病险水库大坝安全鉴定勘察钻孔注水试验、压水试验的应用

汤江平　陈喜

摘 要：病险水库坝体安全鉴定勘察中采用注水试验、压水试验取得的岩土层的渗透系数、透水率，是鉴定岩土层渗透性的重要依据。

关键词：钻孔注水试验；压水试验；渗透系数；透水率

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

1 前言

钻孔注水试验、压水试验是水库工程地质勘察中常用的原位试验方法。钻孔注水试验是通过钻孔向试段注水，以确定岩土层的渗透系数的原位试验方法，可分为钻孔常水头注水试验和降水头注水试验。 钻孔压水试验是用栓塞隔离出一定长度的孔段，并向该孔段压水，根据压力与流量的关系确定岩体渗透特性的一种原位渗透试验。

2 试验简介

钻孔常水头注水试验适用于渗透性比较大的壤土、粉土、砂土和砂卵砾石层，或不能进行压水试验的风化、破碎岩体，断层破碎带和其他透水性强的岩体等。钻孔降水头注水试验适用于地下水位以下渗透系数比较小的粘性土层或岩层。钻孔压水试验其主要任务是测定岩体的透水性，为评价岩体的渗透特性和设计渗控提供基本资料。

3 水库勘察注水试验、压水试验的应用

十堰市郧阳区谭家湾水库是一座以灌溉、人畜饮水为主，兼有防洪、发电等综合效益的中型水库。水库枢纽工程由心墙土石坝、溢洪道、引水隧洞、坝后水电站等主要建筑物组成。

谭家湾水库原建于1959年，坝高28.30m，为心墙坝。1966年扩建加高到34.4m，上部为斜墙坝，坝顶高程238.40m，坝顶长246.5m，为小型水库。1993年动工扩建，该水库扩建增容为中型水库。在下游坝脚不动的前提下，从大坝上游面加高，仍采用心墙土石坝结构。大坝轴线采用折线布置，在原坝上游向库内加高11.2m，坝轴线向上游平移18.85m，在高程230.50m处与原心墙轴线重合，坝高47.2m。2002年5月完工，达到中型水库规模，现已投入使用10多年。2005年2月，大坝外坝脚右岸出现明显渗漏。

水库设计灌溉面积1.0万亩，水库为谭家湾镇、城关镇、杨溪三乡镇10万余人提供生活生产用水，影响下游郧县县城、谭家湾及杨溪镇、209国道以及一大批工矿企业和十多万人的生命财产安全，一旦发生重大险情，将会造成巨大的经济损失和严重的社会影响。

3.1 坝体主要险情

水库经过50多年运用，大坝坝体存在较大安全隐患，主要表现如下：

（1）大坝始建于六十年代，坝体粘土心墙及堆石填筑质量较差；下游坝坡脚高水位时局部散浸。坝体、坝基、右坝肩存在渗水现象。

（2）上游干砌块石及六棱形预制块护砌浪蚀较严重，局部垮塌、出现裂缝；下游草皮护坡雨淋冲蚀破坏较严重，局部损坏、脱坡，代料外露。排水棱体局部塌陷变形，干砌块石风化破碎。过水渠道及排水溝局部破损。

（3）大坝坝体沉降明显，现沉陷量最大0.43m，坝顶无防浪墙。

勘察工作主要采用钻探取样、钻孔注水试验、压水试验、标准贯入、重型动力触探等原位试验手段进行。

3.2 坝基工程地质条件及评价

坝基为震旦系耀岭河群吴家梁组绿泥钠长石英片岩，强风化层厚0.50～1.50m。弱风化层揭露厚度7.40～25.40m。坝基弱风化绿泥钠长石英片岩抗压强度标准值24.25Mpa，属较软岩，坝基岩体分类为CⅣ类。

勘察对坝基岩体进行了37段钻孔压水试验，根据压水试验成果，坝基强风化片岩透水率为14.94～17.89Lu，平均值为15.90Lu，为中等透水层；坝基弱风化片岩透水率为4.18～8.63Lu，平均值为6.45Lu，为弱透水层。

