试论工程地质勘察在中小型水库除险加固工程中应用

试论工程地质勘察在中小型水库除险加固工程中应用

试论工程地质勘察在中小型水库除险加固工程中应用摘要：除险加固工程工程地质勘察与其他的工程勘察相比较有其特殊性，除险加固工程工程地质勘察是以工程建筑物本身如土坝坝体及其周边的地质环境作为勘察对象的。勘察时应明确重点，将有限的勘察工作量投入到关键的工程部位。南掌水库除险加固工程工程地质勘察首先通过野外调查，明确了水库存在的病险问题是渗漏问题，然后有针对性的把勘察重点放在坝体勘察中，通过地质钻探、探坑等勘探手段，采用地质编录、现场压水试验、取土样进行室内土工试验等勘察方法，查明了病险形成原因、分布范围、病险的严重程度，为水工设计提供详实准确的设计参数。关键词：南掌水库；除险加固；病险勘察随着病险水库除险加固工作的广泛和深入，许多地方出现了许多问题和教训，如除险加固针对性不强，措施不力，究其原因，前期勘察工作不到位是主要因素，投入的勘察工作量有限，有限的工作量又没有用到必须用的地方，导致病险不清，处理措施不当。因此，充分总结各地经验，加强除险加固前期勘察，规范勘察行为和技术要求，是十分必要的。1工程概况n南掌水库位于元江县城西南的南掌河谷中，距县城30kmo主要枢纽建筑物有拦河大坝、右岸溢洪道及有压输水涵管等。正常蓄水位1346.44m,总库容427.47万m3。大坝为均质土坝，最大坝高43m,坝顶高程1350.0m,坝顶长167m,坝脚地面高程为1308.0m,属小（一）型水库。2存在的病险问题及病险类型通过现场调查和收集分析大坝运行观测资料，发现排水倒滤体失效、坝体浸润线和浸润线逸出点偏高，下游坝坡中下部多处冒水，形成沼泽。库水位高程为1345.5m时，逸出点高程1323.47m,下游坝坡浸润面积达2025m2,占下游坝坡总面积的22.7%；总渗漏量达7.llL/s；其中坝坡4.9L/s,倒滤体1.8L/S,溢洪道0.41L/S。根据存在的病险现状，确定水库病险问题为渗漏和渗流稳定，工程勘查的重点为坝体和坝基渗漏原因。3工程地质勘探工作的布置根据除险加固工程地质勘察的原则和方法，结合水库存在的病险现状，收集分析区域地质调查成果的基础上，对库区做了地表地质测绘，对坝址区进行了地质勘探。沿坝体轴线布置了2个，下游坝坡布置4个地质钻探孔，组成坝体的2条勘探剖面，以查明坝体填筑材料的性状和填筑质量；沿轴线左右坝肩布置了3个地质钻探孔，以查明绕坝渗漏情况。下游坝坡还布置了5个坑探，以弥补地质钻探孔对整个坝体控制之不足。每个地质n钻探孔及坑探均做现场压注水试验，并取土样做室内土工试验。4工程地质勘察成果分析4.1基本地质条件分析工程区位于云岭地槽发展后期造山带、红河断裂带与九甲断裂带夹持的哀牢山褶皱带上，经历了多期构造运动。NW-SE向断层、褶皱发育，对库区影响较大的区域性断层有两条：上龙塘-半坤平移断层，延伸长＞20km,从水库北东1.15km处穿过；朱到-小寨逆冲断层，延伸长＞20km,从水库南西1.75km处穿过。上述两条区域性断裂之间，发育一背斜和一向斜，轴向NWW-SEE,向NWW倾伏。工程区地震峰值加速度为0.15g,地震反应谱特征周期为0.45,地震基本烈度为vn。库区位于哀牢山脉中段的高中山峡谷地貌区，属侵蚀、剥蚀地貌类型。岸坡地形相对完整，地形坡度一般为20。〜35°o两岸均有小规模冲沟发育分布。水库三面环山，出口狭窄，所在河谷两侧邻谷河底均髙于水库正常蓄水位，岸坡泉水出露点较高，有远高于水库正常蓄水位的地表分水岭及地下分水岭。库区不存在与邻谷相沟通的断裂、皱褶轴等透水构造。水库不存在向邻谷渗漏的条件。枢纽区为一背斜构造，背斜轴向与河床一致，南翼（右坝肩）岩层产状310°〜330°Z44°〜56°，北翼（左坝肩）岩层产n状为32°〜60°Z54〜86°，背斜枢纽向NWW向倾伏。