云南省首座定向爆破壩水庫報廢論證報告

李自瓊

（云南省江川縣水利電力勘測設(shè)計隊,652600，玉溪）

云南省首座定向爆破壩水庫報廢論證報告

李自瓊

（云南省江川縣水利電力勘測設(shè)計隊,652600，玉溪）

定向爆破壩；水庫；報廢；論證

一、工程概況

白河水庫建于1976年6月，總庫容100萬m3，樞紐工程由大壩、輸水隧洞等建筑物組成。水庫壩高34 m，大壩上部水力沖填體高12 m，下部爆破體高22 m，是云南省第一座定向爆破和水力沖填壩。輸水隧洞位于大壩右肩，斷面為無壓城門洞，最大輸水量12.6 m3/s。

二、工程存在的主要問題

水庫建成運行后，發(fā)現(xiàn)水位從未蓄到正常蓄水位1848 m，最高水位蓄至1839.7 m，僅一個月后水位又降至1835 m。水位只能保持在1833～1835 m。長年實際蓄水量16.6萬m3，占興利庫容的21.8%。大壩壩體、壩基、兩肩、兩岸及庫底、輸水隧洞均存在嚴(yán)重滲漏，水庫一直帶病運行，為確保防洪安全汛期空庫度汛。

三、除險加固工作開展情況

1.大壩安全鑒定

2002年完成大壩安全鑒定，結(jié)論如下：白河水庫現(xiàn)狀質(zhì)量不合格；水庫運行管理等級差；大壩抗洪能力達到300年一遇，防洪安全等級為A級；大壩結(jié)構(gòu)安全等級為A級，輸水隧洞結(jié)構(gòu)不安全，安全等級為C級；大壩、輸水隧洞滲流異常，水庫滲流安全等級為C級；大壩抗震安全等級為A級，輸水隧洞抗震安全等級為C級；金屬結(jié)構(gòu)安全等級為C級。2003年12月，云南省水利廳確認(rèn)該水庫大壩為三類壩。2005年6月，水利部大壩安全管理中心根據(jù)專家組書面與現(xiàn)場核查結(jié)果，同意三類壩安全鑒定結(jié)論。

2.除險加固初步設(shè)計方案

2002年完成除險加固初步設(shè)計，方案為：壩體混凝土防滲墻及帷幕灌漿防滲、兩岸山體帷幕灌漿防滲、隧洞加固等。隨后方案上報并被列入水利部第一批小（1）型病險水庫除險加固建設(shè)計劃。由于白河水庫地質(zhì)構(gòu)造及壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，初步設(shè)計方案歷經(jīng)3年不斷修改，先后經(jīng)過珠委、省、市4次評審，最終還是無法確定水庫除險加固的穩(wěn)妥方案。工程實施風(fēng)險很大，不確定因素很多。

四、水庫報廢理由及依據(jù)

1.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，壩址選址存在重大缺陷

工程區(qū)位于云南山字形構(gòu)造前弧東翼內(nèi)側(cè)，小江斷裂帶中段西側(cè)的強烈影響帶上，屬川滇南北向構(gòu)造帶。該區(qū)構(gòu)造形跡極為復(fù)雜，前期為近北西南東向斷裂，后期為近東西向褶皺和斷裂。

（1）R1 背斜

該背斜軸部即為白河水庫河谷，軸向近東西向，主要地層為震旦系上統(tǒng)陡山沱組,東翼巖層產(chǎn)狀為110°∠15°，西翼巖層產(chǎn)狀為 270°∠10°。

（2）F1 斷裂（白龍?zhí)稊嗔眩?/p>

該斷裂北起于小龍?zhí)洞迥仙降夭⑾蚰涎由?，?jīng)白龍?zhí)洞搴笊?、白河河谷東側(cè)直插入水庫內(nèi)截斷F2斷裂。斷層總體展布方向為北北東向，傾向南東，傾角較陡，長約4 km。F1斷裂北盤為陡山沱組第二段（Zbd2）白云質(zhì)灰?guī)r地層，南盤壩址段為二疊系棲霞茅口組（P1q+m）虎斑狀灰?guī)r地層，庫區(qū)為陡山沱組第二段（Zbd2）白云質(zhì)灰?guī)r地層，尾部為陡山沱組第一段（Zbd1）泥質(zhì)白云巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥巖地層，屬右行逆斷裂。主斷裂破碎帶寬5～10 m，破碎帶巖石表現(xiàn)為細糜棱巖化，在主破碎帶兩側(cè)的碎裂巖帶巖石表現(xiàn)為棱塊狀碎裂巖化。該斷裂兩盤灰?guī)r較純，因此斷裂帶及影響帶巖溶發(fā)育，具強透水性，造成庫水外滲。