坝体心墙与坝基间接触带清基不彻底，基槽大部分开挖至强风化绿泥钠长石英片岩。坝基清基后凸凹不平，接触带心墙未经严格碾压，心墙与下部坝基岩石结合不紧，局部存在渗漏现象，坝基接合面长期渗流，造成接触带渗漏。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），3级及以下的土石坝坝基帷幕灌浆设计标准，相对隔水层透水率为5—10Lu。坝基强风化绿泥钠长石英片岩渗透性不能满足要求。由于坝基清基不彻底，存在坝基渗漏和坝肩渗漏现象，需作灌浆防渗处理。

3.3 坝体工程地质条件及评价

坝顶保护层主要由碎石、岩屑及少量块石、粘性土组成，厚度0.5～0.8m。

大坝心墙为黄褐色粘土，呈硬塑状态，局部含5%～10%角砾。心墙局部底部含少量砾砂透镜体，厚度0.5～0.8m。坝壳代料主要由角砾、碎块石及砂类土、岩石碎屑、少量粘性土组成。上部3.0～5.0m主要成份为块石，岩屑及砂类土充填。底部4.0～8.0m粘性土含量较高，约20～30%。

勘察对坝体心墙在在野外进行了29段钻孔注水试验（表1）。

根据现场钻孔注水试验结果分析，坝体心墙粘土的渗透系数区间值为1.28×10-5—9.40×10-5cm/s，渗透系数取平均值为5.33×10-5cm/s，渗透性分级为弱透水。大坝1960年原粘土心墙渗透系数稍大于1993年扩建后粘土心墙渗透系数。

评价依据为《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）防渗土料应满足下列要求，粘土心墙堆石坝粘土料的渗透系数不大于1×10-5 cm/s。现场注水试验结果表明，坝体填土渗透系数平均值5.33×10-5cm/s，不满足规范要求。

本次勘察对坝壳代料在在野外进行了19段钻孔注水试验，根据现场注水试验结果分析，坝壳代料碎石土的渗透系数区间值为3.08×10-3—8.91×10-3cm/s，渗透系数取平均值为5.30×10-3cm/s，渗透性分级为中等透水。坝壳代料密实度基本符合要求，透水性较好。

大坝始建于1959年，后于1966年、1993年两次扩建加高，受当时施工条件及施工技术的限制，建坝时，坝体心墙未达到土料最优含水量及最大干密度，成分不均匀，压实质量较差，压实度未达到规范要求。

根据钻探及土工试验分析资料，坝体心墙粘土质呈硬塑状。根据室内击实试验结果：①-1层粘土最优含水率16.7%，最大干密度1.74g/cm3。

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依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），3级中、低坝及3级以下的中坝粘性土压实度应为96%-98%，取压实度96%为基本控制标准，对应控制干密度1.67g/cm3，对坝体填筑质量进行评价。粘性土的填筑含水量一般应控制在最优含水量附近，其上下限偏离最优含水量不超过±2%～3%，心墙填土最优含水量上限控制值为23.18%。

实测坝体心墙干密度在1.46～1.63g/cm3之间，平均干密度1.57g/cm3，实际压实度为84%～94%，平均压实度90%，由此推断坝体心墙密实度不满足要求。心墙天然含水量在21.6～27.6%之间，大部分高于最优含水量上限控制值。据现场调查，水库下游坝坡存在局部散浸，右坝肩坝坡坡脚有一处明流，造成坝脚土质软化，影响坝体的安全。

坝顶沉陷主要分布于坝体河床段坝顶，大坝呈两端高中间低的趋势，目前坝体中段已沉陷深度最大达0.43m，规模较长，变形程度较严重。根据现场调查，结合勘察的成果分析，坝体沉陷的原因主要为坝体心墙填土局部较为松软，部分具高压缩性，坝体心墙填筑质量差，碾压欠密实，易于产生不均匀沉降。坝体心墙沉陷对大坝的危害程度较大，危险性较大。现场调查坝体渗漏现象和现场钻孔注水试验、压水试验数据基本吻合。建议对大坝采用灌浆防渗防渗处理，降低坝体的渗透性。

钻孔注水试验、压水试验是查明坝体、坝基具体渗漏原因、渗漏位置的重要方法之一，具有一定的真实性、准确性。在水利建筑物勘察中，采用水文地质试验与钻探结合，能更好地达到勘察目的，有效发现工程中存在的安全隐患。

参考文献：

[1]《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31—2003）.

[2]《水利水电工程钻孔注水试验规程》（SL345—2007）.

[3]《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008）.

[4]《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55—2005）.