楊鳳桂
(河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津300250)
建國以來,我國水利水電建設(shè)事業(yè)取得了巨大成就,據(jù)初步統(tǒng)計(jì),已建水庫8.7萬座,其中絕大多數(shù)建于20世紀(jì)50~70年代,限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,由于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量“先天不足”,現(xiàn)在工程老化失修嚴(yán)重,大量水庫存在不同程度的病險(xiǎn)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全國有各類病險(xiǎn)水庫3.7萬座,這些水庫已成為防汛工作中的薄弱環(huán)節(jié)和最不穩(wěn)定因素。由于水庫病險(xiǎn)類型繁多,同種病險(xiǎn)在不同的地質(zhì)條件下存在較大差別,而土石壩是產(chǎn)生病險(xiǎn)水庫的主要來源。對(duì)土石壩的病險(xiǎn)勘察,主要是查明填筑材料,查明壩基滲漏的主要工程地質(zhì)層、位置及范圍,其本質(zhì)是對(duì)填筑材料的性狀和填筑質(zhì)量作出評(píng)價(jià),確定主要漏水地段或主要滲漏通道的位置、形態(tài)和規(guī)模,估算滲漏量,從而提出防滲處理范圍、深度和處理措施的建議。本文主要從中小型土石壩除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)問題、勘察方法及處理措施3個(gè)方面分析論述。
壩體主要由含碎石壤土、砂壤土、碎石,夾雜細(xì)砂、云母、全風(fēng)化巖組成,且多有裂縫。由于壩體土質(zhì)較雜,成分不均一,壩體整體填筑質(zhì)量較差,密實(shí)度、均勻性較差,造成局部壩體滲漏。
壩基整體或局部為強(qiáng)透水層,如中砂、礫石及卵石層,該層連續(xù)或以透鏡體的形式存在,滲透系數(shù)1×10-3~9×10-2cm/s,成為滲漏的主要通道,是水庫滲漏的主要原因。壩基滲流量較大,庫水通過中砂層及礫石層滲漏至下游,在壩下游多形成大面積的沼澤地帶,造成水庫蓄水困難,影響效益。
另外多數(shù)土石壩建于20世紀(jì)50~70年代,限于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)水平和技術(shù)條件,大多數(shù)土石壩清基不徹底,表層殘積土和風(fēng)化土及淤積土也會(huì)產(chǎn)生水庫滲漏。
壩后排水棱體反濾失效,破壞嚴(yán)重,造成下游壩腳出現(xiàn)集中滲漏,沼澤化嚴(yán)重,沼澤化區(qū)域延伸至下游河床百余米。
溢洪道部分邊墻被毀,部分邊墻、護(hù)底板有破損,溢洪道邊坡巖體被不同組合形式的節(jié)理切割,影響其完整性及穩(wěn)定性,特別是節(jié)理密集發(fā)育地帶,巖體破碎,局部存在有掉塊、塌落現(xiàn)象,穩(wěn)定性較差。
輸水洞閘室均有不同程度的開裂和傾斜,裂縫分布多為縱縫,寬度幾毫米至幾十毫米不等,主要為基礎(chǔ)坐落在不同工程地質(zhì)單元層,造成沉降不均。
由于設(shè)備、資金、技術(shù)條件等條件限制,中小型水庫除險(xiǎn)加固不可能投入較多的勘探、試驗(yàn)工作量,而主要是依據(jù)水庫存在的重要工程地質(zhì)問題,有針對(duì)性地開展勘探及試驗(yàn)工作。
勘察內(nèi)容主要包括地層巖性、填筑質(zhì)量及病害發(fā)生的部位、時(shí)間、產(chǎn)生原因、危害性,特別是軟弱土體(層)及施工填筑形成的軟弱帶等的厚度和空間分布情況,復(fù)核填筑土的物理力學(xué)參數(shù)等;檢查大壩防滲體(心墻、水平鋪蓋等)、過渡層及反濾排水體等質(zhì)量,了解填料級(jí)配、密實(shí)度、滲透系數(shù)等;調(diào)查壩體滲漏、開裂、沉陷、滑坡及其他建筑物險(xiǎn)情的分布位置、范圍、特征及搶險(xiǎn)處理措施與效果,初步分析病害險(xiǎn)情的類型、成因。對(duì)壩址區(qū)包括壩基及兩岸一定范圍,以能包含病險(xiǎn)區(qū)及能分析病險(xiǎn)原因?yàn)樵瓌t,了解巖(土)體透水性、相對(duì)隔水層的埋藏深度、厚度和連續(xù)性,重點(diǎn)是地基滲漏情況,并對(duì)原基礎(chǔ)防滲效果及滲透穩(wěn)定性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。重點(diǎn)要注意壩體與壩基接觸部位的地質(zhì)條件,包括溢洪道、涵管、建筑物附近的變形邊坡等問題。
(1)勘探宜采用鉆探和物探相結(jié)合,勘探點(diǎn)數(shù)量以控制病險(xiǎn)點(diǎn)和主要建筑物為原則,多在滲漏量較大出水點(diǎn)處布孔,沿壩軸線縱橫各布剖面1條,根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整鉆孔間距。
(2)鉆孔深度。帷幕線上深入相對(duì)隔水層(5~15m),其他部位應(yīng)深入壩基以下5~10m。
(3)由于鉆孔對(duì)地層判斷較為準(zhǔn)確,而對(duì)壩基、壩體隱患的位置和分布判斷較差,故對(duì)壩基、壩體隱患的位置和分布,宜采用物探方法探測(cè)。
