淺談小型病險水庫存在的主要工程地質(zhì)問題及對策

摘要：病險水庫是指水庫及水庫大壩安全鑒定或全面評估為三類壩，即實際抗御洪水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到部頒水利樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標(biāo)準(zhǔn)，或者工程存在較嚴(yán)重的安全隱患，不能按設(shè)計正常運行的大壩。本文選取5座問題突出、特點明顯的小型水庫除險加固設(shè)計過程中遇到的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析，探討對小型水庫存在問題的解決對策。

關(guān)鍵詞：病險水庫 工程地質(zhì)問題 解決對策

目前河北省小型病險水庫大都修建于上世紀(jì)的六七十年代，因受當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的影響和資金投入情況有限，水庫建設(shè)缺乏科學(xué)性根據(jù)，并且存在部分工程是沒有嚴(yán)格按照水利工程的規(guī)劃設(shè)計而建造的，本身存在一定的落后性因素和不健全因素使其性能不能滿足當(dāng)今農(nóng)業(yè)等行業(yè)的發(fā)展需求?！笆濉逼陂g我院完成了河北省小型病險水庫除險加固初步設(shè)計工作近百余座。在地質(zhì)勘察中，首抓病險水庫區(qū)域地質(zhì)測繪及地質(zhì)調(diào)查，通過鉆探和坑探進(jìn)一步分析，結(jié)合野外原位測試實驗及室內(nèi)土工試驗，查明壩址區(qū)的水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件。

1 小型病險水庫的特點

大部分小型病險水庫已運行40～60年，庫容多小于100萬m3，其工程等別多為V等，主要建筑物多為5級，大多數(shù)水庫均為首次進(jìn)行除險加固處理。由于歷史原因，主要存在以下特點：①缺乏建庫資料。水庫在建設(shè)時沒有專業(yè)的設(shè)計人員，沒有前期的地質(zhì)勘測及土工試驗等前期工作?？辈焖畮觳荒苊婷婢愕剑缬薪◣熨Y料，便能提供有力的佐證。②水庫施工質(zhì)量差。水庫均為當(dāng)?shù)卣M織民工大搞群眾運動完成，在施工過程中未曾取樣檢測土及混凝土的物理、力學(xué)各項指標(biāo)。在除險加固施工過程中存在壩體填土不均勻，質(zhì)量偏差較大現(xiàn)象。個別水庫存在未按施工圖紙施工。③工程管理不到位。小型水庫多為村級管理，為牟取個人利益，私自抬高溢洪道堰頂高程、加高壩頂高程、私搭亂建、農(nóng)作物與樹木亂植等現(xiàn)象明顯。④管理設(shè)施不完善。水庫無管理房屋及通訊管理設(shè)施，不能滿足正常管理要求。⑤工程未完建，便蓄水運用。

2 小型病險水庫的主要工程地質(zhì)問題

在小型病險水庫勘察過程中重點查明《大壩安全鑒定報告書》中所存在的問題，同時兼顧在水庫勘察過程中所暴露的其他問題。本文對南崗子、前莊水庫等5座水庫進(jìn)行了分析，對共性問題強、特點突出的工程地質(zhì)問題進(jìn)行討論，其主要存在的工程地質(zhì)問題有：壩基滲漏、心墻頂高程較低、心墻土質(zhì)量較差等。見表2.1。

2.1 壩基滲漏問題 蓄水水庫如果產(chǎn)生過大滲漏，直接影響水庫的效益，同時還會因滲漏導(dǎo)致其他一些不良的后果，仔細(xì)研究壩基滲漏問題是十分有必要的。

庫水主要沿第四系疏松的卵礫石層、砂土層及基巖中各種結(jié)構(gòu)面和溶蝕孔洞等通道產(chǎn)生滲漏。引起滲透變形的動力因素是動水壓力，一旦當(dāng)滲流的動水壓力達(dá)到巖土的抗?jié)B強度時，就會發(fā)生滲透變形。一般來說，滲漏有一個發(fā)展過程，到了極端狀態(tài)將產(chǎn)生滲透破壞，沒有發(fā)展到這個極端狀態(tài)之前，只能說是存在安全隱患，但工程相對來說是安全的。例如，豐寧縣南崗子水庫鉆孔揭露壩基主要為第四系上更新統(tǒng)的粉砂、礫砂及圓礫，其滲透系數(shù)建議值分別為8.0×10-3cm/s、8.0×10-2cm/s和0.2cm/s，具中等～強透水性，導(dǎo)致水庫自建壩來基本處于干涸狀態(tài)，該水庫目前主要起緩洪作用。贊皇縣孤山井溝水庫同樣壩基揭露第四系全新統(tǒng)沖洪積中砂及全風(fēng)化巖體，均具中等透水性，推測建壩時清基不徹底導(dǎo)致，目前該水庫也基本處于干涸狀態(tài)。

而靈壽縣前莊水庫，鉆孔QZ1揭露壩基強風(fēng)化片麻巖，經(jīng)注水試驗滲透系數(shù)為2.3×10-3cm/s，具中等透水性，在鉆探過程中出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象，且?guī)r芯多破碎，但下游未見明顯水流出溢，推測鉆孔QZ1強風(fēng)化巖體較破碎、裂隙發(fā)育，存在局部滲漏通道，由于水庫運行多年，庫區(qū)淤積細(xì)粒土層對滲漏通道自然封堵所致。

