棘洪灘水庫大壩工程表觀及內(nèi)部質(zhì)量檢測技術(shù)研究

金幫琳

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東濟(jì)南250013）

0 前言

目前，山東省引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀不能滿足青島供水、膠東調(diào)水和南水北調(diào)的輸水任務(wù)。為查明引黃濟(jì)青工程的質(zhì)量現(xiàn)狀，2010年6月山東省水利勘測設(shè)計院受山東省膠東調(diào)水局的委托，負(fù)責(zé)對該工程進(jìn)行安全鑒定質(zhì)量檢測。針對棘洪灘水庫大壩上游護(hù)坡工程的表觀及內(nèi)部質(zhì)量缺陷形式，研究采用量測檢測儀器和地質(zhì)雷達(dá)探測相結(jié)合的方法進(jìn)行檢測，并對該檢測方法的適宜性和有效性進(jìn)行了評價分析。

1 工程現(xiàn)狀

棘洪灘水庫是山東省引黃濟(jì)青工程的調(diào)蓄水庫，坐落在青島市嶗山棘洪灘鎮(zhèn)西北原桃源河低洼區(qū)，為土石壩結(jié)構(gòu)型式，壩長14.264km，壩頂寬度8m，最大壩高15.2m；庫區(qū)面積14.5km2，總庫容1.58億m3。

棘洪灘水庫大壩上游干砌塊石護(hù)坡縫隙過大，造成反濾料流失、局部塌陷；主風(fēng)向壩段壩高不足，蓄水能力下降；工程沿線安全防護(hù)設(shè)施缺失，水質(zhì)保護(hù)設(shè)施不完善，水質(zhì)保護(hù)能力不足；通信調(diào)度系統(tǒng)落后，水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)不完善，存在較大的安全隱患。目前，水庫工程現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿足青島供水、膠東調(diào)水和南水北調(diào)的輸水任務(wù)要求，當(dāng)?shù)馗骷壦姓鞴懿块T已經(jīng)批準(zhǔn)該工程的改擴(kuò)建方案，前期工作基本完成，正在等待實(shí)施。

2 檢測目的

應(yīng)山東省引黃濟(jì)青改建工程需要，對棘洪灘水庫大壩進(jìn)行安全鑒定質(zhì)量檢測。通過檢測確定該工程有關(guān)參數(shù)指標(biāo)是否滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，并對工程各部件技術(shù)狀況進(jìn)行綜合評定，確定工程的技術(shù)狀況等級，對該工程的質(zhì)量現(xiàn)狀做出客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)、公正的評價，并提出工程治理措施。

3 檢測方法

通過對棘洪灘水庫大壩上游護(hù)坡工程的表觀及內(nèi)部質(zhì)量檢測方法進(jìn)行專題研究，確定選用量測檢測儀器與地質(zhì)雷達(dá)探測相結(jié)合的綜合檢測方法，其中地質(zhì)雷達(dá)檢測方法在山東省水利行業(yè)屬首次使用。地質(zhì)雷達(dá)的探測原理與探空雷達(dá)相似，地質(zhì)雷達(dá)是用一對天線進(jìn)行工作的。它是由發(fā)射天線T向地下介質(zhì)發(fā)射一定主頻的電磁脈沖波，電磁脈沖波在地層介質(zhì)中傳播時，遇到地下介質(zhì)中的物性分界面（主要是指電導(dǎo)率和介電常數(shù)的差異分界面）時，發(fā)生波的反射和透射；被反射的電磁波傳回地表，被接收天線R所接收，由主控臺控制并接收從接收天線傳回的地下反射回波的信息，在存儲器中存儲每一測點(diǎn)的波形序列、振幅及波的旅行時間（t=/v）；沿測線等間隔移動天線，在每一觀測點(diǎn)上可以獲得一個波形序列；對于整條測線就可以形成一條雷達(dá)剖面。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v已知時，就可根據(jù)反射波組的反射時間，按z=（t×ν）/2推算反射體的深度。壩體存在淺層空洞或者軟弱層等，與正常壩體形成電磁性差異，這種電磁性差異不僅會引起電磁波的反射，而且還會使電磁波發(fā)生衰減和相位等特征的變化。根據(jù)所獲得的地質(zhì)雷達(dá)剖面的反射波同相軸特征、能量衰減、相位變化等信息，便可查明淺層壩體的內(nèi)部質(zhì)量狀況。

