安溪县病险水库地质勘察与病害分析

□ 董大筑

一、基本情况

福建省安溪县域内现有小（2）型以上水库49座（不含电站水库），其中中型水库2座，小（1）型水库7座，小（2）型水库40座，大部分兴建于上世纪50～70 年代,挡水建筑物绝大部分为土坝。经过几十年的运行，一些工程病害险情严重。为确保水库安全运行，近年来全县已完成24座水库的除险加固工作。

二、病险水库地质勘察

病险水库地质勘察有3个比较明显的特点：一是坝基地质现象被隐蔽,有些构造物的建设存在随机性；二是需要对一些构造物的质量和位置进行勘探和测试；三是地质勘察工作集中在安全鉴定勘察和除险加固初步设计勘察阶段。关于病险水库安全鉴定勘察的精度问题，可参照《水利水电工程地质勘察规范》( GB50487-2008)和《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005) 所规定的“初步设计阶段工程地质勘察”和“技施设计阶段工程地质勘察之专门性工程地质问题勘察”精度，以保证地质勘察成果的全面性和可靠性。

（一）施工和运行调查

水库建设之初,受当时财力、技术水平、施工设备、施工经验和施工环境等条件限制,部分工程存有一定的安全隐患，如建筑物结构不合理,清基不彻底,工段结合部缺陷,主要天然建筑材料不合格,明渠导流设施处理不当等。工程运行期间,或多或少地受自然灾害、环境水腐蚀、超负荷运行、渗流及人为破坏等因素影响，必须通过施工和运行调查,为地质勘察和病险工段成因分析及水库病险程度评价提供基本资料,作为病险水库地质勘察和水库病险地质评价的依据。

（二）库区地质勘察

地质勘察的主要内容是库岸稳定、水库渗漏和水库淤积问题。其中水库渗漏和水库淤积问题的地质勘察,视病险的实际情况进行,而库岸稳定的地质勘察,不管病险是否存在,均要进行,尤其是要对近坝库岸的潜在危险进行研究。勘察方法一般采用地质测绘、槽坑探的地表研究以及必要的工程钻探或硐探的深层研究。

（三）坝区地质勘察

根据工程地质勘察范围，重点勘察坝区前期及调查了解到的险情及隐患，合理布置勘探点。勘探点的间距、勘察手段和测试方法可参照《水利水电工程地质勘察规范》( GB50487-2008) 和《中小型水利水电工程地质勘察规范》( SL22-2005)所规定的“初步设计阶段工程地质勘察”的要求布置。

1.坝体勘察。了解坝体的填(浇)筑质量，裂缝位置、宽度、性状，渗漏通道、范围、性质，浸润面分布状况，滑坡体范围、滑移面宽度、性状，施工缺陷，结构体材料的性质及其他病险特征和相关问题。勘察方法一般采用钻探、坑探、井探和物探等地质勘探手段,标准贯入试验、结构体的岩土试验和压(注) 水试验等手段对坝体病害进行综合勘察。

2.坝基工程地质勘察。通过地质踏勘，了解工程区地形条件，调查施工和运行期间的坝基险情及隐患，查明坝基清基情况和坝基工程地质条件,分析坝基工程地质问题,评价坝基工程地质问题对坝基稳定的影响程度。勘察方法一般采用地质测绘、钻探、井探和物探等地质勘探手段,以及标准贯入试验、岩土试验、压(注) 水试验、坝基承压水头(扬压力) 观测等手段对坝基进行工程地质勘察。

三、水库病害成因分析

水库受运行条件,气候、地理、地质条件以及建设时期的特定环境影响,工程设施存在不同程度的病害。这些病险水库在为人民生产生活提供水源,促进社会发展的同时,也对下游人民生命财产安全产生严重威胁。

（一）库岸稳定问题

水库岸坡在水库蓄水后,由于地下水环境的恶化而成为新的不稳定体,尤其是近坝不稳定体,对水库的安全影响很大。库岸滑坡主要受岸坡第四系松散堆积物厚度、岩体风化程度、岸坡坡度和地下水环境改变的控制和影响。如大坪乡大壁水库右岸库首的风化岩体滑坡，库首右岸山体低矮单薄,岸坡并不陡,但因岩体严重风化,受水库蓄水影响,山体地下水位抬高,风化岩体受地下水的泥化作用,在全风化岩体中的应力集中接口(滑弧) 产生滑坡。水库蓄水后的库岸滑坡一般分布在库首，因为水库蓄水后,库首水深最大,岸坡地下水壅高最明显,离河底较高处的岸坡岩体风化更为强烈,受地下水的润滑和软化作用,使处于临界稳定状态的岩土不稳定体发生滑塌。

（二）土石坝沉降问题

据已有地质勘察资料反映,较多土石坝坝基或多或少地保留了第四系松散堆积物,堆积厚度一般2～4 m ,软弱层极少见,堆积物的天然密度多大于坝体填筑密度,且在坝体荷载作用下进一步压密,这说明坝基的压缩变形是极有限的。

土石坝沉降问题主要源于土石坝本身因坝体填筑不实而产生的自重固结变形，过量的变形将导致坝体裂缝或坝高不足。土石坝填筑不实的原因：一是碾压不够，如金谷铅空水库土坝。钻孔岩心结构松散,标准贯入试验击数偏低,钻孔注水试验渗水量大；二是填筑土含水量太高,如湖头横山水库土坝。据调查走访原建设者得知，在土坝施工期间经常下雨，局部层段土体含水量偏高，水库运行期间,高含水量的层段发生沉降变形；三是分段填筑的施工缝处理不当,如官桥新村水库土坝。当时人工挑土上坝,二、三个坝段同时填筑,因坝段间施工缝自坝底至坝顶均未作碾压处理或处理不当,使坝体产生沉降变形。

（三）土石坝裂缝问题

常见的土石坝裂缝是平行坝轴线方向的纵缝和垂直坝轴线方向的横缝。土石坝背水坡的纵缝多由坝坡偏陡、上下游差异沉降、坝体土粘粒含量太高产生干缩和坝体向下游的渗透动水压力作用引起。但多数土石坝背水坡较为平整,且布有贴坡或棱体反滤排水,土石坝背水坡的纵缝一般不多见。土石坝迎水坡或坝顶的纵缝多由坝坡偏陡、坝体向上游的渗透动水压力作用和坝体土粘粒含量太高产生干缩所致。由于水库的不断蓄水和放水,使土石坝迎水坡的坝体土频繁出现饱水和失水现象,尤其是在库水位发生骤降情况下,这种纵缝很容易产生,有时还会产生滑坡。如城厢园口水库主坝,因迎水坡土体频繁出现饱水和失水,从而产生多条纵缝。土石坝的横向裂缝多由坝体土粘粒含量太高产生干缩、分段填筑的施工缝处理不当,或坝体产生差异滑动与沉降所致。如官桥新村水库土坝,因人工挑土上坝,分段填筑施工缝处理不当,形成施工缝处的差异沉降横缝。又如湖头横山水库土坝,坝体中放水涵管发生过渗漏管涌流失,造成坝体差异沉降和坝体差异滑动,使坝体产生许多横缝。

四、结束语

由于水库所处的气候、地理、地质条件以及工程建设时期的自身局限，水库病害具有一定的地方特色。病害水库的地质勘察应根据调查了解到的工程结构特点和险情及原有的地质资料,通过现场地质踏勘,有针对性地选择适合的地质勘察手段和方法，查明存在的病害,正确分析水库病害成因,为确定水库病害程度和病险水库除险加固设计提供依据。