关于优化病险水库勘察技术路线的探讨

2014-02-21贺建萍

水利规划与设计 2014年8期

关键词：病险电法坝基

贺建萍

（广东珠荣工程设计有限公司广东广州 510610）

关于优化病险水库勘察技术路线的探讨

贺建萍

（广东珠荣工程设计有限公司广东广州 510610）

通过在病险水库勘察过程中的实例，简要的探讨了病险水库勘察过程中关于勘察手段的合理选择，提高病险水库勘察的效率，为病险水库的加固设计提供良好的基础资料。

优化病险水库勘察技术路线

1 前言

为确保病险水库除险加固目标任务的如期实现，目前，全国各地的病险水库除险加固工作正在抓紧进行着。中小型病险水库大部分修建年代比较久远，受当时条件的限制，在勘探、设计和施工上都不规范，工程质量得不到很好的保证，加上管理水平跟不上，经过多年运行后，存在的设计缺陷和施工质量隐患逐渐显现出来，相继出现一系列影响水库安全的问题。绝大部分水库在观测设备上比较缺乏，只能从外观变化上了解大坝的运行情况和工程安全状况，不能及时地进行大坝安全监测。由于基础资料的缺乏，尤其是关于水库坝区地质资料基本上都是空白，给病险水库的勘察工作带来不少的困难。同时，勘测周期和勘测经费的最小化和有限化现实，也给勘测手段的优化提出了更高的要求。

2 勘察技术路线的优化思考

目前，病险水库勘察大部分依然采用传统的模式：即常规岩土工程的“先由点到线，再由线到面，最后由面到立体空间”和“先有勘探，后有地质分析”的“归纳总结”思路，为此，需要大量勘察工作量。等距离、网格状布置钻孔就是这种思路的一种体现。这种思维模式所需要的勘察周期及经费相对都较大，对于存在明显病险问题的水库，地质测绘工作可以做到有针对性的安排钻探，而对于存在病险隐患的水库，简单的地质测绘不一定能够做到有针对性的安排钻探工作，甚至可能会对钻探工作量造成不必要的浪费，病险水库数量众多，勘察设计周期短，外业勘察工作量相对较少，常规的勘测手段耗费的工作量及成本较大，工作周期长，不太适合作为病险水库勘察的指导思路，因此优化勘察技术路线在病险水库勘察工作中尤为重要。4

为了能够切实、高效地完成除险加固工作，如何优化勘测路线以及得出合理的勘察成果，就直接关系着病险水库除险加固设计工作的顺利进行。98洪水后，物探电法在堤防上的应用较为广泛，且取得的效果颇好，在配合钻探的验证下，很好的在堤防勘察上发挥出了作用，陆续的在全国范围内的土坝、土堤上推广应用，经验丰富。通过地表地质调查，采集到大量的地质信息，如地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质尤其是渗漏险情隐患等反映基本地质条件的信息，初步验证“假设的地质模型”，指导物探测线的布置。物探方法速度快，信息量大，避免遗漏重大缺陷，针对物探异常布置钻孔验证。先做物探，再做勘探与试验，能充分发挥物探方法速度快、信息量大的优势，避免遗漏重大缺陷，然后针对物探异常布置钻孔验证，建立工程地质模型。因此，在病险水库勘察的技术路线是先进行地质测绘，再布置物探勘察，最后结合以上的初步成果指导安排钻探以及试验等。

3 勘察手段的选择

目前用于水利工程监测和探查隐患的物探技术主要有三类，即电法勘探、弹性波勘探和电磁类勘探。病险水库工程大都靠近山区，坝高而短，坝体填土不均质并且受经济条件限制，参考相关的工程经验，故选用高密度电法为主，必要时可辅以自然电场法和常规电法进行探测。