（3）F2 斷裂（馬家莊斷裂）

該斷裂發(fā)生于F1斷裂之前，并被F1截斷錯位分為兩段，平移距離約350 m。該斷裂前段北西起于馬家莊村，南東向延伸，經(jīng)大石山插入水庫庫內(nèi)壩前360 m處被 F1截斷；后段經(jīng)壩前南東向延伸至唐磨的箐。斷層總體展布方向為北西南東向，傾向南西，傾角不明，長約10 km。該斷裂破碎帶寬5～10 m，兩側(cè)影響帶巖體碎裂巖化，碎裂巖寬度超過5 m，壓扭形成的擠壓面及擦痕十分清楚，性質(zhì)為壓扭性逆斷裂。該斷裂后段兩盤灰?guī)r較純，因此斷裂帶及影響帶巖溶發(fā)育，具強透水性，造成庫水外滲。

（4）F1 斷層

該斷層發(fā)育于庫內(nèi)小箐口東側(cè)，向西延伸至右岸山坡，基本上沿東西展布，長約700 m，斷層產(chǎn)狀 210°∠70°，為F1斷裂羽狀次級張性正斷裂，小箐東岸棲霞茅口組（P1q+m）虎斑狀灰?guī)r十分破碎，透水性好。

（5）F2 斷層

該斷層展布于正對大壩的西南山坡上，其東南端起自小箐上游溝口向北延伸至庫尾右岸山坡上。可見長度約 300 m， 斷層產(chǎn)狀 210°∠50°，為傾向南西的F1斷裂羽狀次級張性正斷層，該斷層與F2斷裂相交，形成庫水外滲另一主要通道。

綜上所述，白河水庫壩址位于白河背斜，區(qū)域性斷裂F1、F2多個構(gòu)造交匯帶，壩址區(qū)、庫區(qū)巖體受構(gòu)造破壞影響嚴(yán)重，巖層連續(xù)性差，巖體破碎且節(jié)理裂隙發(fā)育，灰?guī)r質(zhì)純性脆，溶溝、溶蝕孔隙、溶洞等發(fā)育，兩斷裂帶及影響帶巖溶發(fā)育，斷裂導(dǎo)水，巖體一定深度透水性大，庫區(qū)無法正常蓄水。壩址選址存在重大缺陷。

2.庫壩區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜導(dǎo)致防滲處理方案深度上不確定性及方案不穩(wěn)妥性

庫壩區(qū)出露地層主要有震旦系陡山沱組第一、二段，二疊系棲霞茅口組及第四系。

①震旦系陡山沱組（Zbd）第二巖性段（Zbd2）巖性為灰白色、灰黃色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，成分純凈，表層巖石呈全—強風(fēng)化狀，結(jié)構(gòu)松散，受構(gòu)造影響，巖體節(jié)理發(fā)育，極為破碎，為碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，地表見弱巖溶現(xiàn)象發(fā)育，斷裂影響帶巖溶發(fā)育，是造成庫區(qū)滲漏的主要地層。分布于水庫壩址左岸及壩址前350 m范圍庫區(qū)右岸。左壩肩白云巖段位于孔深1～22.9 m，巖溶發(fā)育程度中等，多表現(xiàn)為溶隙、小溶穴等，透水率為 787～1320 Lu，滲漏嚴(yán)重；尤其在8.4～15 m鉆進過程中5次掉鉆，根據(jù)鉆具下落、兩端具有侵蝕形成的水垢，判定該段發(fā)育有寬大裂隙；8～13 m段壓水試驗，透水率為7330 Lu。石英砂巖段位于孔深22.9～38.0 m，受F2斷裂影響，巖石破碎，透水性強，透水率為 593～620 Lu，屬強透水層。相對隔水層頂板埋深33 m，左壩肩存在嚴(yán)重繞壩滲漏及壩端結(jié)合部滲漏問題。因存在巖溶差異性，巖體滲漏通道難以確定，導(dǎo)致防滲處理方案的不穩(wěn)妥性。

②棲霞茅口組灰?guī)r（P1q+m）巖性為灰白色厚層狀灰?guī)r、虎斑狀白云質(zhì)灰?guī)r。受斷裂影響，巖石破碎，巖溶相當(dāng)發(fā)育。隨處可見直徑幾厘米至十幾厘米的溶洞，巖體巖溶地下?lián)﨏K10揭露，存在分層及深層巖溶現(xiàn)象，是造成庫區(qū)滲漏的主要地層。分布于壩址區(qū)右岸及壩前右之箐左岸。該段巖石相當(dāng)破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖溶現(xiàn)象發(fā)育。ZK3號孔壓水試驗，相對隔水層頂板埋深38 m，相對隔水層之上透水率平均為1920 Lu，為極強透水地層。ZK4號孔5 m一段壓水試驗，2.0～45.0 m巖體透水率分別為23.2、156、19.9、31.3、26.2、9.4、52.0、2.65、66.7、2.39 Lu，25～32 m 透 水 率 為 9.4 Lu，下一段 37.0～42.0 m透水率為66.7 Lu，巖體透水性不是從上往下逐漸變小，說明相對隔水層較難確定，存在巖溶差異性。據(jù)右岸ZK1098 m深孔揭露，埋深69.3～74.3 m仍存在透水率為544.1 Lu的漏水段，該段鉆孔時掉鉆，說明存在巖溶孔洞，也再次說明相對隔水層較難確定，存在巖溶差異性，深部巖體仍存在滲漏通道。右岸前部另兩孔也出現(xiàn)類似情況。右肩及岸坡存在繞壩滲漏及壩端結(jié)合部滲漏。

