淺談小型砌石拱壩安全評價工程地質勘察

陳勇

摘 要：小型砌石拱壩在二十世紀五六十年代修建的較多，在除險加固工程設計中，一般是按照中型及大型小型砌石壩設計規范進行的加固處理，這種方案可操作性一般，所以應該按照小型砌石拱壩的自身地質條件、損壞特點及運行情況來選擇恰當的設計方案。小型砌石拱壩由于壩頂厚度窄，交通條件不便等諸多不利因素，給地質勘察工作帶來很大的挑戰，本文主要通過近幾年水庫除險加固勘察范例做了分析、體會，闡述了在水庫大壩除險加固過程中地質勘察一些經驗，供同行參考。

關鍵詞：小型砌石壩；除險加固；地質勘察

中圖分類號：TV641 文獻標識碼：A

福建省寧德市共有?、嫘鸵陨纤畮欤ㄋ?16座，其中中型水庫9座，?、逍退畮?2座，?、嫘退畮?55座。相當部分的小型水庫大壩是漿砌石拱壩，且運行時間日久，由于維護經費不足、管理不善等原因，許多砌石拱壩存在諸多病險隱患。2007年以來，隨著國家對水利基礎設施安全的重視，投入大量資金，支持農村水利工程進行安全鑒定與除險加固。為徹底消除小型水庫病險隱患，寧德市啟動了全區農村病險水庫大壩全面安全鑒定與除險加固工作。

由于眾多小型砌石拱壩都是在二十世紀八九十年代開工建設的。受當時施工條件、經費等諸多原因制約，很多砌石拱壩前期施工都沒有進行地質勘察工作。水庫蓄水投運后，又缺乏維護資金，加上管理不善，致原設計、施工及相關驗收資料大部分缺失，幾乎無法進行大壩安全評價、鑒定與相應除險加固設計工作。因此，對這些砌石拱壩現狀地質勘察工作尤為重要。

1.工程概況

已建砌石拱壩大部分年代久遠。按規范先進行大壩現場地質查勘，檢查，調繪，初步摸清壩址工程地質與水文地質條件，如壩肩穩定狀況、大壩滲流狀況等。通過此舉，雖也能發現大壩外部地質環境一些問題，但壩體內部與大壩基礎情況究竟如何、工程質量控制主要指標，如壩基巖性、開挖是否到位、壩體砌筑材料的組成與膠結情況、砌筑密實度、砼等膠結材料強度變化等則無法獲知，因此，對砌石拱壩進行地質鉆探勘察，在某種意義上講，就好比對人體作CT檢查。通過壩體、基礎地質鉆探勘察，才能全面摸清壩體內部與壩基情況，為大壩安全評價、鑒定與除險加固設計提供有力依據。閩東小型漿砌石拱壩多為單曲或雙曲拱壩。很多壩頂寬度都不足2m，有的漿砌石拱壩甚至只有0.8m～1m，鉆探操作與平常的工民建地質勘察存在天壤之別。不僅要求鉆探孔位選擇合理，而且在安全操作方面也需高度重視。要根據壩高、壩型特點，布置搭設鉆機操作平臺、防護攔桿，施工時還要嚴格按相關規范進行作業，才能確保操作人身安全。

2.水庫大壩勘察安全評價

2.1 水庫大壩鉆孔布置原則

砌石拱壩地質勘察工作原則上應在壩頂左、右非溢流段及溢流堰中部布置鉆孔。

通過3個勘察點鉆探取芯分析，可以較全面了解大壩壩體砌筑用毛塊石質地、膠結料（主要是砼與水泥砂漿）與毛塊石膠結情況、兩岸壩肩與河床基礎巖性、開挖是否到位等情況。

2.2 勘察工作內容

通過壓水試驗可以反映大壩砌筑密實度、基礎巖層（包括壩體與基巖接觸層）透水率與破碎情況。

通過芯樣室內試驗，可以獲知膠結材料、毛塊石等抗壓強度、巖體彈模與變模等地質物理力學參數。

如果大壩中部溢流堰為平頂堰且有設置交通橋的情況，可以直接在交通橋上鉆孔，但實際操作過程中許多小型砌石拱壩中部溢流堰都沒有設置交通橋，而且溢面是自由溢流的，這就給地質勘察帶來很大難度。在這種情況下可以在下游河床靠近壩腳位置進行鉆孔，有些人認為在壩腳鉆孔沒有多大意義，其實不然。如果河床基巖裸露的情況下，確實可以通過地質調繪形式對河床段基巖地質描述，但有些大壩壩腳堆填了棄石及經年累積的沖洪積卵漂石等，在原資料有關壩高及壩基情況不明確情況下，大壩河床段地質勘察尤其重要。

