楊振華, 祁永志, 賈東彥, 祁 軍, 林萬(wàn)勝

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,青海 西寧 810000)

青海省病險(xiǎn)水庫(kù)的主要問(wèn)題與處理措施

楊振華, 祁永志, 賈東彥, 祁 軍, 林萬(wàn)勝

(青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,青海 西寧 810000)

青海省內(nèi)病險(xiǎn)水庫(kù)多建于20世紀(jì)70—80年代,存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低、質(zhì)量差的現(xiàn)象,且存在安全隱患,不能按設(shè)計(jì)正常發(fā)揮效益。對(duì)青海省內(nèi)病險(xiǎn)水庫(kù)主要的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析,并以部分水庫(kù)為例,對(duì)主要工程地質(zhì)問(wèn)題的處理方式及處理效果進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。

壩體滲漏;壩基滲漏;不均勻沉降;治理措施

青海省目前已建成各類(lèi)水庫(kù)共153座,主要分布于黃河流域、湟水流域及內(nèi)陸河流域的西寧、海東、海西、海南、海北、黃南等地。水庫(kù)大部分建于20世紀(jì)70—80年代,其中以防洪、調(diào)蓄為主的水庫(kù)3座,以發(fā)電為主的水庫(kù)3座,以灌溉、供水為主的水庫(kù)147座;按水庫(kù)規(guī)模大型水庫(kù)2座,中型8座,小(1)型49座,小(2)型94座;攔河式水庫(kù)79座,引水注入式74座;其中壩高>70 m的水庫(kù)3座,壩高30～70 m的水庫(kù)29座,壩高在30 m以下的水庫(kù)121座;土石壩水庫(kù)145座,砌石壩水庫(kù)2座,砼壩水庫(kù)6座[1]。

目前,已進(jìn)行安全鑒定的水庫(kù)有122座,其中121座為病險(xiǎn)水庫(kù)。從安全鑒定情況來(lái)看,病險(xiǎn)水庫(kù)的出現(xiàn)原因在于受當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)條件所限,水庫(kù)建設(shè)缺乏科學(xué)性根據(jù)。大部分病險(xiǎn)水庫(kù)沒(méi)有進(jìn)行前期勘察設(shè)計(jì)工作,存在工程標(biāo)準(zhǔn)低、修建質(zhì)量較差、配套設(shè)施老化失修嚴(yán)重等問(wèn)題。大部分水庫(kù)長(zhǎng)期帶病運(yùn)行,不能充分發(fā)揮水庫(kù)效益,影響防洪安全。

根據(jù)統(tǒng)計(jì),青海省病險(xiǎn)庫(kù)存在的問(wèn)題可分為兩類(lèi):一類(lèi)為壩體本身存在的問(wèn)題,如土石壩壩體滲漏、壩體凍脹裂縫、壩體邊坡穩(wěn)定等;另一類(lèi)為壩基存在的工程地質(zhì)問(wèn)題,如非喀斯特壩基滲漏、喀斯特壩基滲漏及壩基不均勻沉降等[2]。

1 病險(xiǎn)水庫(kù)壩體存在的問(wèn)題

1.1 土石壩壩體滲漏

由于受筑壩時(shí)的生產(chǎn)及技術(shù)條件限制,引起壩體滲漏的主要原因有如下3個(gè):

(1) 壩體填筑質(zhì)量差,如部分病險(xiǎn)水庫(kù)壩體在勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)填筑碾壓時(shí)由于填土層太厚,壩體土層存在明顯軟硬相間的分層現(xiàn)象,在層間形成壩體滲漏通道,表現(xiàn)為在壩后局部有散浸現(xiàn)象。

