病險水庫大壩安全鑒定勘察鉆孔注水試驗、壓水試驗的應(yīng)用

湯江平　陳喜

摘 要：病險水庫壩體安全鑒定勘察中采用注水試驗、壓水試驗取得的巖土層的滲透系數(shù)、透水率，是鑒定巖土層滲透性的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鉆孔注水試驗；壓水試驗；滲透系數(shù)；透水率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.108

1 前言

鉆孔注水試驗、壓水試驗是水庫工程地質(zhì)勘察中常用的原位試驗方法。鉆孔注水試驗是通過鉆孔向試段注水，以確定巖土層的滲透系數(shù)的原位試驗方法，可分為鉆孔常水頭注水試驗和降水頭注水試驗。 鉆孔壓水試驗是用栓塞隔離出一定長度的孔段，并向該孔段壓水，根據(jù)壓力與流量的關(guān)系確定巖體滲透特性的一種原位滲透試驗。

2 試驗簡介

鉆孔常水頭注水試驗適用于滲透性比較大的壤土、粉土、砂土和砂卵礫石層，或不能進行壓水試驗的風(fēng)化、破碎巖體，斷層破碎帶和其他透水性強的巖體等。鉆孔降水頭注水試驗適用于地下水位以下滲透系數(shù)比較小的粘性土層或巖層。鉆孔壓水試驗其主要任務(wù)是測定巖體的透水性，為評價巖體的滲透特性和設(shè)計滲控提供基本資料。

3 水庫勘察注水試驗、壓水試驗的應(yīng)用

十堰市鄖陽區(qū)譚家灣水庫是一座以灌溉、人畜飲水為主，兼有防洪、發(fā)電等綜合效益的中型水庫。水庫樞紐工程由心墻土石壩、溢洪道、引水隧洞、壩后水電站等主要建筑物組成。

譚家灣水庫原建于1959年，壩高28.30m，為心墻壩。1966年擴建加高到34.4m，上部為斜墻壩，壩頂高程238.40m，壩頂長246.5m，為小型水庫。1993年動工擴建，該水庫擴建增容為中型水庫。在下游壩腳不動的前提下，從大壩上游面加高，仍采用心墻土石壩結(jié)構(gòu)。大壩軸線采用折線布置，在原壩上游向庫內(nèi)加高11.2m，壩軸線向上游平移18.85m，在高程230.50m處與原心墻軸線重合，壩高47.2m。2002年5月完工，達到中型水庫規(guī)模，現(xiàn)已投入使用10多年。2005年2月，大壩外壩腳右岸出現(xiàn)明顯滲漏。

水庫設(shè)計灌溉面積1.0萬畝，水庫為譚家灣鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、楊溪三鄉(xiāng)鎮(zhèn)10萬余人提供生活生產(chǎn)用水，影響下游鄖縣縣城、譚家灣及楊溪鎮(zhèn)、209國道以及一大批工礦企業(yè)和十多萬人的生命財產(chǎn)安全，一旦發(fā)生重大險情，將會造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。

3.1 壩體主要險情

水庫經(jīng)過50多年運用，大壩壩體存在較大安全隱患，主要表現(xiàn)如下：

（1）大壩始建于六十年代，壩體粘土心墻及堆石填筑質(zhì)量較差；下游壩坡腳高水位時局部散浸。壩體、壩基、右壩肩存在滲水現(xiàn)象。

（2）上游干砌塊石及六棱形預(yù)制塊護砌浪蝕較嚴重，局部垮塌、出現(xiàn)裂縫；下游草皮護坡雨淋沖蝕破壞較嚴重，局部損壞、脫坡，代料外露。排水棱體局部塌陷變形，干砌塊石風(fēng)化破碎。過水渠道及排水溝局部破損。

（3）大壩壩體沉降明顯，現(xiàn)沉陷量最大0.43m，壩頂無防浪墻。

勘察工作主要采用鉆探取樣、鉆孔注水試驗、壓水試驗、標準貫入、重型動力觸探等原位試驗手段進行。

3.2 壩基工程地質(zhì)條件及評價

壩基為震旦系耀嶺河群吳家梁組綠泥鈉長石英片巖，強風(fēng)化層厚0.50～1.50m。弱風(fēng)化層揭露厚度7.40～25.40m。壩基弱風(fēng)化綠泥鈉長石英片巖抗壓強度標準值24.25Mpa，屬較軟巖，壩基巖體分類為CⅣ類。

勘察對壩基巖體進行了37段鉆孔壓水試驗，根據(jù)壓水試驗成果，壩基強風(fēng)化片巖透水率為14.94～17.89Lu，平均值為15.90Lu，為中等透水層；壩基弱風(fēng)化片巖透水率為4.18～8.63Lu，平均值為6.45Lu，為弱透水層。

