水庫除險加固工程中的綜合地質勘察方法研究

谷躍輝

摘 要：本文從工程勘察工作的意義和主要工作內容出發，結合工程實例，采取多種手段開展勘察工作，全面客觀地分析水庫中實際的病害險情，為后期的設計和施工提供詳實的地質資料，從而達到除險加固的目的，供同類工程參考。

關鍵詞：除險加固;地質勘察;水庫

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0079-03

Research on the Comprehensive Geological Survey Method

in the Reinforcement Project of Small Reservoir

GU Yuehui

（Dongguan Water Conservancy Survey and Design Institute Co.， Ltd.，Dongguan Gungdong 523115）

Abstract： This paper embarked from the project reconnaissance work significance and the prime task content， the union project example adopted many kinds of method development reconnaissance work， objectively investigated thoroughly in comprehensively the reservoir the actual plant disease dangerous situation， provided the detailed geological data for the later period design and the construction， thus achieved eliminates the dangerous reinforcement the goal， for similar project reference.

Keywords： eliminates the dangerous reinforcement;geological survey;reservoi

水庫除險加固工程地質勘察的目的是查明水庫存在的病害及成因，只有找出病因才能對癥下藥，達到除險加固的目的。水庫中常見的病害類型包括：滲透破壞（管涌、接觸沖刷、流土）、失穩、裂縫、不均勻沉降、涵管損壞（或者功能性缺失）、溢洪道功能缺陷、砂土液化、壩體（基）滲漏和蟻害等。我國地域面積廣袤，水庫分布廣泛，數量眾多，因地質條件、氣候條件、建設時代背景及施工技術水平等因素的影響，水庫的病害類型多種多樣，但往往都是多種因素共存，多種病害同時發生。

1 工程地質勘察的必要性

現在進行安全鑒定的水庫多建于20世紀50至80年代，水庫的基本資料大多不齊全。此外，水庫經過多年運行，各巖土（層）體的物理力學性能、工程地質和水文地質條件等也有所改變，加之部分水庫在后期進行了加高培厚處理等，工程留下的資料已不能滿足當前對大壩安全評價和穩定驗算等方面的要求，需要進行必要的補充地質勘察工作。

2 工程地質勘察的內容和方法

2.1 地質勘察階段劃分

水庫除險加固工程勘察可分為病險水庫安全鑒定勘察和病險水庫除險加固設計勘察兩個階段。就東莞市而言，一般是把這兩個勘察階段合并在一起進行，對于個別未完全查明病險情況的水庫，可在病險水庫除險加固設計階段適當進行補充勘察。

2.2 地質勘察的基本原則

除險加固的地質勘察工作不同于新建水庫工程，應先收集工程運行管理、設計等相關資料，對現場進行調查和分析，然后在此基礎上針對水庫出現的險工、險情部位采取有效的技術手段，不要求做到面面俱到，但要做到有的放矢。

2.3 地質勘察的主要對象和方法

勘察的主要對象包括水庫樞紐區水工構筑物的地基基礎、大壩上下游的近岸岸坡、壩體和壩基、輸水涵管、溢洪道及附屬設施（閘門）等。

小型土石壩水庫除險加固工程一般采用資料收集、現場地質調查與測繪、涵管CCYV視頻檢測、溢洪道墻體（閘門）混凝凝土結構的回彈碳化試驗、地質鉆探、現場水文地質試驗及原位測試試驗、室內試驗等技術手段。

勘察鉆孔布置應結合水庫大壩查明的病險部位針對性地進行鉆探施工。勘察點位及數量以控制水庫病害主要部位和主要建筑為基礎，一般根據水庫病害位置及壩體長度布置1～3條橫（縱）斷面，鉆孔數量多在5～9個，壩軸線或防滲帷幕線上鉆孔深度應進入相對隔水層，其他剖面上的鉆孔應進入壩基以下5～10m。

現場壩軸線鉆孔一般進行現場注水試驗、原位測試，取樣有效組數每一地層不少于6個，重點查明壩基與壩體接觸部位巖土層性質及壩基軟土、強透水層的性質及分布。

3 地質勘察的特點和難點

3.1 地質勘察的特點

3.1.1 病害成因多樣。水庫病害成因復雜多樣，且具有一定的隱蔽性，涉及的地質問題主要包括壩體（基）滲漏、壩體變形、繞壩滲漏、壩體穩定和地震液化等。部分水庫在建庫后期開展了防滲加固、加高培厚等工作，經過一段時間的運行后，大壩的受力條件等有所變化，需要對其進行穩定復核。

3.1.2 試驗項目多，工作難度大。為了查明存在的病害，需要進行必要的取樣和內外業試驗工作，單單是對大壩壩體填筑質量和安全穩定分析，就需要進行十余項的室內外試驗。由于鉆孔數量較少，但取樣數量又偏多，壩體填筑成分相對復雜，因此，現場采取原狀土樣難度較大，現場注水試驗時易出現塌孔等情況。

