青海省病险水库的主要问题与处理措施

杨振华, 祁永志, 贾东彦, 祁 军, 林万胜

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

青海省病险水库的主要问题与处理措施

杨振华, 祁永志, 贾东彦, 祁 军, 林万胜

(青海省水利水电勘测设计研究院,青海 西宁 810000)

青海省内病险水库多建于20世纪70—80年代,存在建设标准偏低、质量差的现象,且存在安全隐患,不能按设计正常发挥效益。对青海省内病险水库主要的工程地质问题进行分析,并以部分水库为例,对主要工程地质问题的处理方式及处理效果进行初步评价。

坝体渗漏;坝基渗漏;不均匀沉降;治理措施

青海省目前已建成各类水库共153座,主要分布于黄河流域、湟水流域及内陆河流域的西宁、海东、海西、海南、海北、黄南等地。水库大部分建于20世纪70—80年代,其中以防洪、调蓄为主的水库3座,以发电为主的水库3座,以灌溉、供水为主的水库147座;按水库规模大型水库2座,中型8座,小(1)型49座,小(2)型94座;拦河式水库79座,引水注入式74座;其中坝高>70 m的水库3座,坝高30～70 m的水库29座,坝高在30 m以下的水库121座;土石坝水库145座,砌石坝水库2座,砼坝水库6座[1]。

目前,已进行安全鉴定的水库有122座,其中121座为病险水库。从安全鉴定情况来看,病险水库的出现原因在于受当时科学技术及生产条件所限,水库建设缺乏科学性根据。大部分病险水库没有进行前期勘察设计工作,存在工程标准低、修建质量较差、配套设施老化失修严重等问题。大部分水库长期带病运行,不能充分发挥水库效益,影响防洪安全。

根据统计,青海省病险库存在的问题可分为两类:一类为坝体本身存在的问题,如土石坝坝体渗漏、坝体冻胀裂缝、坝体边坡稳定等;另一类为坝基存在的工程地质问题,如非喀斯特坝基渗漏、喀斯特坝基渗漏及坝基不均匀沉降等[2]。

1 病险水库坝体存在的问题

1.1 土石坝坝体渗漏

由于受筑坝时的生产及技术条件限制,引起坝体渗漏的主要原因有如下3个:

(1) 坝体填筑质量差,如部分病险水库坝体在勘探时发现填筑碾压时由于填土层太厚,坝体土层存在明显软硬相间的分层现象,在层间形成坝体渗漏通道,表现为在坝后局部有散浸现象。

(2) 对坝基处理不够或未进行处理,最终影响筑坝质量。该类病库一般坝基存在较厚的工程特性较差的土层,由于未进行地基处理而直接筑坝,表现为坝体下部干密度较低,而上部填筑质量相对较好,该类水库在长期运行后,由于坝后排水棱体失效,在坝后坡存在较多的散浸现象,该类病库除坝体渗漏问题外还常伴有坝基不均匀沉降与坝体变形问题,坝体渗漏常加剧坝体变形问题。

(3) 上坝料料质较差而产生的坝体渗漏,该类病库在修筑时由于就近所选料质本身较差,加上施工技术落后,因此造成坝体渗漏,如共和索尔加、下梅等水库,选用上坝料为砾石土,其中细粒(粒径>0.075 mm)平均含量分别为37.4%、46.6%,由于料场料源均匀性差,另外在上坝时由于人为扰动分选,造成局部砾石相对集中,形成坝体渗漏。又如湟中黄茨滩水库,填筑料为强风化粘土岩,由于上坝料中粘土岩块较多,坝体碾压时岩块破碎程度也不够,岩块间细粒填充不足,形成了集中渗漏通道,坝体渗漏严重。

1.2 坝体冻胀裂缝

由于省内多属高寒地区,冬季气温低,受坝体填筑材料、含水量等影响,在冬季部分水库坝顶出现冻胀裂缝。如互助本康沟水库,冻胀裂缝多在11—12月气温降低时开始出现,至翌年3、4月份气温回暖后消失,裂缝宽度多在0.5～3.5 cm,深度2 m左右,裂缝深度比当地标准冻深稍大。裂缝多呈树枝或折线状,稍沿坝轴线方向展布,但规律不明显,在部分水库坝体受不均匀沉降或坝体边坡稳定影响,展布具一定规律性,且深度也稍深。

