病险水库工程地质存在的问题及应对措施

2013-10-24李丽文

黑龙江水利科技 2013年1期

李丽文

( 大连金州新区水利管理服务中心，辽宁大连116000)

新中国成立以来，我国建设了大量水库，先后建成小型水库82643 座，占我国水库总数的95%，其中小(1) 型水库16 115座、小( 2) 型水库66528 座。小型水库作为我国水利工程体系的重要组成部分，为我国经济社会的发展发挥了重要作用。但由于历史原因，我国小型水库存在工程标准偏低、建设质量较差、老化失修严重、配套设施不全、缺乏良性的管理体制与机制等一系列问题，致使小型水库安全隐患严重，不仅严重制约了水库效益的发挥，也成为我国防洪体系的薄弱环节。

据统计，我国目前病险水库有4 万余座，大部分散布于农村地区。许多城市及县城都受到病险水库溃坝的威胁。1975年河南驻马店，石漫滩、板桥水库溃坝致使1100 万人受灾;汶川地震后四川多处水库成为病险水库。从根本上解决病险水库存在的工程地质问题，有利于解除对下游城市的威胁; 客观地采取加固整修的方法而避免重建也可以节约大量资金。

确定病险水库的定义及其险情的分类，对加固整修，具有重要意义。

1 病险水库定义

病险水库一般是实际抗御洪水标准低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，或者工程存在较严重的质量问题，影响大坝安全，不能正常运行的水库［1］。

2 病险水库常见的工程地质问题

据统计资料分析，病险水库常见的险情及隐患，大部分与地质因素有关，主要表现在坝基渗漏、坝基稳定性、边坡失稳、坝体填筑质量4个方面。［2］

2.1 坝基渗漏及渗透稳定［3］

坝基渗漏是病险水库常见的险情。按照坝基地质条件，可分为覆盖层渗漏、裂隙性岩体渗漏、断层破碎带渗漏和岩溶渗漏。

2.1.1 覆盖层渗漏［4］

常见的覆盖层渗漏包括冲积砂砾石渗漏和残坡积砾质土渗漏。砂砾石层的渗透系数多在i ×10－2或i×10－3cm/s 量级，属强或中等透水层，渗漏量多在每秒数十升，虽然坝体下游坡脚做了排水棱体或减压井，但不能阻止渗漏，当排水棱体或减压井失效时，其渗流条件恶化，坝基砂土出现渗透变形。

砾质土渗漏主要为大坝两岸直接坐落于残坡积砾质土上，多为均质土坝，或心墙堆石坝，两岸心墙清基不彻底，部分心墙置于砾质土层上，而引起的渗漏。砾质土的渗透系数多在i×10－4或i×10－3cm/s量级，大坝运行后两岸下游坝坡散浸或渗水，一般渗漏量小，但在高水头长期渗流作用下，可使下游坝坡发生变形或沉陷与滑动致使其失稳。

2.1.2 裂隙性岩体渗漏

裂隙性岩体渗漏多发生于以砂岩、片麻岩或板岩、岩浆岩为坝基的各类坝型。河床坝基多为弱风化岩体，两岸坝基残留有强风化岩体，其裂隙发育，透水率在10 ～100 Lu，呈分散性渗漏。

2.1.3 断层破碎带渗漏

渗漏主要表现为中等强度透水，各类坝型均有发生，多呈集中渗漏，渗漏量多在每秒数升至十余升。

2.1.4 岩溶渗漏

水库在库内出现岩溶管道性渗漏，向坝下游或低邻谷与洼地渗漏，其渗漏量较大，常在数十升甚至在1 m3/s以上，虽不危及大坝安全，但影响水库效益。在岩溶发育地区应详查坝基区域的工程地质情况。

2.2 坝基稳定性

2.2.1 抗滑稳定与沉降变形

山区土石坝因地基条件而引起的抗滑稳定性与沉降变形险情很少。而在平原区的土石坝，坝基下存在高压缩性土，常有抗滑稳定性与沉降变形的险情发生。

2.2.2 抗震稳定性

高烈度区的病险水库大坝，常因抗震设计标准不够，存在抗震稳定性的隐患。部分土石坝，因坝基有软黏土或饱和粉细砂层，亦有震陷或震动液化的隐患。此种情况在汶川地震后被广泛重视。上游的大型水库成为下游城市严重的安全隐患。