4 檢測結(jié)果

4.1 表觀質(zhì)量檢測結(jié)果

（1）大壩護(hù)坡砌石為塊石，體積最大砌石尺寸為40cm×30cm×25cm，體積最小砌石尺寸32cm×21cm×20 cm，砌石厚度20～30 cm，砌石尺寸偏小，重量輕，抗風(fēng)浪沖刷能力差。經(jīng)現(xiàn)場檢查，大壩護(hù)坡砌縫順縫情況嚴(yán)重，實(shí)測砌縫寬度10～80 mm，寬度大于15 mm的砌縫連續(xù)長度164～936 mm，所檢80條砌縫，合格率46.2%，砌縫寬度不滿足規(guī)范要求。

（2）現(xiàn)場開挖樁號9+300、9+200、8+000、7+530、6+920、6+810、4+700、4+100、3+600、3+050部位護(hù)坡，砂墊層厚度29.1～38.8 cm，大小粒徑碎石混雜，碎石墊層厚度17.4～25.6 cm，墊層總厚度41.2～60.3 cm，墊層總厚度偏小值占設(shè)計值的24.6%～48.5%，墊層結(jié)構(gòu)與厚度不滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。坡面平整度局部大于2 cm，不滿足規(guī)范要求。

（3）經(jīng)現(xiàn)場檢查，大壩高程14.0～18.0 m范圍內(nèi)護(hù)坡砌石脫落、護(hù)坡沉陷嚴(yán)重，沉陷深度10～30 cm不等，選擇護(hù)坡表面完整部位測其表面平整度，測得值12～92 mm，合格率41.0%，大壩護(hù)坡表面平整度差，不滿足規(guī)范要求。

表觀質(zhì)量檢測部分結(jié)果示例詳見表1-4。

表1 砌石尺寸檢測結(jié)果一覽表Table 1 Size of the masonry stone

表2 砌縫寬度檢測結(jié)果一覽表Table 2 Width of the joint

表3 表面平整度檢測結(jié)果一覽表Table 3 Surface planeness

4.2 上游壩坡內(nèi)部質(zhì)量檢測結(jié)果

通過探地雷達(dá)檢測大壩樁號7+590斷面可以發(fā)現(xiàn)（見圖1）：測線里程0.5～3.0 m、7.0～9.0 m、10.5～12.0 m、14.0～16.0 m檢測表面以下1.5 m以內(nèi)，電磁波同相軸出現(xiàn)多處斷裂和凹陷現(xiàn)象，并有環(huán)狀異常，表明上游壩坡內(nèi)部存在4處異常。經(jīng)計算分析，可判斷在上述4處壩坡內(nèi)部存在不同程度的塌陷或小空洞。地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果與設(shè)計部門的推測相互印證，因搶施工工期，反濾層未按設(shè)計要求施工，在滲透水流的作用下反濾料流失，被保護(hù)土層的顆粒被滲流帶走形成坍陷，塊石被架空形成小空洞。

5 檢測結(jié)論

檢測結(jié)果表明，大壩上游干砌石護(hù)坡砌石尺寸偏小，重量輕，護(hù)坡順縫情況嚴(yán)重，砌縫寬度大，砌石易松動，砌石下碎石墊層易被風(fēng)浪淘出，護(hù)坡石下碎石墊層混雜，墊層厚度僅達(dá)到原設(shè)計值的51.5%～75.4%，其中，大壩高程14.0～18.0 m范圍內(nèi)護(hù)坡砌石脫落、護(hù)坡沉陷尤為嚴(yán)重，并局部存在小空洞。根據(jù)棘洪灘水庫大壩上游護(hù)坡工程現(xiàn)場質(zhì)量檢測結(jié)果，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評定棘洪灘水庫大壩工程安全性屬B級，基本安全，但有缺陷。水庫大壩安全屬二類壩，基本安全，可在加強(qiáng)監(jiān)控下運(yùn)行。

表4 墊層結(jié)構(gòu)與厚度檢測結(jié)果一覽表Table 4 Structure and thickness of cushion layer

圖1 地質(zhì)雷達(dá)檢測剖面解釋圖Fig.1 Inspection profile of the ground penetrating radar

6 結(jié)語

山東省山丘區(qū)共建成各類水庫5 470座，其中大型33座，中型156座，小型5 281座。由于大多數(shù)小型水庫始建于20世紀(jì)五六十年代，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差，多數(shù)為半拉子工程。據(jù)統(tǒng)計，全省山丘區(qū)有3 735座小型水庫（不包含青島）屬重點(diǎn)危險庫，是防洪安全和正常運(yùn)行安全的心腹之患。上述水庫工程都已運(yùn)行20多年，帶病工作，急需安全鑒定質(zhì)量檢測，本工程所采用的檢測方法對于同類工程質(zhì)量檢測具有一定的借鑒意義和推廣應(yīng)用價值。

[1]吳銘江.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[M].中國水利水電出版社，2012．

[2]金幫琳.既有水利工程安全鑒定質(zhì)量檢測研究[J].水利天地，2011（5）．