壩體心墻與壩基間接觸帶清基不徹底，基槽大部分開挖至強風(fēng)化綠泥鈉長石英片巖。壩基清基后凸凹不平，接觸帶心墻未經(jīng)嚴格碾壓，心墻與下部壩基巖石結(jié)合不緊，局部存在滲漏現(xiàn)象，壩基接合面長期滲流，造成接觸帶滲漏。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274—2001），3級及以下的土石壩壩基帷幕灌漿設(shè)計標準，相對隔水層透水率為5—10Lu。壩基強風(fēng)化綠泥鈉長石英片巖滲透性不能滿足要求。由于壩基清基不徹底，存在壩基滲漏和壩肩滲漏現(xiàn)象，需作灌漿防滲處理。

3.3 壩體工程地質(zhì)條件及評價

壩頂保護層主要由碎石、巖屑及少量塊石、粘性土組成，厚度0.5～0.8m。

大壩心墻為黃褐色粘土，呈硬塑狀態(tài)，局部含5%～10%角礫。心墻局部底部含少量礫砂透鏡體，厚度0.5～0.8m。壩殼代料主要由角礫、碎塊石及砂類土、巖石碎屑、少量粘性土組成。上部3.0～5.0m主要成份為塊石，巖屑及砂類土充填。底部4.0～8.0m粘性土含量較高，約20～30%。

勘察對壩體心墻在在野外進行了29段鉆孔注水試驗（表1）。

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔注水試驗結(jié)果分析，壩體心墻粘土的滲透系數(shù)區(qū)間值為1.28×10-5—9.40×10-5cm/s，滲透系數(shù)取平均值為5.33×10-5cm/s，滲透性分級為弱透水。大壩1960年原粘土心墻滲透系數(shù)稍大于1993年擴建后粘土心墻滲透系數(shù)。

評價依據(jù)為《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）防滲土料應(yīng)滿足下列要求，粘土心墻堆石壩粘土料的滲透系數(shù)不大于1×10-5 cm/s?，F(xiàn)場注水試驗結(jié)果表明，壩體填土滲透系數(shù)平均值5.33×10-5cm/s，不滿足規(guī)范要求。

本次勘察對壩殼代料在在野外進行了19段鉆孔注水試驗，根據(jù)現(xiàn)場注水試驗結(jié)果分析，壩殼代料碎石土的滲透系數(shù)區(qū)間值為3.08×10-3—8.91×10-3cm/s，滲透系數(shù)取平均值為5.30×10-3cm/s，滲透性分級為中等透水。壩殼代料密實度基本符合要求，透水性較好。

大壩始建于1959年，后于1966年、1993年兩次擴建加高，受當時施工條件及施工技術(shù)的限制，建壩時，壩體心墻未達到土料最優(yōu)含水量及最大干密度，成分不均勻，壓實質(zhì)量較差，壓實度未達到規(guī)范要求。

根據(jù)鉆探及土工試驗分析資料，壩體心墻粘土質(zhì)呈硬塑狀。根據(jù)室內(nèi)擊實試驗結(jié)果：①-1層粘土最優(yōu)含水率16.7%，最大干密度1.74g/cm3。

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依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274—2001），3級中、低壩及3級以下的中壩粘性土壓實度應(yīng)為96%-98%，取壓實度96%為基本控制標準，對應(yīng)控制干密度1.67g/cm3，對壩體填筑質(zhì)量進行評價。粘性土的填筑含水量一般應(yīng)控制在最優(yōu)含水量附近，其上下限偏離最優(yōu)含水量不超過±2%～3%，心墻填土最優(yōu)含水量上限控制值為23.18%。

實測壩體心墻干密度在1.46～1.63g/cm3之間，平均干密度1.57g/cm3，實際壓實度為84%～94%，平均壓實度90%，由此推斷壩體心墻密實度不滿足要求。心墻天然含水量在21.6～27.6%之間，大部分高于最優(yōu)含水量上限控制值。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，水庫下游壩坡存在局部散浸，右壩肩壩坡坡腳有一處明流，造成壩腳土質(zhì)軟化，影響壩體的安全。

壩頂沉陷主要分布于壩體河床段壩頂，大壩呈兩端高中間低的趨勢，目前壩體中段已沉陷深度最大達0.43m，規(guī)模較長，變形程度較嚴重。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合勘察的成果分析，壩體沉陷的原因主要為壩體心墻填土局部較為松軟，部分具高壓縮性，壩體心墻填筑質(zhì)量差，碾壓欠密實，易于產(chǎn)生不均勻沉降。壩體心墻沉陷對大壩的危害程度較大，危險性較大?，F(xiàn)場調(diào)查壩體滲漏現(xiàn)象和現(xiàn)場鉆孔注水試驗、壓水試驗數(shù)據(jù)基本吻合。建議對大壩采用灌漿防滲防滲處理，降低壩體的滲透性。

鉆孔注水試驗、壓水試驗是查明壩體、壩基具體滲漏原因、滲漏位置的重要方法之一，具有一定的真實性、準確性。在水利建筑物勘察中，采用水文地質(zhì)試驗與鉆探結(jié)合，能更好地達到勘察目的，有效發(fā)現(xiàn)工程中存在的安全隱患。

參考文獻：

[1]《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》（SL31—2003）.

[2]《水利水電工程鉆孔注水試驗規(guī)程》（SL345—2007）.

[3]《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487—2008）.

[4]《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL55—2005）.