2.3 工程地質勘察

案例一：

寧德市蕉城區赤溪鄉東坑水庫大壩，位于赤溪支流安樂溪上，距赤溪鎮政府所在地4km。該水庫于1987年12月建成，水庫大壩為單曲砌石拱壩，最大壩高21.8m，壩頂最大弧長53.0m。溢流堰位于大壩中間，為寬頂堰式，溢流寬度22m，最大泄洪流量58.0m3/s。放水涵洞為直徑0.5m塑料pvc管，最大放水流量為0.3m3/s。壩址以上控制集雨面積3.82km2，總庫容15.2萬m3，灌溉面積1000畝，是一座以灌溉為主的?。ǘ┬退畮?。

此壩兩岸壩肩巖石裸露，但河床堆積漂礫?？辈煸谧?、右岸壩肩及溢流堰背水坡坡腳處各布置1個勘探點，當時在壩腳位置鉆孔，原預計3m～5m應該就到巖石基礎。然而實際鉆探鉆了壩腳后填土的深度深達11m，才見巖石基礎，簡直是難以想象。鉆探后經走訪當地早期參與建設施工人員以及當地老鄉，才知道河床處壩基處，原為深切之“龍潭”深槽（地質術語），由于壩基無法開挖到位，后期采用橋拱基礎處理，在壩后的“龍潭”深槽，則采用了回填土處理。正因為有了地質勘察，才查明了壩基情況，對于后期大壩培厚加固與河床基礎處理等設計起了關鍵性作用。

案例二：

古田縣院坪里水庫主體工程為砌石單曲拱壩，壩頂高程為426.0m，河床處建基面高程為408.25m，最大壩高15.8m，壩頂寬1.2m。

勘察在左、右岸壩肩重力墩及靠近溢流堰（河床）壩頂共布設勘探點3個。即壩體右岸重力墩（JK1）、河床段壩體（JK2）、左岸重力墩（JK3）。根據鉆孔取芯柱狀分析可知，壩芯為混凝土砌毛石，碎、毛石約占70%～90%；混凝土膠結質量較差，砼芯表層松散。鉆進出現塌孔、漏水現象，下部砼芯總體質量一般，砼芯呈短柱狀、柱狀為主，芯樣一般為5cm～20cm。總體呈兩岸重力墩處混凝土質量較差，河床壩段質量相對較好，上部砌筑質量較差，下部較好的態勢；根據取砼（膠結料）芯試驗其抗壓強度范圍值為8.7MPa～11.8MPa，極限飽和抗壓強度平均值為10.2MPa。為壩體結構應力分析提供了根據。

鉆探結果表明，大壩右岸重力墩壩基（JK1）為弱風化輝綠巖，河床（JK2）孔段壩基為弱風化碎斑熔巖，兩處基礎開挖基本到位；左岸重力墩壩基（JK3）為碎塊狀強風化碎斑熔巖，說明左岸壩基未開挖到位。因此壩基處理應做為本次除險加固的重點，建議對壩基強風化層進行固結灌漿處理。

由于院坪里水庫大壩地質情況較為復雜，如果當時大壩沒有進行這么系統的地質勘察，很難查清壩體及壩基的情況，因為有了完整的地質資料，大壩安全評價、鑒定與除險加固設計得心應手，為后期除險加固施工提供強有力的技術保障，可以進一步保證險加固施工工程的安全性及價值性。

結語

福建省寧德市小型水庫砌石拱壩數量眾多，小型水庫砌石拱壩具有自身的建設歷史條件，在除險加固工程設計中，只有充分認識地質勘察的重要性，根據小型水庫砌石拱壩其自身的建設歷史、運行情況及損壞特點，通過地質勘察，查明大壩內部及壩基情況，才能為拱壩安全評價與鑒定、除險加固設計提出合理建議，最大程度地發揮工程效益。

參考文獻

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