(4)為取得較準(zhǔn)確的滲透系數(shù),對(duì)壩體(含防滲體)、覆蓋層多進(jìn)行簡單的注水試驗(yàn)、基巖壓水試驗(yàn),多選在代表性部位,以免造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。
(5)對(duì)壩體的填筑質(zhì)量,多宜在壩坡分區(qū)布置探坑,多采用環(huán)刀法取樣,要對(duì)每個(gè)區(qū)作出質(zhì)量評(píng)價(jià),分別提出物理力學(xué)指標(biāo),換算測(cè)其干密度,擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)其最大干密度,確定壓實(shí)系數(shù),評(píng)價(jià)壩體填筑質(zhì)量。
(6)非均質(zhì)壩防滲體,多采用探槽形式查找粘土心墻或斜墻,探槽多垂直壩軸線布置,對(duì)其幾何尺寸滲透系數(shù)和巖土成分進(jìn)行復(fù)核。
(7)溢洪道、涵管、建筑物附近存在變形、邊坡穩(wěn)定等問題的部位,進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)測(cè)繪和檢測(cè)。
(8)勘察過程中,鉆探結(jié)束后應(yīng)及時(shí)采用粘土及水泥漿液對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵,做到質(zhì)量可靠,以免對(duì)壩體造成破壞。
(9)對(duì)于輸水洞基礎(chǔ)穩(wěn)定問題,往往采用鉆探的形式,查明地層條件,確定合適持力層,選擇合理的地基處理方式。
(10)充分收集區(qū)域地質(zhì)資料,地震動(dòng)參數(shù)資料,工程前期勘察、設(shè)計(jì)、施工資料,工程運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)資料,對(duì)病險(xiǎn)的專門觀測(cè)資料。
(11)調(diào)查分析包括地質(zhì)測(cè)繪和病險(xiǎn)調(diào)查,地質(zhì)測(cè)繪按有關(guān)規(guī)程執(zhí)行,病險(xiǎn)調(diào)查應(yīng)調(diào)查其產(chǎn)生部位、發(fā)生時(shí)間、規(guī)模、與氣候和庫水變化的關(guān)系、發(fā)展趨勢(shì)、危害程度等內(nèi)容。
鑒于上述勘察原則與方法,可以看出壩基滲漏、邊坡穩(wěn)定、壩體變形及滲透穩(wěn)定為土石壩水庫除險(xiǎn)加固工程勘察的重點(diǎn),目的在于確定水庫主要漏水地段及主要滲漏通道的位置、形態(tài)和規(guī)模,估算滲漏量,從而提出合理的防滲處理范圍、深度和處理措施的建議。
由于中小型水庫除險(xiǎn)加固工程考慮到資金、時(shí)間等條件限制,工程往往采取簡單可行的處理方法和措施。
(1)對(duì)由于壩體質(zhì)量土體不均產(chǎn)生的細(xì)小裂縫進(jìn)行小壓力灌漿處理,對(duì)壩體灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)。
(2)對(duì)于壩基滲漏,由于中小型水庫大多缺少垂直防滲,除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)壩基防滲處理措施主要考慮采用混凝土防滲墻、高壓擺噴防滲墻兩個(gè)方案,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況選擇合理方案。
(3)對(duì)攔河壩下游壩腳排水棱體進(jìn)行改建完善,修復(fù)排水楞體,對(duì)攔河壩下游進(jìn)行貼坡培厚以放緩壩坡?;靥盍隙嗖捎萌劳?,壩坡坡比宜為1∶2.25。
(4)對(duì)兩岸邊坡和不穩(wěn)定巖土體應(yīng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),對(duì)溢洪道破損嚴(yán)重段,采用錨桿、噴護(hù)做簡單處理,若出口未設(shè)消能防沖工程,建議采取適宜的防沖措施。
(5)對(duì)于壩體塌陷部位進(jìn)行翻修處理,首先拆除原干砌石護(hù)坡,挖出反濾料,對(duì)壩面進(jìn)行清基,隨后回填壤土至原設(shè)計(jì)壩坡坡度,然后再鋪設(shè)反濾料和干砌石。
(6)對(duì)于輸水洞閘室基礎(chǔ)穩(wěn)定問題,往往采用拆除現(xiàn)有危險(xiǎn)閘室,對(duì)軟弱地基進(jìn)行換填、復(fù)合地基和樁基等形式處理。
中小型土石壩水庫壩基滲漏、壩體填筑質(zhì)量差、溢洪道邊坡穩(wěn)定、壩體變形,輸水洞閘室地基不均勻沉降等問題為水庫除險(xiǎn)加固的主要工程地質(zhì)問題。只有徹底查清險(xiǎn)庫病因,取得真實(shí)、準(zhǔn)確的地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)資料,才能提出更好的處理措施和方案,取得滿意的除險(xiǎn)加固效果。
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