中小型水庫除險加固工程地質問題及勘察方法

李文才

（云南省紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質勘察咨詢規劃研究院，云南紅河 661100）

0 前言

土石壩是我國早期水利建設工程中常用的堤防方式，在我國農田灌溉、居民供水和生態保護等多方面都做出了卓越的貢獻。但土石壩工程都在近年來出現了各種病害問題和地質問題，以大石壩水庫為例，基于中小型水庫的具體情況提出除險加固方法和地質勘察方法。

1 中小型水庫存在的地質病險問題

大石壩水庫的主要病險類型包括：①清基不徹底，另攔河壩壩體由多次填筑而成，隨經多次碾壓，但質量較差；②攔河壩無法滿足抗震和結構穩定要求；③攔河壩和輸水建筑物的滲流安全無法滿足規范要求；④大石壩水庫現狀泄洪建筑物是溢洪道，沒有進行襯砌，導致運行管理和泄洪安全性較差；⑤輸水涵洞是壩下漿砌石拱涵洞，無法滿足規范要求；⑥大石壩水庫沒有基本的安全監測設施（例如沉降、位移、滲漏量和浸潤線等觀測設施）。

2 除險加固工程地質勘察方法

大石壩水庫除險加固工程初步設計階段地勘工作，是在大壩工程地質復核及壩體檢查地勘資料的基礎上進行的。本次地質勘察的主要方法是：

（1）收集、整理、校查、編制工程區域地質圖，從區域宏觀論證本區間地質結構，評價工程地區的區域穩定性。

（2）庫區蓄水多年，其庫盤環境條件改變，是否存在水庫滲漏、庫岸再造、水庫淤積及浸沒等不良工程地質問題，需進行地調查，進行工程地質評價。

（3）進一步查明壩體的成層結構，物理力學性質、透水性及壩體浸潤線等，對壩體現存在的主要工程地質問題進行評價；查明壩基地層巖性，地質構造、風化帶、透水性、地下水位及地基持力層強度等，最終對壩基進行定量滲漏、滲透破壞變形和抗壓抗滑穩定性評價[1]。

（4）對已建輸水涵洞及新建溢洪道工程地質穩定性進行評價。

（5）查明建筑材料（砂、石、筑壩料）分布，儲量和質量，對其進行評價。

3 除險加固工程任務和規模

3.1 除險加固工程任務

大石壩水庫是以農業灌溉為主、以防洪為輔的小（2）型水利工程。該水庫承擔著六街村委會3000 余畝農田的灌溉任務。水庫下游保護對象有：邑他得、六街村0.06 萬人，0.3 萬畝耕地；小石壩水庫大壩。

3.2 除險加固工程規模

經除險加固工程處理后，大石壩水庫總庫容70.0 萬m3，規模為小（2）型，其具體情況如表1 所示。

表1 大石壩水庫除險加固后的特征水位與相應庫容

3.3 水庫除險加固后運行方式

經除險加固工程處理后，大石壩水庫的泄洪工程是溢洪道。其中，輸水隧洞只需要負責輸水。工程施工單位在進行水庫除險加固時需要將安全置于首位，確保施工過程的安全性。要保證除險加固后端溢洪道的高程和正常的蓄水位相等，如果出現庫水位高于正常蓄水位的情況，就要使溢洪道進入自由泄流狀態，千萬不能使水庫超過蓄水容量，保證水庫的防洪功能正常生效。

4 除險加固工程總體布置

4.1 除險加固工程現狀布置

大石壩水庫由樞紐工程和灌溉工程組成。本次除險加固的對象是樞紐工程，現狀樞紐工程由攔河壩、輸水涵洞和溢洪道三部分組成。

4.1.1 攔河壩

大石壩水庫攔河壩為均質壩，壩頂高程1800m。大壩上游坡無防浪措施，下游雜草叢生；無岸坡排水溝，壩坡面不規整；壩體下游坡腳無排水設備，壩體無法正常排水，無壩體滲水觀測設施。攔河壩穩定分析物理力學指標情況如表2 所示。