以上水庫雖然壩基存在滲漏現(xiàn)象，但水庫均已運行多年，且經(jīng)過計算各特征水位下壩基滲流坡降均小于滲流坡降，因此依據(jù)水利部“重點小型水庫病險水庫除險加固工程初步設(shè)計指導(dǎo)意見”，對滲漏問題可按“允許滲漏但不允許滲透破壞”的原則采取工程措施，本次除險加固未對壩基進(jìn)行防滲的設(shè)計。

2.2 心墻頂高程較低 心墻土位于壩體中間，由滲透系數(shù)較低的粘性土料作為防滲體。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定，土質(zhì)防滲體頂部在正常蓄水位或設(shè)計洪水位以上的超高應(yīng)為0.3～0.6m，非常運用條件下，防滲體頂部不應(yīng)低于非常運用條件的靜水位。當(dāng)庫區(qū)水位高于心墻頂高程時，對壩體安全十分不利。

例如，東勝溝水庫根據(jù)鉆孔揭露情況表明，心墻頂高程為174.30m與校核洪水位176.34m相差2.01m，與正常蓄水位174.30m齊平，詳見圖2-1。東勝溝水庫在2013年5月11日開始對大壩施工，施工過程中未放空水庫，一直保持高水位運行，由于施工過程中有重車碾壓，對大壩頂部土體局部造成損壞。2013年5月10日左右，平山普降大雨，水位與正常蓄水位相近。5月13日，施工單位對下游壩坡施工時發(fā)現(xiàn)下游壩坡出現(xiàn)兩處滲漏帶、一處明流。而水庫運行多年，未見滲漏情況。

其原因分析如下：下游壩坡滲水點高程較高，且下游壩腳未見滲流出逸，分析滲水原因為大壩長時間高水位運行，壩頂部土體局部造成損壞，水流通過心墻上部滲流造成，壩后缺少排水設(shè)施。壩腳處原來為一條灌溉渠道，填筑的土料滲透性較差，造成壩后排水不暢，抬高了壩后滲流出逸點。輸水洞上部有滲水點，高于輸水洞高程，分析滲水應(yīng)是心墻頂上部滲流造成。

從水庫現(xiàn)狀運行狀況分析，可能存在上部壩體土填筑質(zhì)量不均勻，局部存在夯填不密實，施工處理不良，心墻頂高程不均一等情況。本次采取工程措施為粘土心墻接高方案。

2.3 心墻土質(zhì)量較差 粘土心墻質(zhì)量要求較高。依據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）附錄A關(guān)于防滲體土料的質(zhì)量指標(biāo)要求：粘粒含量15%～40%為宜；塑性指數(shù)10～20；碾壓后滲透系數(shù)小于10-5cm/s，并小于壩殼透水料的50倍。某些小型水庫由于無科學(xué)指導(dǎo)、施工盲目等歷史原因，且山區(qū)粘性土料缺乏，多以山皮土填筑為主，導(dǎo)致心墻土質(zhì)量較差，不滿足規(guī)范要求。雖然水庫已運行多年，未發(fā)生險情，但應(yīng)及時消除安全隱患。

例如，大洋溝水庫鉆孔揭露情況表明，壩頂鉆孔DYG1和鉆孔DYG2孔深12.5m（高程116.42m）范圍內(nèi)為含細(xì)粒土粗砂，偶見壤土夾層，細(xì)粒土含量約30%。據(jù)當(dāng)年修建水庫施工人員介紹，受當(dāng)時施工條件和技術(shù)水平限制，心墻土材料大部分為附近山皮土，與上下游壩坡材料一致。上游水位常年維持在125.10m，比正常蓄水位126.80m低1.70m，但下游河床未見明顯滲透痕跡。為查明原因，在壩頂布置探坑一個，現(xiàn)場進(jìn)行雙環(huán)注水試驗，試驗結(jié)果表明該含細(xì)粒土粗砂的滲透系數(shù)為8.2×10-4cm/s，具中等透水性；但結(jié)合歷史運行工況及注水成果認(rèn)為上部心墻土體質(zhì)量接近均質(zhì)壩土料。為消除安全隱患，本次除險加固設(shè)計采取上游鋪設(shè)土工膜的設(shè)計方案。

3 結(jié)語

小型水庫在實際應(yīng)用中普遍存在于基層，服務(wù)廣大農(nóng)村生產(chǎn)、生活，只有充分認(rèn)識到小型水庫的重要性，才能為廣大人民群眾帶來更大的福利?！皦位鶟B漏、心墻頂高程較低、心墻土質(zhì)量較差”等工程地質(zhì)問題是小型水庫在除險加固過程中常見的一些地質(zhì)問題，應(yīng)正確對待，保證壩體運行安全，排除隱患。在施工過程中應(yīng)加強施工地質(zhì)工作，應(yīng)對地質(zhì)變化對工程造成的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]李智毅，楊裕云.工程地質(zhì)學(xué)概論[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1994：294～298.

[2]SL 274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SL 251-2000，水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].

[4]劉康水.我國基層水利發(fā)展存在的問題及對策[J].城市建設(shè)理論研究，2013（36），61.

作者簡介：高海波（1984-），男，河北蠡縣人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程設(shè)計工作。