安溪縣病險(xiǎn)水庫(kù)地質(zhì)勘察與病害分析

□ 董大筑

一、基本情況

福建省安溪縣域內(nèi)現(xiàn)有?。?）型以上水庫(kù)49座（不含電站水庫(kù)），其中中型水庫(kù)2座，小（1）型水庫(kù)7座，小（2）型水庫(kù)40座，大部分興建于上世紀(jì)50～70 年代,擋水建筑物絕大部分為土壩。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，一些工程病害險(xiǎn)情嚴(yán)重。為確保水庫(kù)安全運(yùn)行，近年來(lái)全縣已完成24座水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作。

二、病險(xiǎn)水庫(kù)地質(zhì)勘察

病險(xiǎn)水庫(kù)地質(zhì)勘察有3個(gè)比較明顯的特點(diǎn)：一是壩基地質(zhì)現(xiàn)象被隱蔽,有些構(gòu)造物的建設(shè)存在隨機(jī)性；二是需要對(duì)一些構(gòu)造物的質(zhì)量和位置進(jìn)行勘探和測(cè)試；三是地質(zhì)勘察工作集中在安全鑒定勘察和除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)勘察階段。關(guān)于病險(xiǎn)水庫(kù)安全鑒定勘察的精度問(wèn)題，可參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》( GB50487-2008)和《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55-2005) 所規(guī)定的“初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察”和“技施設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察之專門性工程地質(zhì)問(wèn)題勘察”精度，以保證地質(zhì)勘察成果的全面性和可靠性。

（一）施工和運(yùn)行調(diào)查

水庫(kù)建設(shè)之初,受當(dāng)時(shí)財(cái)力、技術(shù)水平、施工設(shè)備、施工經(jīng)驗(yàn)和施工環(huán)境等條件限制,部分工程存有一定的安全隱患，如建筑物結(jié)構(gòu)不合理,清基不徹底,工段結(jié)合部缺陷,主要天然建筑材料不合格,明渠導(dǎo)流設(shè)施處理不當(dāng)?shù)?。工程運(yùn)行期間,或多或少地受自然災(zāi)害、環(huán)境水腐蝕、超負(fù)荷運(yùn)行、滲流及人為破壞等因素影響，必須通過(guò)施工和運(yùn)行調(diào)查,為地質(zhì)勘察和病險(xiǎn)工段成因分析及水庫(kù)病險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)提供基本資料,作為病險(xiǎn)水庫(kù)地質(zhì)勘察和水庫(kù)病險(xiǎn)地質(zhì)評(píng)價(jià)的依據(jù)。

（二）庫(kù)區(qū)地質(zhì)勘察

地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容是庫(kù)岸穩(wěn)定、水庫(kù)滲漏和水庫(kù)淤積問(wèn)題。其中水庫(kù)滲漏和水庫(kù)淤積問(wèn)題的地質(zhì)勘察,視病險(xiǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行,而庫(kù)岸穩(wěn)定的地質(zhì)勘察,不管病險(xiǎn)是否存在,均要進(jìn)行,尤其是要對(duì)近壩庫(kù)岸的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行研究。勘察方法一般采用地質(zhì)測(cè)繪、槽坑探的地表研究以及必要的工程鉆探或硐探的深層研究。

（三）壩區(qū)地質(zhì)勘察

根據(jù)工程地質(zhì)勘察范圍，重點(diǎn)勘察壩區(qū)前期及調(diào)查了解到的險(xiǎn)情及隱患，合理布置勘探點(diǎn)?？碧近c(diǎn)的間距、勘察手段和測(cè)試方法可參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》( GB50487-2008) 和《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》( SL22-2005)所規(guī)定的“初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察”的要求布置。

1.壩體勘察。了解壩體的填(澆)筑質(zhì)量，裂縫位置、寬度、性狀，滲漏通道、范圍、性質(zhì)，浸潤(rùn)面分布狀況，滑坡體范圍、滑移面寬度、性狀，施工缺陷，結(jié)構(gòu)體材料的性質(zhì)及其他病險(xiǎn)特征和相關(guān)問(wèn)題?？辈旆椒ㄒ话悴捎勉@探、坑探、井探和物探等地質(zhì)勘探手段,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)體的巖土試驗(yàn)和壓(注) 水試驗(yàn)等手段對(duì)壩體病害進(jìn)行綜合勘察。

2.壩基工程地質(zhì)勘察。通過(guò)地質(zhì)踏勘，了解工程區(qū)地形條件，調(diào)查施工和運(yùn)行期間的壩基險(xiǎn)情及隱患，查明壩基清基情況和壩基工程地質(zhì)條件,分析壩基工程地質(zhì)問(wèn)題,評(píng)價(jià)壩基工程地質(zhì)問(wèn)題對(duì)壩基穩(wěn)定的影響程度?？辈旆椒ㄒ话悴捎玫刭|(zhì)測(cè)繪、鉆探、井探和物探等地質(zhì)勘探手段,以及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、巖土試驗(yàn)、壓(注) 水試驗(yàn)、壩基承壓水頭(揚(yáng)壓力) 觀測(cè)等手段對(duì)壩基進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。

三、水庫(kù)病害成因分析

水庫(kù)受運(yùn)行條件,氣候、地理、地質(zhì)條件以及建設(shè)時(shí)期的特定環(huán)境影響,工程設(shè)施存在不同程度的病害。這些病險(xiǎn)水庫(kù)在為人民生產(chǎn)生活提供水源,促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的同時(shí),也對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

