李麗文

( 大連金州新區(qū)水利管理服務(wù)中心，遼寧 大連116000)

新中國(guó)成立以來，我國(guó)建設(shè)了大量水庫(kù)，先后建成小型水庫(kù)82643 座，占我國(guó)水庫(kù)總數(shù)的95%，其中小(1) 型水庫(kù)16 115座、小( 2) 型水庫(kù)66528 座。小型水庫(kù)作為我國(guó)水利工程體系的重要組成部分，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。但由于歷史原因，我國(guó)小型水庫(kù)存在工程標(biāo)準(zhǔn)偏低、建設(shè)質(zhì)量較差、老化失修嚴(yán)重、配套設(shè)施不全、缺乏良性的管理體制與機(jī)制等一系列問題，致使小型水庫(kù)安全隱患嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重制約了水庫(kù)效益的發(fā)揮，也成為我國(guó)防洪體系的薄弱環(huán)節(jié)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前病險(xiǎn)水庫(kù)有4 萬余座，大部分散布于農(nóng)村地區(qū)。許多城市及縣城都受到病險(xiǎn)水庫(kù)潰壩的威脅。1975年河南駐馬店，石漫灘、板橋水庫(kù)潰壩致使1100 萬人受災(zāi);汶川地震后四川多處水庫(kù)成為病險(xiǎn)水庫(kù)。從根本上解決病險(xiǎn)水庫(kù)存在的工程地質(zhì)問題，有利于解除對(duì)下游城市的威脅; 客觀地采取加固整修的方法而避免重建也可以節(jié)約大量資金。

確定病險(xiǎn)水庫(kù)的定義及其險(xiǎn)情的分類，對(duì)加固整修，具有重要意義。

1 病險(xiǎn)水庫(kù)定義

病險(xiǎn)水庫(kù)一般是實(shí)際抗御洪水標(biāo)準(zhǔn)低于部頒水利樞紐工程除險(xiǎn)加固近期非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)，或者工程存在較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，影響大壩安全，不能正常運(yùn)行的水庫(kù)［1］。

2 病險(xiǎn)水庫(kù)常見的工程地質(zhì)問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，病險(xiǎn)水庫(kù)常見的險(xiǎn)情及隱患，大部分與地質(zhì)因素有關(guān)，主要表現(xiàn)在壩基滲漏、壩基穩(wěn)定性、邊坡失穩(wěn)、壩體填筑質(zhì)量4個(gè)方面。［2］

2.1 壩基滲漏及滲透穩(wěn)定［3］

壩基滲漏是病險(xiǎn)水庫(kù)常見的險(xiǎn)情。按照壩基地質(zhì)條件，可分為覆蓋層滲漏、裂隙性巖體滲漏、斷層破碎帶滲漏和巖溶滲漏。

2.1.1 覆蓋層滲漏［4］

常見的覆蓋層滲漏包括沖積砂礫石滲漏和殘坡積礫質(zhì)土滲漏。砂礫石層的滲透系數(shù)多在i ×10－2或i×10－3cm/s 量級(jí)，屬?gòu)?qiáng)或中等透水層，滲漏量多在每秒數(shù)十升，雖然壩體下游坡腳做了排水棱體或減壓井，但不能阻止?jié)B漏，當(dāng)排水棱體或減壓井失效時(shí)，其滲流條件惡化，壩基砂土出現(xiàn)滲透變形。

礫質(zhì)土滲漏主要為大壩兩岸直接坐落于殘坡積礫質(zhì)土上，多為均質(zhì)土壩，或心墻堆石壩，兩岸心墻清基不徹底，部分心墻置于礫質(zhì)土層上，而引起的滲漏。礫質(zhì)土的滲透系數(shù)多在i×10－4或i×10－3cm/s量級(jí)，大壩運(yùn)行后兩岸下游壩坡散浸或滲水，一般滲漏量小，但在高水頭長(zhǎng)期滲流作用下，可使下游壩坡發(fā)生變形或沉陷與滑動(dòng)致使其失穩(wěn)。

