1、小型病险水库除险加固工程地质勘察摘要:地质勘察在水库除险加固工程中占有重要地位，加强地质勘察工作，有利于保证除险加固工程的顺利开展。本文在论述小型病险水库存在的质量问题基础上，阐述了工程地质勘察中存在的问题及加强病险水库除险加固工程地质勘察的必要性，最后，探讨了病险水库除险加固工程地质勘察的工作内容及方法，并加以实例进行分析说明。 关键词:小型病险水库；除险加固；地质勘察；工作内容；方法 中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号： 随着水库的运行时间的增加，尤其是一些小型水库缺少维修改善，水库设施不可避免地发生老化失修，以致水库不得不带病运行。病险水库不仅严重影响了工程的效益，更成为防
2、洪安全的心腹之患。因此，病险水库除险加固工作已经得到了各方面的重视。而地质勘察工作在水库除险加固工程中占有重要地位，加强地质勘察工作，有利于保证除险加固工程的顺利开展。忽视地质勘察是造成很多水库除险加固工程施工质量差、渗漏现象多发的重要原因。因此，要加强病险水库除险加固工程地质勘察工作，确保水库除险加固工程的施工质量。 1 小型水库存在的主要质量问题 小型水库的主要质量问题有渗漏、滑坡、裂缝以及其他质量问题(如白蚁破坏活动等)。在这些质量问题中以渗漏为主且破坏最大，其中由于工程建设期间地质缺陷问题处理不当而导致的病害主要为坝体渗漏、坝基渗透变形、绕坝渗漏以及坝体与坝基、岸坡接触面的接触冲刷和破
3、坏问题；而坝体本身的渗透破坏及变形、滑坡等病害主要与坝的设计和施工质量有关。小型水库的病害是多种因素作用的结果，但究其主要原因还是对工程前期地质勘察工作缺乏认真调查研究，重视程度不够，地质基础资料缺乏，致使设计方案有不足之处。 2 工程地质勘察存在的主要问题 2.1 勘察周期短, 经费有限 大多数小型水库运行多年后, 出现了不同程度的病害险情，虽采取了相应处理措施，但未彻底根除安全隐患。运行中又出现险情，特别是大旱，暴雨后出现的险情，情况更为严重，直接威胁大坝和下游建筑物和人民生命财产安全，要在汛期抢险，因此造成时间紧迫，勘察周期较短。 2.2 试验项目多，取样困难 根据大坝填筑质量、安全稳定
4、分析的要求，需要进行的室外和室内试验有几十项，试验项目多，同时又要求分区进行，所以勘察过程中需要试验和采取的原状土样的组数也较多。如遇到坝体填土的碎石及砂砾石含量较高，土体碾压质量差，钻机采取原状土样就较困难，注水试验易造成塌孔，对试段以下土体的原位测试、取样也会有比较大的影响，特别是孔深较深钻孔，实际操作中不易实现。如采用综合注水的方法取样，又会影响准确的评价。 2.3 试验参数的选取复杂 在大坝的安全复核的过程中，需要提供的地质参数建议值较多，通常在原状土的取样、运输及制样过程中对土样会有比较大的扰动，从而导致室内土工试验数据可能会产生较大离散，与实际情况产生偏差。如何在错综复杂的数据中提
5、出合理的参数建议值，是地质勘察工作的重中之重。 3 小型水库除险加固工程中地质勘察的必要性 小型水库除险加固工程地质勘察是对已建工程进行的工程地质调查研究，因已建工程的地质环境已经改变，原有地形、场地的工程地质及水文地质条件已有所变化，坝体经长期运行和不断防护加固处理，坝体土的性状已有一定程度上的变化，工程上存在的问题亦日趋显露。为此，小型水库除险加固工程中的地质勘察就不同于一般的水库坝基工程勘察，其特点是针对性更强，目的更明确，研究深度更大，精度要求更高。而工程地质勘察是工程建设的基础和侦察员、在小型水库除险加固工程中，要作出一个好的设计方案，工程地质勘察是必不可少的。 4 地质勘察的工作内
