中小型病险水库存在的主要工程地质问题及除险加固整治方案探讨

容富

摘要：中小型病险水库除险加固正进入高潮，其中重点和难点还属工程地质问题的研究和整治，最常见的工程地质问题有：坝体渗漏、坝体稳定、坝基渗漏、涵管渗漏、坝基抗滑稳定等。本文从分析这些问题的成因着手，提出了除险加固的整治方案，并通过三个典型工程案例，详细阐述了工程地质问题及对应的整治措施，并在工程中得以实施，取得了较好的效果，对中小型病险水库除险加固具有一定的参考价值。

关键词：中小型病险水库；工程地质问题；整治方案

中图分类号：Tv65*1

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）07-0164-02

1.前言

近年来，中小型病险水库除险加固正如火如荼的进行中，随着工作的不断深入，中小型病险水库突显的问题也越来越多。如：管理问题、运行问题、工程地质问题、观测设施问题等，其中，最突出的问题还属工程地质问题。

2.中小型病险水库存在的主要

1.程地质问题

2.1渗漏问题

2.1.1土石坝坝体渗漏

主要是坝体填筑材料不良，防渗体抗渗能力不能满足要求，渗透系数偏大，表现在下游坝面出现散浸、排水菱体集中漏水。不同坝型对防渗体防渗要求不一样，根据土石坝设计规范，均质坝体，土的渗透系数k≤10-4cm/s；斜墙坝和芯墙坝，渗透系数k≤10-5cm/s，认为坝体达到防渗要求。

2.1.2坝基（坝肩）渗漏

病险土石坝一般都建在强风化～弱风化上部的破碎岩体上，由于岩石节理裂隙发育，建坝时没有做过防渗处理，基岩的防渗达不到防渗要求。一般破碎基岩透水率在20-30Lu之间，土坝相对不透水层（q≤10Lu）埋深在15-20m。特别提出的是，个别坝址，因施工时清基不砌底，仍残留有1-2m厚的砂卵石层，在除险加固勘察时容易被忽略，残留的砂卵石层往往形成主要的渗漏通道，严重时导致渗透破坏。

2.1.3涵管渗漏

病险水库中涵管渗漏的现象比较普遍且严重，多数溃坝水库多从涵管冲刷开始。因此，涵管渗漏的情况不容忽视，引起涵管渗漏的原因一般有以下几种：①涵管基础地质条件差，出现不均匀沉降，引起涵管断裂；②涵管砌体不密实，砌筑质量差而破裂；③水库调度时出现有压流而导致涵管破坏。

2.2稳定问题

2.2.1坝基（闸）抗滑稳定问题

该问题多存在于浆砌石重力坝及混凝土重力坝，形成坝基（闸）抗滑稳定问题的原因主要有：①施工清基彻底；②坝肩或坝基存在缓倾角的软弱结构面，前期勘察工作未查明或不引起重视，施工时不处理；③坝址下游由于泄洪冲刷形成深的冲刷坑，形成深层滑动的悬空面。

2.2.2渗透稳定问题

坝基、坝肩或坝体与岸坡接头渗漏量大的部位产生管涌、流土；特别是清基不彻底，坝脚留有一层砂卵石层时特别容易产生渗透破坏；或者是大坝坝体施工质量达不到碾压要求，坝体填土粘粒含量少，渗透系数大；坝体生物（如白蚁）破坏导致漏水量大而产生渗透破坏。

2.2.3溢洪道边坡稳定问题

大部分溢洪道都是依山而建，溢洪道的开挖，难免会形成高陡边坡，当时对边坡又没有做任何防护措施，经过几十年裸露，一些板岩等容易风化的岩石，风化加剧，导致边坡稳定性差，主要表现为松动、边坡裂缝、崩塌、滑坡等。

2.3坝体变形问题

2.3.1坝体裂缝

由于大坝坝体接头处理不良；不均匀沉陷；夯压不实，填土固结速度不同等都容易产生纵横裂缝。

2.3.2坝体滑坡

因坝体或坝基抗滑稳定性不足而引起滑动破坏，在土石坝中较为常见，主要表现为：填土粘粒含量高、含水量大、抗剪指标低；坝坡过高、过陡，水位调度不当、水位下降过快，排水不畅使坝体饱和软化。