2.2.3 湿陷性变形

坝基下存在有湿陷性土层且未经工程措施处理或坝体填筑料为湿陷性土，当水库蓄水后，因湿陷性土浸水而造成坝基湿陷，坝体产生下沉变形，坝体形成裂隙，或者加大坝基及坝体的渗漏。此情况在西北地区湿陷性黄土地区可见。

2.3 边坡失稳

边坡失稳是水库常见的隐患。靠近坝体的库岸边坡及坝肩边坡，如土石坝溢洪道一侧或两侧、泄洪洞进出口洞脸，一般开挖一定高度的人工边坡，有的做了边坡衬砌支护，有的部分处理或者措施不当，在泄洪水流冲刷下，出现边坡失稳，影响水库正常泄洪，危及大坝安全。

2.4 坝体质量不合格

这种情况多出现于土石坝，常常是由于坝体填筑料和施工质量失控造成的。险情主要表现为: 浸润线及出逸点高; 下游坡散浸、渗水; 坝顶或坝坡裂缝、变形甚至滑动等。

3 工程措施

针对大型水库涵盖水利枢纽应进行详尽的工程地质勘察，据此作出应对措施。而小型水库则可以结合实际情况类比采用其他的工程措施。主要的工程措施是针对小(1) 型病险水库加固，重点介绍小型病险水库加固常用的黏土冲抓防渗墙、射水造墙、高喷灌浆防渗墙、帷幕灌浆。［5］

3.1 射水法造塑性混凝土防渗墙技术［6］

射水法是近10年来才发展的一种工法，用于中小型水库主、副坝的坝身、坝基防渗。

射水法造地下连续塑性混凝土垂直防渗墙原理是利用泥浆水高速射流的冲击力破坏砂、土层结构，水砂土混合将泥砂带出地面，同时，利用卷扬机操纵成型器上下反复冲击，形成断面为矩形的槽孔，并实行泥浆固壁，在已建槽孔直接浇筑塑混凝土，采用常规的水下混凝土导管浇筑法，建成塑性混凝土单板墙。射水法造塑性混凝土防渗墙原理见图1。

3.2 高压喷浆成墙防渗工程

高压喷浆成墙防渗工程，是以高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土以置换凝结为固体的高压喷射注浆法来建造防渗墙。最大墙深40 m，该法在堤防工程中已广泛应用，在水库加固中主要用于涵闸基础防渗处理，在冲抓套井和冲击成槽防渗墙等因塌方和坝体石块多难以成槽时改用高喷防渗，虽造价较高，但该法适用范围广，故经常采用。

图1 射水法造塑性混凝土防渗墙原理框图

高喷灌浆是利用射流作用的切割搅动堤基以改变其结构与组成，同时灌入水泥浆或混合浆形成凝结体的一种防渗加固堤坝的方法。

高喷分旋喷、定喷、摆喷3 种，其中旋喷形成圆柱形防渗墙，常用于处理建筑物基础。摆喷形成哑铃状防渗墙，对坝体填料适应性较强，定喷形成薄壁墙，仅用于粉土和砂土堤坝。高喷灌浆防渗施工工艺流程见图2。

图2 高喷灌浆防渗施工工艺流程框图

3.3 冲抓钻套井回填黏土心墙

要求加固工程附近有较好的黏性土，工程开工前应对料场进行查勘，并取样做击实试验和土料抗渗性能试验，满足设计要求后( 土料压实度＜0. 9，渗透系数＜1 × 10－6，最优含水量22% 左右) ，再看土料总量是否满足施工需要。小型水库黏土心墙一般按单排孔设计，钻孔直径应≥110 cm，造孔深度应控制在30 m以内为宜，黏土心墙轴线一般布置在坝顶中心线或偏向上游一侧，为满足施工和堆料要求，坝顶宽度应＞6 m，顶宽不够时可适当削挖部分坝顶。