6、容及方法 4.1 地质勘察工作的依据和范围 小型水库除险加固工程中地质勘察工作的依据是小型水库水库除险加固工程的安全鉴定报告中与地质有关的评价意见。安全鉴定报告中没有提及到的工程地质问题，说明没有问题或问题不大，就不一定去布置地质勘察工作，不必面面俱到地质勘察一个新建工程一样将所有枢纽工程的地质条件都勘察一遍。 4.2 地质勘察工作的基本原则 小型水库运行多年，正因为有“病”才出现险情，才需要除险加固，因此，查明与工程地质有关的险工、险段和险情部位的出险原因，是小型水库除险加固工程地质勘察工作的基本原则，其余没有出险的部位不必进行勘察，除非另有要求。 4.3 地质勘察的工作内容 4.3.1 地
7、质勘察的重点 小型水库病害原因复杂，种类多样，且隐蔽性强。因此，除险加固中的地质勘察关键是进行大坝隐患调查和病害原因初步分析，勘察前必须根据安全鉴定报告隐患调查的情况和坝址区地质资料，初步判断土石坝的病害类型和部位，有针对性地布置勘察工作。 勘察重点是查明坝体各分区土体的物理力学性质及填筑压实密度，主要防渗体的渗透性及防渗薄弱环节，坝基渗漏、绕坝渗漏及接触渗漏和其他特殊问题。 4.3.2 地质勘察的工作流程和工作内容 小型上石坝除险加固地质勘察是对已建工程的勘察，它是在处理过的地基上(含开挖、回填和灌浆等处理措施)进行的，因此，小型水库除险加固地质勘察不同于一般的水库坝基工程勘察，勘察的对象包
8、括坝基及坝体。勘察流程如下。 (l)广泛收集原有的工程资料。包括已有的工程地质、水文地质资料；设计和施工中的各种检测资料；水库大坝运行中的各种监测资料；坝体险情加固及病害处理和改扩建工程资料；安全鉴定报告。 (2)调查研究。调查研究坝基地层及坝体土的岩性、组成、结构、性状、物理力学性质及工程特性；调查研究坝基地层及坝体土的工程地质和水文地质条件，研究判别地基土渗透变形类型，重新确定临界水力比降、允许水力比降，评价坝基土的渗透稳定性问题；通过现场踏勘，走访早期施工人员和管理人员，了解大坝主要存在的工程病险害问题和施工开挖、灌浆和填筑情况。 (3)病险原因初步判断。根据土层结构现状、地震受力状态、
9、边界条件和排水条件、浸润线状态以及地震历时等因素，结合现场踏勘和试验资料，研究判定坝基和坝体迎水坡及坝下坡脚部位的饱和砂土(无粘性土)以及坝体饱和状态时低液限粉土层(少粘性土)饱和液化破坏的可能性。 (4)编制地质勘察作业书和工作大纲。根据收集到的资料、工程现状和病害部位及原因，编制工程地质勘察书，有针对性地选择勘察方法和手段，合理布置勘探作业，编制地质勘察工作大纲。 (5)实施勘察。根据工作大纲和作业书，组织有资质的专业勘察队伍和地质技术员进行现场测绘、调查、编录和勘探，严格按照技术要求实施勘察工作。 (6)勘察资料分析和整理。根据各钻孔的资料，结合室内外岩土试验数据，对坝体各填筑部位的填土
10、和坝基土及岩石的物理力学指标分区、分层进行统计和分析，如有大坝运行观测资料数据时，还应结合观测资料加以统计和分析。 (7)病害原因综合判定。根据资料统计与分析的结果，评价坝体填土质量、分散性、防渗性能和坝基工程地质与水文地质条件，分析工程产生病险原因，为除险加固提供建议及处理措施。 4.4 勘察方法与工作量布置 小型水库除险加固工程一般采用的勘察方法主要有收集资料、地质调查和测绘、物探、钻探、水文地质试验及室内外岩土体试验等。地质勘察工作量的布置目前尚无成熟的规范可执行，应在充分收集原有工程勘察、设计、施工及运行管理中的监测资料，尤其是有病险资料的基础上，结合安全鉴定报告，同时参考已有的相关水
11、利水电工程勘察、设计、施工规范，有针对性地合理布置勘察工作量。 原则上重点是在隐患部位布置勘察工作，钻探应垂直和平行于坝轴线布置勘探剖面，勘探点应尽量靠近隐患部位，并根据渗漏特点确定孔距。 5 工程实例 (l)工程简介。某水库大坝坝高 18.00m，坝长 86.00m，坝顶宽7.00m。水库建于 1967 年，当时建坝是为了解决当地群众生存困难，然而建成后至今，水库长年不能正常畜水，导致长期限制性蓄水，水库没有发挥正常作用。该大坝未进行过地质勘察工作，地质资料缺乏。根据该水库除险加固工程的安全鉴定报告中与地质有关的评价意见去进行地质勘察工作，2005 年 8 月对该水库库区进行了工程地质勘察，