(2) 對(duì)壩基處理不夠或未進(jìn)行處理,最終影響筑壩質(zhì)量。該類(lèi)病庫(kù)一般壩基存在較厚的工程特性較差的土層,由于未進(jìn)行地基處理而直接筑壩,表現(xiàn)為壩體下部干密度較低,而上部填筑質(zhì)量相對(duì)較好,該類(lèi)水庫(kù)在長(zhǎng)期運(yùn)行后,由于壩后排水棱體失效,在壩后坡存在較多的散浸現(xiàn)象,該類(lèi)病庫(kù)除壩體滲漏問(wèn)題外還常伴有壩基不均勻沉降與壩體變形問(wèn)題,壩體滲漏常加劇壩體變形問(wèn)題。

(3) 上壩料料質(zhì)較差而產(chǎn)生的壩體滲漏,該類(lèi)病庫(kù)在修筑時(shí)由于就近所選料質(zhì)本身較差,加上施工技術(shù)落后,因此造成壩體滲漏,如共和索爾加、下梅等水庫(kù),選用上壩料為礫石土,其中細(xì)粒(粒徑>0.075 mm)平均含量分別為37.4%、46.6%,由于料場(chǎng)料源均勻性差,另外在上壩時(shí)由于人為擾動(dòng)分選,造成局部礫石相對(duì)集中,形成壩體滲漏。又如湟中黃茨灘水庫(kù),填筑料為強(qiáng)風(fēng)化粘土巖,由于上壩料中粘土巖塊較多,壩體碾壓時(shí)巖塊破碎程度也不夠,巖塊間細(xì)粒填充不足,形成了集中滲漏通道,壩體滲漏嚴(yán)重。

1.2 壩體凍脹裂縫

由于省內(nèi)多屬高寒地區(qū),冬季氣溫低,受壩體填筑材料、含水量等影響,在冬季部分水庫(kù)壩頂出現(xiàn)凍脹裂縫。如互助本康溝水庫(kù),凍脹裂縫多在11—12月氣溫降低時(shí)開(kāi)始出現(xiàn),至翌年3、4月份氣溫回暖后消失,裂縫寬度多在0.5～3.5 cm,深度2 m左右,裂縫深度比當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)凍深稍大。裂縫多呈樹(shù)枝或折線狀,稍沿壩軸線方向展布,但規(guī)律不明顯,在部分水庫(kù)壩體受不均勻沉降或壩體邊坡穩(wěn)定影響,展布具一定規(guī)律性,且深度也稍深。

1.3 壩體邊坡穩(wěn)定

壩體邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生的原因主要有兩類(lèi):

(1) 受筑壩時(shí)技術(shù)條件限制,部分壩坡設(shè)計(jì)不夠合理,從而產(chǎn)生邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。如佐暑水庫(kù),壩體總體填筑質(zhì)量尚可,壩體內(nèi)浸潤(rùn)線總體比降較大,壩體防滲性較好,但壩體總體較薄,因此壩后浸潤(rùn)線相對(duì)較高,壩后坡存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

(2) 受填筑質(zhì)量影響,壩體內(nèi)存在滲漏,在滲出帶附近常產(chǎn)生壩體變形。如下星家水庫(kù)下游壩坡下部有輕微隆起,此處壩坡坡比為1∶2.75,土體大部分呈飽和狀態(tài),有少量的縱向細(xì)縫分布,說(shuō)明此處壩坡有塑性變形現(xiàn)象,變形產(chǎn)生的主要原因是壩體內(nèi)滲漏與凍脹引起,在壩體進(jìn)行防滲處理后能有效防止此類(lèi)變形的發(fā)生。

2 病險(xiǎn)水庫(kù)壩基主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.1 非喀斯特壩基(肩)滲漏

青海省內(nèi)水庫(kù)均為峽谷型水庫(kù),其中病險(xiǎn)庫(kù)的壩基滲漏主要有兩類(lèi):