1.3 坝体边坡稳定

坝体边坡稳定产生的原因主要有两类:

(1) 受筑坝时技术条件限制,部分坝坡设计不够合理,从而产生边坡稳定问题。如佐暑水库,坝体总体填筑质量尚可,坝体内浸润线总体比降较大,坝体防渗性较好,但坝体总体较薄,因此坝后浸润线相对较高,坝后坡存在边坡稳定问题。

(2) 受填筑质量影响,坝体内存在渗漏,在渗出带附近常产生坝体变形。如下星家水库下游坝坡下部有轻微隆起,此处坝坡坡比为1∶2.75,土体大部分呈饱和状态,有少量的纵向细缝分布,说明此处坝坡有塑性变形现象,变形产生的主要原因是坝体内渗漏与冻胀引起,在坝体进行防渗处理后能有效防止此类变形的发生。

2 病险水库坝基主要工程地质问题

2.1 非喀斯特坝基(肩)渗漏

青海省内水库均为峡谷型水库,其中病险库的坝基渗漏主要有两类:

(1) 坝基在施工时清基不完全或未进行清基,坝基存在砂砾石等透水性强的冲洪积岩土层,形成集中渗漏通道,造成坝基渗漏,该类问题为省内病险库的主要问题,大部分病险水库都存在因清基不完全造成的坝基渗漏,如湟中白家沟水库(见图1)。

图1 白家沟水库坝线工程地质剖面图Fig.1 Engineering geological section of dam axis of Baijiagou reservoir1.人工填筑土;2.坡积黄土层;3.砂砾石层;4.砖红色粘土岩、砂砾岩。

(2) 古近系岩层中的渗漏。古近系岩层多以粘土岩夹砂岩、砂砾岩为主,其中砂岩、砂砾岩本身具一定透水性,当层厚较大时,也容易形成坝基(肩)渗漏,该类坝基渗漏一般渗水量较小。如胜利水库,在河床与左坝肩坝基岩性为粘土质砂岩、砂砾岩,弱风化岩体透水率多在2～3 Lu,水库在蓄水后存在河床坝基与左坝肩渗漏,总体渗漏量较小,由于渗漏,左岸坝后边坡常出现失稳现象。

2.2 喀斯特坝基渗漏

灰岩区的病险水库较少,仅两座。由于青海省属高寒地区,根据勘察揭露岩溶具以下发育特征:溶洞发育较少,岩体内构造节理较发育,沿节理溶蚀现象较明显,即灰岩区内岩溶以溶隙为主;溶隙连通性好,且深部溶隙也较发育。如南门峡水库,在对坝基进行帷幕灌浆后坝基渗漏量减少不明显,说明坝基渗漏受坝基深部岩溶的影响较大,该水库目前正在进行防渗处理中。

2.3 坝基不均匀沉降

水库坝基存在厚度变化较大的土层时,坝基易发生不均匀沉降。发生该类问题的病库坝基一般未进行处理,且坝基土相对软弱,压缩性较高。如石垒湾水库,坝基分布洪积粉质粘土,厚度8～35 m,修筑前土的压缩系数为0.3～0.65 MPa-1,属中—高压缩性土。该坝在修建运行多年后,上游坝面向下游凹陷,凹陷部位位于河床中部偏左处,与原河床深槽相同;另外在放水管廊道顶部有一条张性裂缝,垂直坝轴线分布,裂缝长度5～10 m,宽度为0.5～15 mm,裂缝左侧相对右侧下沉,差异沉降量达5～10 cm,说明坝体存在差异沉降,主要原因在于坝基覆盖层受上覆压力而产生沉降变形。