这里的高密度电法指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法。高密度电阻率法是以介质电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。实际上是一种阵列勘探方法 ,野外测量时只需将全部电极 (几十至上百根 )置于测线上 ,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后 ,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。它与常规电法相比设置了较高的测点密度，所提供的是二维信息，一定数量的二维剖面还可以组成一个拟三维图象，它是电剖面和电测深法的结合。高密度电法观测精度高，数据采集可靠，对地电结构有一定成像功能，可获得丰富的地质信息。各种隐患在探测成果图上有明显、直观的反映，形象地反映出岩土体地电断面的电性分布和结构特征。显然 ,高密度电阻率勘探技术的运用与发展 ,使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。高密度电法具有小点距，数据采集密度大，施工效率高的特点，成为探查隐患的主要方法之一，已被广泛应用于寻找地下水、环境地质调查、能源勘探、道路建筑工程和城市建设工程等方面。

此次在某地区的数十座小（1）型水库的除险加固勘察中，首先在地质测绘的基础上，在大坝轴线以及坝后平台上安排2条物探高密度电法勘探线，通过高密度电法探测，对山区高坝或一般坝体的渗漏，都可从坝剖面断面视电阻率等值线图直观、形象地反映出岩土体的电性分布形态和结构特征。排除坝体地形的旁侧影响，通过与钻孔资料对比，就可找出渗漏或其它隐患位置及范围。然后合理的布置钻探工作，极大的缩短了工作周期并减少了钻探工作量。

4 工程勘察实例

X水库始建于70年代，水库枢纽为Ⅳ等小（Ⅰ）型水利枢纽工程。主要水工建筑物级别为4级，水库枢纽建筑物主要由主坝、输水涵管（兼排洪涵）等建筑物组成。由于当时施工机械的局限性，没有使用机械夯实，主要采用人力堆填，选用的填筑土材料为粗颗粒花岗岩全风化土及残积土，砂砾含量较大，且建坝时对坝基砂质粘土层做防渗处理不够彻底，故坝体填筑质量较差，并留下坝体及坝基渗漏的隐患，导致现在不能正常蓄水运行。现状水库水位较低，基本没有发挥灌溉效益。存在的主要问题和水库主要病险情况为：①大坝填筑土料及其施工质量差，填筑土碾压不实，渗透较大；坝基地层透水性大，基础处理不善。②涵管管身与坝体填土间有接触性渗漏。

水库区为低山、丘陵区，山体呈浑圆状，连绵不断，山顶高程多在85m～95m以上，相对高差3m～10m，普遍覆盖残坡积层，植被良好，山坡稳定。根据1：20万（区域）地质图及地质测绘，该区域出露地层岩性主要为中生代第二期侵入的花岗岩为主（г5B）、第四系残坡积层（Q4edl）、第四系河床冲积层（Q4al）以及人工填土层（Q4s）。

首先安排于X水库主坝坝轴线上，布置了1条物探高密度测线，测线剖面总长约为290m，点距5m。物探高密度电法勘测成果（见图1）：主坝坝轴线在桩号0+090～0+100高程48.0m～51.3m处、在桩号0+143～0+160高程51.7m～55.0m处、在桩号0+189～0+197高程53.0m～55.0m处有低阻异常区，推测为坝基该三处含水量稍高。

图1 X水库主坝坝轴线高密度二维反演成果

参考高密度电法成果图，基本上圈定了渗漏性较强的地区，结合测绘成果在坝轴线上选择渗透性能较大的位置布置了4个钻孔，坝后坡布置1个钻孔，进行现场水文试验及取样室内试验，所得出的各土层的渗透性能（见图2、图3及表1）以及渗漏位置基本上与高密度电法成果图相吻合，因此，大大地节约了现场勘查的时间，同时，为其加固设计提供了宏观全面准确的设计基础资料。

图2 X水库大坝工程地质横剖面图1-1/

图3 X水库大坝渗透剖面图1-1/

表1 X水库大坝土层渗透系数统计表

综合以上勘察成果得出如下工程地质结论：坝体存在渗漏及渗透稳定隐患问题，须进行全线防渗加固处理，建议采用劈裂灌浆，从坝顶至坝基并形成可靠防渗体，防渗体进入坝基（弱透水层）一定深度，并进行坝体充填灌浆加固处理；坝基渗漏较为严重，需要进行防渗处理，建议结合坝体采用劈裂灌浆处理方案，防渗体深入弱透水层（全风化带中下部）一定深度。放水涵管建议优先考虑更换或者采用钢管内套处理。