(1) 壩基在施工時(shí)清基不完全或未進(jìn)行清基,壩基存在砂礫石等透水性強(qiáng)的沖洪積巖土層,形成集中滲漏通道,造成壩基滲漏,該類(lèi)問(wèn)題為省內(nèi)病險(xiǎn)庫(kù)的主要問(wèn)題,大部分病險(xiǎn)水庫(kù)都存在因清基不完全造成的壩基滲漏,如湟中白家溝水庫(kù)(見(jiàn)圖1)。

圖1 白家溝水庫(kù)壩線工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Engineering geological section of dam axis of Baijiagou reservoir1.人工填筑土;2.坡積黃土層;3.砂礫石層;4.磚紅色粘土巖、砂礫巖。

(2) 古近系巖層中的滲漏。古近系巖層多以粘土巖夾砂巖、砂礫巖為主,其中砂巖、砂礫巖本身具一定透水性,當(dāng)層厚較大時(shí),也容易形成壩基(肩)滲漏,該類(lèi)壩基滲漏一般滲水量較小。如勝利水庫(kù),在河床與左壩肩壩基巖性為粘土質(zhì)砂巖、砂礫巖,弱風(fēng)化巖體透水率多在2～3 Lu,水庫(kù)在蓄水后存在河床壩基與左壩肩滲漏,總體滲漏量較小,由于滲漏,左岸壩后邊坡常出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.2 喀斯特壩基滲漏

灰?guī)r區(qū)的病險(xiǎn)水庫(kù)較少,僅兩座。由于青海省屬高寒地區(qū),根據(jù)勘察揭露巖溶具以下發(fā)育特征:溶洞發(fā)育較少,巖體內(nèi)構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育,沿節(jié)理溶蝕現(xiàn)象較明顯,即灰?guī)r區(qū)內(nèi)巖溶以溶隙為主;溶隙連通性好,且深部溶隙也較發(fā)育。如南門(mén)峽水庫(kù),在對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿后壩基滲漏量減少不明顯,說(shuō)明壩基滲漏受壩基深部巖溶的影響較大,該水庫(kù)目前正在進(jìn)行防滲處理中。

2.3 壩基不均勻沉降

水庫(kù)壩基存在厚度變化較大的土層時(shí),壩基易發(fā)生不均勻沉降。發(fā)生該類(lèi)問(wèn)題的病庫(kù)壩基一般未進(jìn)行處理,且壩基土相對(duì)軟弱,壓縮性較高。如石壘灣水庫(kù),壩基分布洪積粉質(zhì)粘土,厚度8～35 m,修筑前土的壓縮系數(shù)為0.3～0.65 MPa-1,屬中—高壓縮性土。該壩在修建運(yùn)行多年后,上游壩面向下游凹陷,凹陷部位位于河床中部偏左處,與原河床深槽相同;另外在放水管廊道頂部有一條張性裂縫,垂直壩軸線分布,裂縫長(zhǎng)度5～10 m,寬度為0.5～15 mm,裂縫左側(cè)相對(duì)右側(cè)下沉,差異沉降量達(dá)5～10 cm,說(shuō)明壩體存在差異沉降,主要原因在于壩基覆蓋層受上覆壓力而產(chǎn)生沉降變形。

3 處理措施

病險(xiǎn)水庫(kù)的各類(lèi)病險(xiǎn)問(wèn)題往往是多種一起出現(xiàn),治理時(shí)一般綜合考慮各主要因素后采取處理措施。

3.1 滲漏處理措施

包括壩體滲漏與壩基(肩)滲漏,其中壩體滲漏由于滲漏量小,壩體與壩基經(jīng)過(guò)多年沉降固結(jié),力學(xué)條件相對(duì)較好,且大多數(shù)水庫(kù)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行考驗(yàn),因此對(duì)壩體滲漏問(wèn)題,很少專(zhuān)門(mén)進(jìn)行處理,一般結(jié)合壩基滲漏進(jìn)行處理。省內(nèi)病庫(kù)中專(zhuān)門(mén)針對(duì)壩體滲漏進(jìn)行處理的水庫(kù)有李家水庫(kù)。該水庫(kù)壩體填筑土以碎塊石土為主,細(xì)粒含量較高,干密度較低,密實(shí)程度不均,壩體內(nèi)浸潤(rùn)線較高,防滲性能差,總體填筑質(zhì)量較差,壩體滲漏問(wèn)題嚴(yán)重,另外還存在壩基滲漏問(wèn)題。對(duì)李家水庫(kù)采用了壩前及壩體水平防滲鋪蓋,處理后防滲效果良好。