3 处理措施

病险水库的各类病险问题往往是多种一起出现,治理时一般综合考虑各主要因素后采取处理措施。

3.1 渗漏处理措施

包括坝体渗漏与坝基(肩)渗漏,其中坝体渗漏由于渗漏量小,坝体与坝基经过多年沉降固结,力学条件相对较好,且大多数水库经过多年运行考验,因此对坝体渗漏问题,很少专门进行处理,一般结合坝基渗漏进行处理。省内病库中专门针对坝体渗漏进行处理的水库有李家水库。该水库坝体填筑土以碎块石土为主,细粒含量较高,干密度较低,密实程度不均,坝体内浸润线较高,防渗性能差,总体填筑质量较差,坝体渗漏问题严重,另外还存在坝基渗漏问题。对李家水库采用了坝前及坝体水平防渗铺盖,处理后防渗效果良好。

坝基(肩)渗漏根据地质条件采用防渗帷幕或定喷连续墙进行处理,一般对较坚硬基岩中的渗漏采用帷幕灌浆,对覆盖层中的渗漏多采用高压定喷砼连续墙进行防渗。从处理后效果来看,大部分防渗处理效果较好,如下星家水库主要问题是坝基未进行处理坝体下部渗漏,经高压定喷砼连续墙处理后坝体与坝基渗漏问题基本得到解决。又如香沟水库的喀斯特岩溶在经帷幕灌浆后防渗效果也比较好。

3.2 坝基渗漏处理措施

为新近系、古近系岩层时坝基(肩)中的渗漏,多采用防渗帷幕进行处理。如胜利水库(图2)主要渗漏通道是坝基洪积砂砾石层与坝基(肩)新近系砂砾岩中的渗漏,采用了防渗帷幕进行了处理,帷幕嵌入弱风化层中部,经处理后坝基渗漏量减少明显,说明古近系基岩中的渗漏主要在强、弱风化层中。

3.3 其他问题的处理

对坝体裂缝、边坡变形与不均匀沉降问题,一般没有进行专门的处理,大部分对坝体外观进行修缮及整平处理,坝体滑坡则采用合理坡比进行培厚。由于沉降问题引起的坝体裂缝,如石垒湾水库,在确定裂缝未贯穿坝体,对大坝安全影响不大时,未采取专门处理措施,仅对沉降引起破坏的建筑物进行了修缮。

图2 胜利水库坝线工程地质剖面图Fig.2 Engineering geological section of dam axis of Shengli reservoir1.人工填筑粉质粘土;2.粉质粘土层;3.砂砾石层；4.粘土层;5.砂砾岩;6.粘土岩。

4 结束语

在病险水库存在的各类工程地质问题中,渗漏问题与坝体边坡稳定是影响水库效益与安全的主要问题,对该类问题必须采取有效的治理措施。由于病险水库修建运行时间较长,水库其它工程地质问题对大坝的安全影响相对较小。

处理水库病险问题时,应全面考虑后针对主要问题进行处理,处理措施的选取则应针对地质条件考虑其有效性与适宜性。

[1] 高海凤,唐元海,汪海军,等.青海省水库提能达标工程规划[R].西宁:青海省水利厅水利管理局,2012.

[2] 中华人民共和国水利部.中小型水利水电工程地质勘察规范:SL55—2005[S].北京:中国水利水电出版社,2005.

(责任编辑：陈姣霞)

The Major Problems and Treatment Measures of Ill-conditionedReservoirs in Qinghai Province

YANG Zhenhua, QI Yongzhi, JIA Dongyan, QI Jun, LIN Wansheng

(QinghaiSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Qinghai,Xining810000)

The ill-conditioned reservoirs are built in Qinghai Province in the 70—80 Era,which have a low construction standard and poor quality,and which exist hazards,so that they can’t play the normal benefits according to the design.The authors carry on the analysis to the main engineering geological problems of ill-conditioned reservoirs in Qinghai Province in this article,they take some reservoirs as an example to have a preliminary evaluation of the treatment methods and effects of the major engineering geological problems.

dam leakage; dam foundation seepage; uneven settlement; control measures

2016-04-22;改回日期:2016-05-02

杨振华(1986-),男,工程师,水文地质与工程地质专业,从事水利水电地质勘察工作。E-mail:402969171@qq.com

TV697.3

A

1671-1211(2016)03-0332-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.020

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160504.0924.026.html 数字出版日期:2016-05-04 09:24