（一）庫(kù)岸穩(wěn)定問(wèn)題

水庫(kù)岸坡在水庫(kù)蓄水后,由于地下水環(huán)境的惡化而成為新的不穩(wěn)定體,尤其是近壩不穩(wěn)定體,對(duì)水庫(kù)的安全影響很大。庫(kù)岸滑坡主要受岸坡第四系松散堆積物厚度、巖體風(fēng)化程度、岸坡坡度和地下水環(huán)境改變的控制和影響。如大坪鄉(xiāng)大壁水庫(kù)右岸庫(kù)首的風(fēng)化巖體滑坡，庫(kù)首右岸山體低矮單薄,岸坡并不陡,但因巖體嚴(yán)重風(fēng)化,受水庫(kù)蓄水影響,山體地下水位抬高,風(fēng)化巖體受地下水的泥化作用,在全風(fēng)化巖體中的應(yīng)力集中接口(滑弧) 產(chǎn)生滑坡。水庫(kù)蓄水后的庫(kù)岸滑坡一般分布在庫(kù)首，因?yàn)樗畮?kù)蓄水后,庫(kù)首水深最大,岸坡地下水壅高最明顯,離河底較高處的岸坡巖體風(fēng)化更為強(qiáng)烈,受地下水的潤(rùn)滑和軟化作用,使處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)的巖土不穩(wěn)定體發(fā)生滑塌。

（二）土石壩沉降問(wèn)題

據(jù)已有地質(zhì)勘察資料反映,較多土石壩壩基或多或少地保留了第四系松散堆積物,堆積厚度一般2～4 m ,軟弱層極少見(jiàn),堆積物的天然密度多大于壩體填筑密度,且在壩體荷載作用下進(jìn)一步壓密,這說(shuō)明壩基的壓縮變形是極有限的。

土石壩沉降問(wèn)題主要源于土石壩本身因壩體填筑不實(shí)而產(chǎn)生的自重固結(jié)變形，過(guò)量的變形將導(dǎo)致壩體裂縫或壩高不足。土石壩填筑不實(shí)的原因：一是碾壓不夠，如金谷鉛空水庫(kù)土壩。鉆孔巖心結(jié)構(gòu)松散,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)偏低,鉆孔注水試驗(yàn)滲水量大；二是填筑土含水量太高,如湖頭橫山水庫(kù)土壩。據(jù)調(diào)查走訪原建設(shè)者得知，在土壩施工期間經(jīng)常下雨，局部層段土體含水量偏高，水庫(kù)運(yùn)行期間,高含水量的層段發(fā)生沉降變形；三是分段填筑的施工縫處理不當(dāng),如官橋新村水庫(kù)土壩。當(dāng)時(shí)人工挑土上壩,二、三個(gè)壩段同時(shí)填筑,因壩段間施工縫自壩底至壩頂均未作碾壓處理或處理不當(dāng),使壩體產(chǎn)生沉降變形。

（三）土石壩裂縫問(wèn)題

常見(jiàn)的土石壩裂縫是平行壩軸線方向的縱縫和垂直壩軸線方向的橫縫。土石壩背水坡的縱縫多由壩坡偏陡、上下游差異沉降、壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮和壩體向下游的滲透動(dòng)水壓力作用引起。但多數(shù)土石壩背水坡較為平整,且布有貼坡或棱體反濾排水,土石壩背水坡的縱縫一般不多見(jiàn)。土石壩迎水坡或壩頂?shù)目v縫多由壩坡偏陡、壩體向上游的滲透動(dòng)水壓力作用和壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮所致。由于水庫(kù)的不斷蓄水和放水,使土石壩迎水坡的壩體土頻繁出現(xiàn)飽水和失水現(xiàn)象,尤其是在庫(kù)水位發(fā)生驟降情況下,這種縱縫很容易產(chǎn)生,有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生滑坡。如城廂園口水庫(kù)主壩,因迎水坡土體頻繁出現(xiàn)飽水和失水,從而產(chǎn)生多條縱縫。土石壩的橫向裂縫多由壩體土粘粒含量太高產(chǎn)生干縮、分段填筑的施工縫處理不當(dāng),或壩體產(chǎn)生差異滑動(dòng)與沉降所致。如官橋新村水庫(kù)土壩,因人工挑土上壩,分段填筑施工縫處理不當(dāng),形成施工縫處的差異沉降橫縫。又如湖頭橫山水庫(kù)土壩,壩體中放水涵管發(fā)生過(guò)滲漏管涌流失,造成壩體差異沉降和壩體差異滑動(dòng),使壩體產(chǎn)生許多橫縫。

四、結(jié)束語(yǔ)

由于水庫(kù)所處的氣候、地理、地質(zhì)條件以及工程建設(shè)時(shí)期的自身局限，水庫(kù)病害具有一定的地方特色。病害水庫(kù)的地質(zhì)勘察應(yīng)根據(jù)調(diào)查了解到的工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和險(xiǎn)情及原有的地質(zhì)資料,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)踏勘,有針對(duì)性地選擇適合的地質(zhì)勘察手段和方法，查明存在的病害,正確分析水庫(kù)病害成因,為確定水庫(kù)病害程度和病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。