表2 攔河壩穩定分析物理力學指標表

4.1.2 輸水涵洞

輸水涵洞為壩左岸壩下，涵洞軸線為直線，與壩軸線斜交。涵洞主要承擔輸水任務，涵洞洞身為漿砌石襯砌，全長58m，涵洞放水設備為鍋蓋閘。

4.1.3 溢洪道

溢洪道位于大壩右壩肩，為開敞式明渠，全長71m，斷面尺寸不規則。未作襯砌過流，邊坡穩定性差。整段溢洪道倒塌、堵塞嚴重，進口底板高程為1797.00m。

4.2 除險加固主要建筑物工程布置

根據《石屏縣龍朋鎮大石壩水庫大壩安全鑒定報告》，大石壩水庫除險加固的重點是樞紐工程區。大石壩水庫除險加固后，樞紐工程由攔河壩，輸水涵洞及溢洪道組成。

4.2.1 攔河壩

該建筑物工程的布置需要以加固和培厚為主要方式，利用前堵后排技術對其進行除險加固。工作人員應首先加固壩體，并集中增加堤壩根基部位的厚度，對壩體進行抗滑、抗震和抗滲流處理，整體提升堤壩的穩定性。要在加固后的壩腳和岸坡位置增設合適的排水設施，并在上壩坡和下壩坡上建設保護裝置，提升對壩頂的保護。此外，還應建設科學的水情實時監測系統，提升壩體變形現象和加大滲流觀測現象的監測力度。

大石壩水庫的攔河壩的材料土質較為均勻，在進行除險加固工程建設時，要注意保持壩軸線位置不變，仍呈直線。除險加固后的堤壩全長為83m，壩頂高程為1800m，壩頂寬7m，最大壩高11m。

上游壩坡坡比1:2.5，采用干砌毛條石護坡，厚30cm，護坡底高程比死水位1790.86m，高1.24m，即1792.00m，毛條石護坡下設碎石墊層（厚20cm，粒徑20～40mm）和中砂墊層（厚20cm，粒徑0.5～20mm）。壩頂現已澆筑混凝土，下游邊坡為一級坡：即1:2.25，為草皮護坡。壩體排水采用棱體與貼坡排水組合型式，清除原壩腳表面覆蓋物，新開挖、支砌，除險加固后堆石排水體頂寬1.2m，頂部高程1792.3m，內坡比為1:1.0、外坡比為1:1.5。貼坡排水頂部高程1796.3m，厚度0.3m。

采用帷幕灌漿方式對壩體及壩基進行防滲處理，攔河壩中部壩體、壩基和左、右兩壩肩采用帷幕灌漿防滲。

布置帷幕灌漿孔時需要保證灌漿孔的分布沿著壩軸線向河流上游逐漸擴展。灌漿孔需建設為單排孔，孔與孔之間的距離應為2m。灌漿時應采用水泥粘土漿為主要漿液灌注壩體，在灌注基巖時則需要使用純水泥漿，遵循由上至下的順序對堤壩進行灌漿，帷幕灌漿鉆孔進尺1015.7m，帷幕灌漿段長943.2m。灌漿質量檢查采用鉆檢查孔，做壓水試驗，并參照最近類似工程的施工經驗。

4.2.2 改造溢洪道

本次除險加固設計中采用在大石壩溢洪道的基礎上進行改造的工程措施，保證水庫行洪安全。經調洪計算，10 年一遇洪水位為1799.58m，相應下泄流量為18.6m3/s。20 年一遇校核洪水位1799.93m，相應下泄流量22.6m3/s[2]。

改造溢洪道布置于大壩右岸，為開敞式明渠布置，明渠進口高程即正常蓄水位1797.00m，明渠為矩形斷面，底寬1.5m，高度3.0m，最大泄量29.38m3/s，溢洪道全長94m[3]。由于溢洪道直接進入下游的小石壩水庫，不需做消能處理。

4.2.3 封堵輸水涵洞

輸水涵洞為壩下漿砌石拱涵，基主要持力層為第四系殘坡積粉土、含礫粉質粘土，其強度較高，但不均勻，易對建筑物造成不均勻沉陷，承壓穩定性差。涵洞經多年運行，洞身多處開裂、浸水，局部呈股狀噴射。涵洞常年滲漏量（總q=0.4L/s），長期滲流影響大壩安全，本次設計將原輸水涵洞封堵。

4.2.4 新建輸水隧洞

在左壩肩靠近山體另擇線路新建輸水隧洞。輸水隧洞為城門洞形，采用C20 鋼筋混凝土澆筑，斷面尺寸1.0×1.5，底寬1.0m，邊墻高度為1m，拱的半徑0.5m，筋混凝土厚度為0.3m。在隧洞0+008.5 處建豎井一座，井內設置閘門2 道（一道工作閘，一道檢修閘），井上設置起閉機2 臺操縱閘門起閉，井頂設檢修平臺和閘室各一間，隧洞出口設消力池，隧洞襯砌結束后，采取回填灌漿和固結灌漿控制滲漏現象。

5 結語

由大石壩水庫的實例分析可知，傳統土石壩類水庫工程存在一些病險與地質問題，需進行地質勘察，并以勘察結果為依據進行除險加固工程建設工作，切實提高水庫的功能質量，為周邊人民群眾的生命財產安全提供可靠保障。