區間值為3.08×10-3—8.91×10-3cm/s，滲透系數取平均值為5.30×10-3cm/s，滲透性分級為中等透水。壩殼代料密實度基本符合要求，透水性較好。

大壩始建于1959年，后于1966年、1993年兩次擴建加高，受當時施工條件及施工技術的限制，建壩時，壩體心墻未達到土料最優含水量及最大干密度，成分不均勻，壓實質量較差，壓實度未達到規范要求。

根據鉆探及土工試驗分析資料，壩體心墻粘土質呈硬塑狀。根據室內擊實試驗結果：①-1層粘土最優含水率16.7%，最大干密度1.74g/cm3。

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依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001），3級中、低壩及3級以下的中壩粘性土壓實度應為96%-98%，取壓實度96%為基本控制標準，對應控制干密度1.67g/cm3，對壩體填筑質量進行評價。粘性土的填筑含水量一般應控制在最優含水量附近，其上下限偏離最優含水量不超過±2%～3%，心墻填土最優含水量上限控制值為23.18%。

實測壩體心墻干密度在1.46～1.63g/cm3之間，平均干密度1.57g/cm3，實際壓實度為84%～94%，平均壓實度90%，由此推斷壩體心墻密實度不滿足要求。心墻天然含水量在21.6～27.6%之間，大部分高于最優含水量上限控制值。據現場調查，水庫下游壩坡存在局部散浸，右壩肩壩坡坡腳有一處明流，造成壩腳土質軟化，影響壩體的安全。

壩頂沉陷主要分布于壩體河床段壩頂，大壩呈兩端高中間低的趨勢，目前壩體中段已沉陷深度最大達0.43m，規模較長，變形程度較嚴重。根據現場調查，結合勘察的成果分析，壩體沉陷的原因主要為壩體心墻填土局部較為松軟，部分具高壓縮性，壩體心墻填筑質量差，碾壓欠密實，易于產生不均勻沉降。壩體心墻沉陷對大壩的危害程度較大，危險性較大。現場調查壩體滲漏現象和現場鉆孔注水試驗、壓水試驗數據基本吻合。建議對大壩采用灌漿防滲防滲處理，降低壩體的滲透性。

鉆孔注水試驗、壓水試驗是查明壩體、壩基具體滲漏原因、滲漏位置的重要方法之一，具有一定的真實性、準確性。在水利建筑物勘察中，采用水文地質試驗與鉆探結合，能更好地達到勘察目的，有效發現工程中存在的安全隱患。

參考文獻：

[1]《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》（SL31—2003）.

[2]《水利水電工程鉆孔注水試驗規程》（SL345—2007）.

[3]《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487—2008）.

[4]《中小型水利水電工程地質勘察規范》（SL55—2005）.