3.1.3 試驗參數選取復雜。巖土物理力學參數的選取直接影響水庫穩定驗算、方案設計及工程投資等。由于單個地層室內試驗組數一般偏少，地層試驗指標相對離散，加之樣品取樣、運輸過程及試驗過程中客觀因素產生的外界干擾，試驗指標與實際情況會產生一定的偏差。因此，各項指標建議值的選取尤為關鍵，需要綜合各種因素提出合理的參數指標。

3.2 地質勘察的難點

地質勘察工作的關鍵是根據病害現象采取針對性的技術手段，查明病害分布、類型，查明病因，為下一步除險加固方案設計提供詳實的資料。但是，地質勘察常常受經費和勘察周期的限制，現場施工勘察期間很難投入大量工作，又要查明壩體填土及各分區土體的物理力學性質和填筑土的性狀，查明病害險情的具體情況，因此，必須在收集相關資料的基礎上進行初步判斷和定性分析，有針對性地開展工作，從而達到事半功倍的目的。

4 實例分析

蝴蝶地水庫位于黃江鎮西南部的丘陵區，始建于1959年11月，1960年2月竣工，2002年5月實施安全達標工程。水庫主要包括主副壩、溢洪道和輸水涵管三部分，是一座以防洪、供水為主要功能的水庫。蝴蝶地水庫總庫容190.89萬m3，屬小型水庫。水庫有主、副壩各一座，均為均質土壩，主壩最大壩高7.80m，長70m，副壩最大壩高6.50m，長454m。

現場地質調查與測繪發現，主壩下游存在輕微的滲漏，汛期水庫在高水位運行時存在滲漏現象，大壩溢洪道、防浪墻及主、副壩壩體表觀質量較好，無起皮現象，無明顯滑動及大面積開裂現象，但局部存在老化現象，多處見細小裂紋。

本次勘察主要采取的勘察手段和方式包括：對主、副壩壩體上下游段及溢洪道進行地質鉆探，對壩體及溢洪道表層的混凝土進行現場回彈試驗，對主、副壩壩體壩頂的鉆孔進行現場注水試驗、取樣及現場標準貫入試驗，對主、副壩壩體填土采取土料進行室內的擊實試驗，并采取場區水樣等（具體工作詳見表1）。

本次勘察成果顯示，主壩壩體填筑土層主要為粉砂巖風化殘積土，現場注水試驗滲透系數平均值[k]=4.87×10-4cm/s，室內滲透試驗滲透系數平均值[k]=1.07×10-5cm/s。主壩填土層的滲透性能介于中等～弱透水性，壩體壓實度為0.86。壩基以全～強風化粉砂巖為基礎持力層，多以弱透水性為主。主壩反濾體有銹水析出，主壩填筑土層填筑質量達不到規范要求且填筑土層滲漏系數偏大，存在一定的滲漏問題。

副壩壩體填筑土層主要為粉砂巖風化殘積土，現場注水試驗滲透系數平均值[k]=4.68×10-4cm/s，室內滲透試驗滲透系數平均值[k]=3.61×10-5cm/s，滲透性能介于中等～弱透水性。副壩壩體壓實度為0.86。副壩壩頂混凝土路面在壩中段壩頂路面存在一條長約25m，寬約1cm的縱縫。副壩反濾體左壩頭位置有少量清水析出，左壩頭填筑土層存在輕微滲漏問題。

副壩壩基分布有粉砂、淤泥、角礫及中粗砂地層。現場注水試驗成果顯示，副壩壩基巖土層的滲透性能以中等～弱透水性為主。壩基進行過帷幕灌漿，現場踏勘未發現副壩下游有大規模的漏水、滲水現象。

副壩左、右壩肩巖土層主要為強風化粉砂巖。根據現場注水試驗可知，強風化粉砂巖的滲透性能多呈弱透水性，下游未發現有滲水現象，壩肩無繞壩滲流的可能性。

涵管CCTV檢測結果顯示，涵管存在1處管道沉積（2級（中等）功能性缺陷）及1處塌陷（4級（重大）結構性缺陷）。

根據勘察成果分析，主壩壩體上游迎水坡混凝土質量較好，防滲能力好，無明顯滑動及大面積開裂現象，局部存在破損和老化現象。下游背水坡為土坡，局部有毀損。主、副壩填筑土層主壩填土層的滲透性能介于中等～弱透水性，存在一定的滲漏問題，主要分布于壩體、壩基及壩體與壩基的結合部位;副壩反濾體左壩頭位置有少量清水析出，壩體填筑土層存在輕微的滲漏問題，主要分布于壩體與壩基的結合部位。

建議對主、副壩壩體（基）的滲流穩定進行復核，如需要進行防滲加固處理，防滲深度應深入壩基中風化砂巖以下3m（[q]<10Lu），對涵管進行修復并清除沉積物。本項目在2018年進行了除險加固施工工作，至今未發現滲漏等問題，水庫運行正常。

5 結語

除險加固工程地質勘察工作涉及的內容比較多，但往往受資金投入等限制，現場工作量相對不大，無法完全反映水庫的病害險情的真實情況。隨著科學技術的不斷發展，人們要不斷完善和優化地質勘察技術，提升勘察質量，更加真實、科學地查明病因，反映工程地質條件，合理設計除險加固方案，從而真正達到除險加固的目的。

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