12、对其地质条件做了定性分析，为后期工程除险加固方案的确定提供依据。 (2)勘察过程、内容和完成工程量。为查明坝体和水库周边围岩的物质组成、渗透性及基岩相对隔水层埋深，根据克头起水库存在的病害状况和工程地质作业书及勘察工作大纲，本次勘探工作以地质钻探为主，共布置 6 个钻孔。其中 3 个位于坝轴线上，顺流左肩开始，分别布置在坝体的左肩、坝体最深段、坝体右肩，用于查清大坝坝体及坝下基岩的透水情况；2 个分别布置在左岸坝尾及左岸中段外坡漏水相应的地段；1个布置在右岸坝尾与小断层相应的位置，用于查清山体的透水情况和防渗边界。进行钻孔取芯和连续分段压(注)水试验。6 个钻孔总进尺184.4m，压水试验 3
13、4 段，注水试验 3 段。 (3)水库区工程地质条件。库区出露中生代(Mz)侏罗纪蛇店组(J3S)的石英砂岩，长石石英砂岩与泥质砂岩互层的岩体。岩体本身的透水性很小，只是该区域的岩体风化严重，呈强风化状并随气候变化和山体洪水冲刷产生与第四纪土层混合的较厚(最厚达 27.0m)的洪积层，成了透水体。从左岸三个钻孔的勘察资料表明，左岸山体确实存在渗流通道。 (4)坝体质量评价。坝体土成分为灰黄、土红、浅灰色块石填土，块石含量 50%，块石与两坝肩出露的强风化泥质砂岩、长石石英砂岩岩性相同，土层岩芯无规律，坝体由两坝肩强风化带岩层挖运堆积而成，透水，结构松散，钻进取芯过程中多次垮孔，可灌性极好。经钻
14、孔注水试验，单位吸水量值为 0.1070.179L/min.m.m，为较严重透水层。水库经多年运行，大坝存在浸润线高、大面积潮湿和渗漏的病害现状。 (5)坝址区基岩水文地质工程地质条件。坝址区出露地层为土红色、紫红色、浅灰色泥质砂岩与长石石英砂岩互层，近地表段风化破碎，节理裂隙发育。 通过钻孔勘察，该水库坝体下伏基岩水文地质工程地质条件较差，两坝肩坝下山体的坡洪积层为极严重一严重透水带，岩层节理裂隙较发育。基岩人深 10.022m 才可到达相对隔水层，存在坝下基岩渗漏(坝基渗漏)条件。 (6)结论及建议。通过本次勘察，基本查清了水库大坝渗漏的主要原因，同时也揭露了大坝存在的一般问题和隐患，为工
15、程除险加固提供了较准确、实用的地质资料。具体为:两坝肩坝下山体的坡洪积层、左肩至坝尾端 125.00m 范围内山体透水松散，存在极严重一严重透水带，建议进行灌浆处理；坝体筑坝质量较差，土料大部分具有分散性，坝体和坝下基岩为较严重透水带，存在一定的渗漏途径，有必要进行灌浆处理。建议除险加固设计时对坝后倒滤体进行复核计算，以防止在渗流作用下被分解和冲蚀；坝尾端右肩处怀疑为一断层，经过钻探资料及岩芯分析，22.0m 以下岩石完整，压水试验合格，上段没发现断层角砾岩，从侧边岩体露头的断面看，的确有一个小褶皱，加之该处的山体单薄，经过灌浆处理后可以起到隔水效果；如进行灌浆处理，按单排布孔，孔距 2m，接地式帷幕考虑，预计进尺 2595m。 6 结语 综上所述，工程地质勘察工作是病险水库除险加固工程的基础性工作，必须引起足够的重视。在进行病险水库的地质勘察工作时，必须抓住关键问题，明确工程地质勘察的工作内容及方法，进行全面、系统的勘察研究，力求为病险水库除险加固工程提供帮助。 参考文献 1 周银波;刘锐.山区中小型病险水库除险加固工程地质勘察要点J.人民珠江,2010 年 04 期 2 韦港.小型病险水库除险加固工程地质勘察的若干问题J.中国水能及电气化,2009 年 04 期