2.1.2 裂隙性巖體滲漏

裂隙性巖體滲漏多發(fā)生于以砂巖、片麻巖或板巖、巖漿巖為壩基的各類壩型。河床壩基多為弱風(fēng)化巖體，兩岸壩基殘留有強(qiáng)風(fēng)化巖體，其裂隙發(fā)育，透水率在10 ～100 Lu，呈分散性滲漏。

2.1.3 斷層破碎帶滲漏

滲漏主要表現(xiàn)為中等強(qiáng)度透水，各類壩型均有發(fā)生，多呈集中滲漏，滲漏量多在每秒數(shù)升至十余升。

2.1.4 巖溶滲漏

水庫(kù)在庫(kù)內(nèi)出現(xiàn)巖溶管道性滲漏，向壩下游或低鄰谷與洼地滲漏，其滲漏量較大，常在數(shù)十升甚至在1 m3/s以上，雖不危及大壩安全，但影響水庫(kù)效益。在巖溶發(fā)育地區(qū)應(yīng)詳查壩基區(qū)域的工程地質(zhì)情況。

2.2 壩基穩(wěn)定性

2.2.1 抗滑穩(wěn)定與沉降變形

山區(qū)土石壩因地基條件而引起的抗滑穩(wěn)定性與沉降變形險(xiǎn)情很少。而在平原區(qū)的土石壩，壩基下存在高壓縮性土，常有抗滑穩(wěn)定性與沉降變形的險(xiǎn)情發(fā)生。

2.2.2 抗震穩(wěn)定性

高烈度區(qū)的病險(xiǎn)水庫(kù)大壩，常因抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不夠，存在抗震穩(wěn)定性的隱患。部分土石壩，因壩基有軟黏土或飽和粉細(xì)砂層，亦有震陷或震動(dòng)液化的隱患。此種情況在汶川地震后被廣泛重視。上游的大型水庫(kù)成為下游城市嚴(yán)重的安全隱患。

2.2.3 濕陷性變形

壩基下存在有濕陷性土層且未經(jīng)工程措施處理或壩體填筑料為濕陷性土，當(dāng)水庫(kù)蓄水后，因濕陷性土浸水而造成壩基濕陷，壩體產(chǎn)生下沉變形，壩體形成裂隙，或者加大壩基及壩體的滲漏。此情況在西北地區(qū)濕陷性黃土地區(qū)可見。

2.3 邊坡失穩(wěn)

邊坡失穩(wěn)是水庫(kù)常見的隱患?？拷鼔误w的庫(kù)岸邊坡及壩肩邊坡，如土石壩溢洪道一側(cè)或兩側(cè)、泄洪洞進(jìn)出口洞臉，一般開挖一定高度的人工邊坡，有的做了邊坡襯砌支護(hù)，有的部分處理或者措施不當(dāng)，在泄洪水流沖刷下，出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)，影響水庫(kù)正常泄洪，危及大壩安全。

2.4 壩體質(zhì)量不合格

這種情況多出現(xiàn)于土石壩，常常是由于壩體填筑料和施工質(zhì)量失控造成的。險(xiǎn)情主要表現(xiàn)為: 浸潤(rùn)線及出逸點(diǎn)高; 下游坡散浸、滲水; 壩頂或壩坡裂縫、變形甚至滑動(dòng)等。

3 工程措施

針對(duì)大型水庫(kù)涵蓋水利樞紐應(yīng)進(jìn)行詳盡的工程地質(zhì)勘察，據(jù)此作出應(yīng)對(duì)措施。而小型水庫(kù)則可以結(jié)合實(shí)際情況類比采用其他的工程措施。主要的工程措施是針對(duì)小(1) 型病險(xiǎn)水庫(kù)加固，重點(diǎn)介紹小型病險(xiǎn)水庫(kù)加固常用的黏土沖抓防滲墻、射水造墻、高噴灌漿防滲墻、帷幕灌漿。［5］