4.2坝体填筑材料的性状和填筑质量筑坝土料采用左右坝肩的变质砂岩、绢云板岩、砂质板岩等全〜强风化料，从钻孔、坑探取样颗分成果表明，大坝土料以含碎石粉质粘土为主，局部夹薄层状、透镜状含粘性土砾砂、角砾，但分布范围小，确定大坝为均质土坝。根据坝体的土料分布情况，把坝体分为含碎石粉质粘土层（I）、含细粒土砾砂层（II）、含细粒土角砾（III）,各分区物理力学指标如下：含碎石粉质粘土层（I）：组成坝体的主要土层，分布于整个坝体，其颗粒组成砾石（60mm〜2mm）含量30.2%,砂（2mm〜0.075mm）含量19.0%,粉粒（0.075mm〜0.005mm）含量34.6%,粘粒（含细粒土角砾（III）：分布于坝体中部zk2附近，分布高程1336.98m,厚0〜4.1m,沿坝轴线长42.6m,顺河长34.6m。颗粒组成砾石含量18.1%,砂含量16.2%,粉粒含量41.4%,粘粒含量24.3%o原状土样天然容重19.8KN/m3,天然含水率21.5%,饱和容重20.0KN/m3,孔隙比0.612,塑性指数13.2o浅井渗透试验K值大值均值为2.98X10-3cm/s,小值均值为5.8X10-4cm/s,平均值为1.4X10-3cm/so该层土渗透系数明显偏大，干容重偏低，压实度不足。大坝坝体以含碎石粉质粘土为主，大坝土料的平均干容重为16.7KN/m3,扰动样击实试验成果，击实后最大干容重平均值n为19.2KN/m3,压实度为0.87,小于规范0.96的要求，坝体碾压质量差。依据钻孔注水试验成果，坝体渗透系数K值最大值为1.8X10-3cm/s,2.3X10-4cm/sWK10Lu的深度为10.0m〜20.0m,平均透水率为13.3Lu；右坝肩透水率q>10Lu的深度为27.0m〜33.Om,平均透水率为80.3Lu；左坝肩透水率q>10Lu的深度为13.7m〜20.Om,平均透水率为20.6Luo说明地基的透水性较大，溢洪道论底板和有岸坡下游侧常年见地下水渗流。存在坝基和绕坝渗漏，特别是高水位时右坝肩渗漏比较严重。5水库病险成因分析大坝产生严重渗漏的主要原因有如下几个方面：①该坝建于5、60年代，当时施工机械落后，主要靠人推石碾，坝体材料级配离差较大，土料不均匀；压实度普遍不足，施工质量差，渗透系数偏大，坝体分层填筑结合部位处理不好，粗细颗粒有离散现象也是造成渗漏严重的原因之一。②坝体施工时清基较浅，坝基局部为冲积层和坡积层，大部为全风化或强风化破碎层，且原坝前防渗截水槽没有施工到相对隔水层，导致坝基及两岸坝肩渗漏过大。③下游褥垫加棱体排水的失效，导致坝体渗水不能顺畅排出，浸润线较高，坝坡浸湿面积较大，造成散浸渗漏险情。6工程地质建议综上所述，坝体和坝基必须进行防渗处理，以达到防止出现严重渗透破坏，增强坝体稳定，恢复水库正常运行的目的。防渗处理的原则是“上截下排”。n“上截”采用综合方法：坝体采用混凝土防渗薄心墙、坝基及两岸坝肩采用帷幕灌浆的方案。坝基灌浆应深入相对隔水层3-5米。根据规范相对隔水层标准取为qWlOLu。由于水库正常髙水位与相对不透水层范围线在两岸的相交处离坝肩太远，两岸的帷幕长度可按延伸至正常高水位线与蓄水前两岸的地下水位线相交处考虑，并深入3-5米。“下排”措施考虑拆除旧排水体后，新建棱体排水。棱体排水的开挖深度为坝基面以下3-5米，至弱风化层。7结语通过本次除险加固工程地质勘察基本查明了南掌水库存在的主要病险类型及其原因，提出了工程地质建议，为有效根除病害提供了地质基础资料和依据。参考文献：[1]国家技术监督局，中华人民共和国建设部《中小型水利水电工程地质勘察规范》，北京，中国计划出版社，2005[2]中华人民共和国水利部《碾压式土石坝设计规范》，中国水利水电出版社，2002[3]韦港，除险加固工程地质勘察的一般性原则，中国水利学会勘测专业委员会2002年学术研讨会《论文集》，水利部水利水电规划设计总院