2.3.3坝体塌陷

当大坝出现严重渗漏或是有大的渗漏通道，下部土体产生管涌、流土出现空洞；可溶岩地区，坝基存在溶洞，上部覆盖土体在水压作用下塌陷；底涵漏水量大，带走坝体填土而塌陷。

3.土石坝病害的主要原因

3.1违反基建程序，忽视前期工作

大部分病险水库修建于大跃进时期及文革时期，受当时条件限制，这部分水库基本没有进行前期地质勘探工作，甚至没有认真的设计工作就施工，一般都是边施工、边设计、边勘察。不尊重调查研究，不尊重科学技术，为工程留下隐患。

3.2工程技术人员缺乏，施工质量差

由于受当时历史条件限制，水利工程技术人员缺乏，许多土石坝都是由乡镇干部凭自己经验施工，导致设计不合理；施工也没有专门的施工队伍，都是乡村抽调民工分块施工，质量意识差，只注重进度，无视质量，导致清基不彻底，坝基留有透水层；坝块进料失控，填筑料不符合要求，坝体碾压不符合要求，碾压不密实，碾压时含水量高；分块施工时，结合部不符合要求；坝体分层进料过厚，碾压工具轻，碾压不实等。

4.病险土石坝整治技术

针对以上病险水库存在的主要工程地质问题，目前采用较多的处理方法有：

4.1帷幕灌浆

该法一般用于基岩和浆砌石重力坝渗漏。均质坝和心墙坝一般灌浆轴线沿坝轴线布置，斜墙坝灌浆轴线沿坝内坡和基岩交线布置。钻孔设一排，孔距2.5-3.0m；二序或三序施工，灌浆压力一般2.5-3.0kg；两岸坝肩钻孔适当延长，以正常蓄水位和相对不透水层交线控制。

4.2冲抓回填

该技术只适用均质坝和芯墙坝体渗漏，用冲抓机在坝体渗漏部位冲抓造孔，然后回填粘性高、渗透性小的土。造孔孔径一般110cm，孔距0.7-0.8m，加上重锤夯实影响宽度，实际形成1.2-1.5m厚的防渗墙体。该法施工简单，效果显著。但冲抓最大深度为20m，而且应在干孔情况下施工，含水量大时，冲抓成孔困难。

4.3高压喷射灌浆法

该法是在常规造孔后，将带有特殊装置的高压喷射注浆管置于孔内一定深度，通过喷咀用高压、高速水、气冲击破坏松散地层，同时以水泥浆充填于破坏地层中，经充分搅拌，形成混凝土防渗墙。该法可以在水下造孔，且灌注水泥浆液形成的防渗墙耐久可靠，对砂卵石层，松散碎石等防渗效果好。

4.4土工织物防渗技术

该法主要用于坝坡面防渗，材料主要有土工布、土工膜、土工织物，厚度一般3-5mm。铺设土工膜前，应对坡面进行找平，铺设完成后，用200-300mm厚的细沙填压，细沙上再铺设六菱块护坡。

4.5涵管封堵

一般都采用全断面封堵，即在涵管上下游用混凝土封堵，然后在坝顶用钻机造孔，灌注流动性稍大的细颗粒混凝土。

5.工程案例

5.1火家溪水库除险加固治理

火家溪水库位于中方县铜湾镇松坡村，地理位置东径110°34′55″，北纬27°45′43″。为粘土斜墙坝，最大坝高35.2m，坝顶高程307.0m，坝顶轴长141m，坝顶宽3.4m，枢纽工程由大坝溢洪道、灌溉输水涵及卧管等建筑物组成，属四等工程，主要建筑物为四级，次要建筑物为五级，该水库1972年施工、1973年投入运行。

火家溪水库存在的主要工程地质问题有：①坝体渗漏，主要是斜墙粘土含量少，填筑质量差，达不到斜墙的防渗要求；②坝基渗漏，经做压水试验，岩石透水率在24-48Lm之间，属中等透水层；③溢洪道边坡稳定性差，溢洪道边坡风化严重，边坡上第四系、强风化岩体稳定性差，边坡失稳后会堵塞溢洪道，影响行洪。