壩基(肩)滲漏根據(jù)地質(zhì)條件采用防滲帷幕或定噴連續(xù)墻進(jìn)行處理,一般對(duì)較堅(jiān)硬基巖中的滲漏采用帷幕灌漿,對(duì)覆蓋層中的滲漏多采用高壓定噴砼連續(xù)墻進(jìn)行防滲。從處理后效果來(lái)看,大部分防滲處理效果較好,如下星家水庫(kù)主要問(wèn)題是壩基未進(jìn)行處理壩體下部滲漏,經(jīng)高壓定噴砼連續(xù)墻處理后壩體與壩基滲漏問(wèn)題基本得到解決。又如香溝水庫(kù)的喀斯特巖溶在經(jīng)帷幕灌漿后防滲效果也比較好。

3.2 壩基滲漏處理措施

為新近系、古近系巖層時(shí)壩基(肩)中的滲漏,多采用防滲帷幕進(jìn)行處理。如勝利水庫(kù)(圖2)主要滲漏通道是壩基洪積砂礫石層與壩基(肩)新近系砂礫巖中的滲漏,采用了防滲帷幕進(jìn)行了處理,帷幕嵌入弱風(fēng)化層中部,經(jīng)處理后壩基滲漏量減少明顯,說(shuō)明古近系基巖中的滲漏主要在強(qiáng)、弱風(fēng)化層中。

3.3 其他問(wèn)題的處理

對(duì)壩體裂縫、邊坡變形與不均勻沉降問(wèn)題,一般沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理,大部分對(duì)壩體外觀進(jìn)行修繕及整平處理,壩體滑坡則采用合理坡比進(jìn)行培厚。由于沉降問(wèn)題引起的壩體裂縫,如石壘灣水庫(kù),在確定裂縫未貫穿壩體,對(duì)大壩安全影響不大時(shí),未采取專(zhuān)門(mén)處理措施,僅對(duì)沉降引起破壞的建筑物進(jìn)行了修繕。

圖2 勝利水庫(kù)壩線工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Engineering geological section of dam axis of Shengli reservoir1.人工填筑粉質(zhì)粘土;2.粉質(zhì)粘土層;3.砂礫石層；4.粘土層;5.砂礫巖;6.粘土巖。

4 結(jié)束語(yǔ)

在病險(xiǎn)水庫(kù)存在的各類(lèi)工程地質(zhì)問(wèn)題中,滲漏問(wèn)題與壩體邊坡穩(wěn)定是影響水庫(kù)效益與安全的主要問(wèn)題,對(duì)該類(lèi)問(wèn)題必須采取有效的治理措施。由于病險(xiǎn)水庫(kù)修建運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),水庫(kù)其它工程地質(zhì)問(wèn)題對(duì)大壩的安全影響相對(duì)較小。

處理水庫(kù)病險(xiǎn)問(wèn)題時(shí),應(yīng)全面考慮后針對(duì)主要問(wèn)題進(jìn)行處理,處理措施的選取則應(yīng)針對(duì)地質(zhì)條件考慮其有效性與適宜性。

[1] 高海鳳,唐元海,汪海軍,等.青海省水庫(kù)提能達(dá)標(biāo)工程規(guī)劃[R].西寧:青海省水利廳水利管理局,2012.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部.中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:SL55—2005[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

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

楊振華(1986-),男,工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè),從事水利水電地質(zhì)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

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160504.0924.026.html 數(shù)字出版日期:2016-05-04 09:24