3.1 射水法造塑性混凝土防滲墻技術(shù)［6］

射水法是近10年來才發(fā)展的一種工法，用于中小型水庫(kù)主、副壩的壩身、壩基防滲。

射水法造地下連續(xù)塑性混凝土垂直防滲墻原理是利用泥漿水高速射流的沖擊力破壞砂、土層結(jié)構(gòu)，水砂土混合將泥砂帶出地面，同時(shí)，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)操縱成型器上下反復(fù)沖擊，形成斷面為矩形的槽孔，并實(shí)行泥漿固壁，在已建槽孔直接澆筑塑混凝土，采用常規(guī)的水下混凝土導(dǎo)管澆筑法，建成塑性混凝土單板墻。射水法造塑性混凝土防滲墻原理見圖1。

3.2 高壓噴漿成墻防滲工程

高壓噴漿成墻防滲工程，是以高壓噴射流直接沖擊破壞土體，漿液與土以置換凝結(jié)為固體的高壓噴射注漿法來建造防滲墻。最大墻深40 m，該法在堤防工程中已廣泛應(yīng)用，在水庫(kù)加固中主要用于涵閘基礎(chǔ)防滲處理，在沖抓套井和沖擊成槽防滲墻等因塌方和壩體石塊多難以成槽時(shí)改用高噴防滲，雖造價(jià)較高，但該法適用范圍廣，故經(jīng)常采用。

圖1 射水法造塑性混凝土防滲墻原理框圖

高噴灌漿是利用射流作用的切割攪動(dòng)堤基以改變其結(jié)構(gòu)與組成，同時(shí)灌入水泥漿或混合漿形成凝結(jié)體的一種防滲加固堤壩的方法。

高噴分旋噴、定噴、擺噴3 種，其中旋噴形成圓柱形防滲墻，常用于處理建筑物基礎(chǔ)。擺噴形成啞鈴狀防滲墻，對(duì)壩體填料適應(yīng)性較強(qiáng)，定噴形成薄壁墻，僅用于粉土和砂土堤壩。高噴灌漿防滲施工工藝流程見圖2。

圖2 高噴灌漿防滲施工工藝流程框圖

3.3 沖抓鉆套井回填黏土心墻

要求加固工程附近有較好的黏性土，工程開工前應(yīng)對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行查勘，并取樣做擊實(shí)試驗(yàn)和土料抗?jié)B性能試驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求后( 土料壓實(shí)度＜0. 9，滲透系數(shù)＜1 × 10－6，最優(yōu)含水量22% 左右) ，再看土料總量是否滿足施工需要。小型水庫(kù)黏土心墻一般按單排孔設(shè)計(jì)，鉆孔直徑應(yīng)≥110 cm，造孔深度應(yīng)控制在30 m以內(nèi)為宜，黏土心墻軸線一般布置在壩頂中心線或偏向上游一側(cè)，為滿足施工和堆料要求，壩頂寬度應(yīng)＞6 m，頂寬不夠時(shí)可適當(dāng)削挖部分壩頂。

3.4 帷幕灌漿

在閘壩的巖石或砂礫石地基中采用灌漿建造防滲帷幕的工程。帷幕頂部與混凝土閘底板或壩體連接，底部深入相對(duì)不透水巖層一定深度，以阻止或減少地基中地下水的滲透; 與位于其下游的排水系統(tǒng)共同作用，還可降低滲透水流對(duì)閘壩的揚(yáng)壓力。

［1］牛運(yùn)光. 病險(xiǎn)水庫(kù)加固實(shí)例［M］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

［2］王亞東. 小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程措施［J］.黑龍江水利科技，2011，39(4) :161.

［3］謝玉蓮. 病險(xiǎn)水庫(kù)加固工程探究［J］. 中國(guó)科技信息，2012(10) :71.

［4］中華人民共和國(guó)水利部. GB50287—2008 水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［5］張倬元，王士天，王蘭生. 工程地質(zhì)分析原理［M］. 北京:地質(zhì)出版社，1994.

［6］李鐘，丁軍帆. 基于射水法造墻施工中監(jiān)理工程師的質(zhì)量控制［J］. 黑龍江水利科技，2008，36(02) :182 －183.