除险加固处理措施：①采用土工膜对坝面进行防渗处理，土工膜铺设到校核洪水位，坝面和山体连接部位用C2O混凝土基座与基岩连接。基座设计为阶梯状，利于帷幕灌浆时钻机的摆放。②帷幕灌浆对基岩防渗进行处理：帷幕灌浆轴线沿土工膜基座布置并延伸到坝肩，坝肩延伸长度以正常蓄水位和相对不透水层控制。帷幕孔设计一排，孔距3.0m。③溢洪道边坡采用削坡减载处理：对边坡上堆积的第四系残坡积层及不稳定的强风化堆积层进行削坡整理，削坡后自然边坡坡比为1：0.75-1：0.5。坡面挂网喷泥浆，种植草皮。

5.2大冲水库除险加固治理

大冲水库位于会同县坪村镇五里村，地理位置东径109°44′35″，北纬26°59′11″，大坝为粉质粘土均质坝，最大坝高26.0m，坝顶高程367.4m，坝轴线长118.4m，坝顶宽4.3m，枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵管等建筑物组成，属四等工程，主要建筑物为四级，次要建筑物为五级，该水库1957年施工，1958年投入运行。

大冲水库存在的主要工程地质问题：①坝体渗漏，主要是填筑坝体时碾压不到位，填土压实度控制不好，孔隙率大，分块碾压时，接触部位没有作特殊处理；②坝面内坡有一条80m长的纵向裂缝，主要是内坡较徒，当库水骤降时，内坡失稳所致；③内坡出现两个直径1.2-1.5m的塌坑，为灌溉涵管渗漏带走坝体填土所致；④坝基渗漏。

除险加固处理措施：①冲抓回填，接合土工膜对坝体进行防渗处理，因受冲抓回填造孔深度的限制，冲抓孔布置在第一个腰道上，腰道以上到校核洪水位，坝面采用土工膜防渗；②削坡培厚处理内坡稳定问题：削坡培厚后内坡分为三级，坡级从下至上分别为1：2.5、1：2.25、1：2.0；③采用开挖回填处理裂隙和塌坑，把裂隙和塌坑周边土体开挖掉，回填粘土，回填土密实度不低于坝体填土；④用帷幕灌浆处理坝基渗漏，帷幕孔轴线沿冲抓回填孔轴线布置，两坝肩延伸至相对不透水层和正常蓄水位交点。

5.3黄狮洞水库除险加固治理

黄狮洞水库位于洪江市茅渡乡关冲村，坝址位于沅水一级支流芦木溪下游，距河口2.5km，距安江镇8km，地理位置东径110°11′28″，北纬27°20′55″。大坝为浆砌石重力坝，最大坝高31.4m，坝顶高程201.8m，坝轴线长140.7m，左岩重力坝坝顶宽13m，长64.5m；右岸重力坝坝顶宽8m，长29.2m，中间为4孔溢流坝，长47.0m，堰顶高程191.0m，单孔最大设计泄流流量64.38m3/s，正常蓄水位200.0m，枢纽由大坝、厂房灌溉及发电隧洞等建筑物组成，大坝工程等级为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物等别为V等。大坝于1964年12月开始修建，1970年3月建成蓄水。

黄狮洞水库大坝存在的主要工程地质问题有：①坝体渗漏，主要为坝前防渗面板老化、开裂所致。②坝基清基不彻底，两坝肩残留有强风化岩体，坝基及坝肩渗漏严重。③大坝抗滑稳定复核满足不了规范要求，存在安全隐患。④长年泄洪冲刷，大坝下游靠左侧冲击一个深5.3m，宽15.6m的大坑。⑤受泄洪冲刷影响，左岸山坡出现长65m的裂缝，边坡存在稳定问题。

除险加固处理措施：①对防渗面板裂缝进行刻槽，采用环氧树脂防渗堵漏；②对坝体采用充填灌浆，增加大坝自重，提高大坝抗滑稳定性；③对坝基及坝肩基岩进行帷幕灌浆处理；④下游泄洪冲坑采用C2O混凝土回填，并做好消能处理；⑤对左岸边坡削坡减载，并采用锚杆支护。

5.结语

因各水库有其各自特殊的地质条件，因此存在的工程地质问题也各不相同，即使工程地质问题相同，处理方案也不可能千篇一律，因此本文介绍的整治方案只对读者起个借鉴作用。具体工程地质问题，还得根据产生工程地质的原因着手，研究其整治方案。