該地段是F1、F2斷裂的交匯地帶，這兩條斷裂都是以壓扭性為主的斷裂，且規(guī)模均較大，碳酸鹽巖致密性脆，強大的擠壓斷裂活動必然對它們造成劇烈破壞，特別是先后兩次斷裂活動使巖層遭受兩次應(yīng)力場作用，破壞更劇烈。結(jié)合巖溶作用來看，這種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景更有利于巖溶的發(fā)育，促進巖溶規(guī)模的擴大。在建壩之初輸水隧洞開挖時曾發(fā)現(xiàn)多個溶洞。右岸4個孔揭露均存在巖體透水性不是從上往下逐漸變小，相對隔水層較難確定，存在巖溶差異性，深部巖體仍存在滲漏通道，導(dǎo)致防滲處理方案深度上的不確定性及不穩(wěn)妥性。

③白河水庫自建成運行，相繼發(fā)現(xiàn)右岸輸水隧洞進口段及上游壩坡出現(xiàn)多個漏水洞，經(jīng)黏土填洞、水泥砂漿堵縫及抹面處理，仍然不能解決滲漏問題。通過地質(zhì)詳勘，水庫區(qū)壩前350 m范圍內(nèi)存在F1、F2斷裂帶巖溶導(dǎo)水滲漏問題及二疊系棲霞茅口組灰?guī)r、虎斑狀白云質(zhì)灰?guī)r及陡山沱組第二段白云質(zhì)灰?guī)r巖溶滲漏問題，該段庫區(qū)滲漏比較嚴(yán)重，需進行庫區(qū)水平鋪蓋防滲處理，水平鋪蓋防滲體若下部存在較大巖溶滲漏通道，水平鋪蓋運行時間過長，有被拉通破壞可能，處理方案存在不穩(wěn)妥性。

3.壩體質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致防滲處理方案的不確定性

壩體爆破堆石體中粒徑大于等于2 mm的礫石含量為78.37%，顆粒組成不均勻，孔隙率大，黏粒含量低，滲透系數(shù)大于1×10-2cm/s。水力沖填體為礫石含量約20%～25%、砂含量約60%～65%的含礫砂土組成，壩體松散，滲透系數(shù)平均值4.5萬cm/s。上游防滲斜墻采用水力沖填而成，顆粒粒徑大于等于2 mm的占14.86%。斜墻形狀不規(guī)則，厚度5～11 m。其中：表層的黏土層厚度極不均勻，最厚1.5 m，大部分僅0.3 m，局部地段甚至無黏土層分布。斜墻質(zhì)量達不到防滲規(guī)范要求，防滲效果差。土斜墻與堆石體顆粒粒徑相差很大，接合部未設(shè)反濾層，在水力作用下，斜墻中的細粒極易流失。滲流將危及大壩安全。

壩體質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致防滲處理方案很難確定。對壩體而言，采用帷幕灌漿顯然不可靠。定向爆破體塊石含量較高，防滲墻造孔的難易程度無法預(yù)計；水力沖填體含砂量大，結(jié)構(gòu)松散，防滲墻造孔施工極易發(fā)生塌孔，施工安全很難保障；造孔孔斜較難控制，防滲墻質(zhì)量無法保障。壩體混凝土防滲墻處理方案也存在不穩(wěn)妥性。壩基及兩岸基巖深度上存在巖溶差異性，相對隔水層深度、漏水通道無法確定，導(dǎo)致帷幕灌漿處理不穩(wěn)妥。另壩肩垂直防滲體與壩前350 m庫區(qū)水平鋪蓋防滲體銜接存在一定難度。

4.依據(jù)

通過上述分析，白河水庫庫區(qū)滲漏嚴(yán)重，功能基本喪失，除險加固處理方案實施風(fēng)險比較大，實施后的防滲效果很難保證，加固處理技術(shù)不可行。根據(jù)中華人民共和國水利部令第18號的規(guī)定，白河水庫符合該條令第八條中的第（五）條，水庫予以報廢。

五、結(jié) 語

云南省乃至全國的小型水利工程，因建設(shè)時地勘工作不到位，有的甚至僅憑經(jīng)驗選擇壩址，結(jié)果工程建成后就成為病險水庫的例子為數(shù)不少，白河水庫就是類似工程的典型特例，作為工程設(shè)計人員應(yīng)引以為戒?！?/p>

[1]水庫大壩安全評價導(dǎo)則[S].水利部大壩安全管理中心，北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]江川縣白河水庫安全鑒定報告[R].玉溪市水利電力勘測設(shè)計院，2005.

[3]土壩設(shè)計（下冊）[M].北京：水利電力出版社，1978.

責(zé)任編輯 田靈燕

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1000-1123（2011）04-0057-02

2010-10-12

李自瓊（1964—），女，工程師，主要從事水利工程設(shè)計、概算、管理工作。