中小型土石坝除险加固勘察及处理措施

杨凤桂

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 概述

建国以来，我国水利水电建设事业取得了巨大成就，据初步统计，已建水库8.7万座，其中绝大多数建于20世纪50～70年代，限于当时的技术经济条件，由于设计和施工质量“先天不足”，现在工程老化失修严重，大量水库存在不同程度的病险问题。据统计，目前全国有各类病险水库3.7万座，这些水库已成为防汛工作中的薄弱环节和最不稳定因素。由于水库病险类型繁多，同种病险在不同的地质条件下存在较大差别，而土石坝是产生病险水库的主要来源。对土石坝的病险勘察，主要是查明填筑材料，查明坝基渗漏的主要工程地质层、位置及范围，其本质是对填筑材料的性状和填筑质量作出评价，确定主要漏水地段或主要渗漏通道的位置、形态和规模，估算渗漏量，从而提出防渗处理范围、深度和处理措施的建议。本文主要从中小型土石坝除险加固工程地质问题、勘察方法及处理措施3个方面分析论述。

2 主要工程地质问题

2.1 坝体质量问题

坝体主要由含碎石壤土、砂壤土、碎石，夹杂细砂、云母、全风化岩组成，且多有裂缝。由于坝体土质较杂，成分不均一，坝体整体填筑质量较差，密实度、均匀性较差，造成局部坝体渗漏。

2.2 坝基渗漏问题

坝基整体或局部为强透水层，如中砂、砾石及卵石层，该层连续或以透镜体的形式存在，渗透系数1×10-3～9×10-2cm/s，成为渗漏的主要通道，是水库渗漏的主要原因。坝基渗流量较大，库水通过中砂层及砾石层渗漏至下游，在坝下游多形成大面积的沼泽地带，造成水库蓄水困难，影响效益。

另外多数土石坝建于20世纪50～70年代，限于当时的认识水平和技术条件，大多数土石坝清基不彻底，表层残积土和风化土及淤积土也会产生水库渗漏。

2.3 大坝坝坡渗透不稳定，下游坝坡抗滑稳定安全系数均不满足规范要求

坝后排水棱体反滤失效，破坏严重，造成下游坝脚出现集中渗漏，沼泽化严重，沼泽化区域延伸至下游河床百余米。

2.4 溢洪道边坡稳定问题

溢洪道部分边墙被毁，部分边墙、护底板有破损，溢洪道边坡岩体被不同组合形式的节理切割，影响其完整性及稳定性，特别是节理密集发育地带，岩体破碎，局部存在有掉块、塌落现象，稳定性较差。

2.5 输水洞闸室基础稳定问题

输水洞闸室均有不同程度的开裂和倾斜，裂缝分布多为纵缝，宽度几毫米至几十毫米不等，主要为基础坐落在不同工程地质单元层，造成沉降不均。

3 勘察内容及方法

3.1 勘察内容

由于设备、资金、技术条件等条件限制，中小型水库除险加固不可能投入较多的勘探、试验工作量，而主要是依据水库存在的重要工程地质问题，有针对性地开展勘探及试验工作。

勘察内容主要包括地层岩性、填筑质量及病害发生的部位、时间、产生原因、危害性，特别是软弱土体（层）及施工填筑形成的软弱带等的厚度和空间分布情况，复核填筑土的物理力学参数等；检查大坝防渗体（心墙、水平铺盖等）、过渡层及反滤排水体等质量，了解填料级配、密实度、渗透系数等；调查坝体渗漏、开裂、沉陷、滑坡及其他建筑物险情的分布位置、范围、特征及抢险处理措施与效果，初步分析病害险情的类型、成因。对坝址区包括坝基及两岸一定范围，以能包含病险区及能分析病险原因为原则，了解岩（土）体透水性、相对隔水层的埋藏深度、厚度和连续性，重点是地基渗漏情况，并对原基础防渗效果及渗透稳定性进行初步评价。重点要注意坝体与坝基接触部位的地质条件，包括溢洪道、涵管、建筑物附近的变形边坡等问题。

3.2 勘察方法

（1）勘探宜采用钻探和物探相结合，勘探点数量以控制病险点和主要建筑物为原则，多在渗漏量较大出水点处布孔，沿坝轴线纵横各布剖面1条，根据实际情况可适当调整钻孔间距。

（2）钻孔深度。帷幕线上深入相对隔水层（5～15m），其他部位应深入坝基以下5～10m。

（3）由于钻孔对地层判断较为准确，而对坝基、坝体隐患的位置和分布判断较差，故对坝基、坝体隐患的位置和分布，宜采用物探方法探测。

（4）为取得较准确的渗透系数，对坝体（含防渗体）、覆盖层多进行简单的注水试验、基岩压水试验，多选在代表性部位，以免造成试验数据失真。

（5）对坝体的填筑质量，多宜在坝坡分区布置探坑，多采用环刀法取样，要对每个区作出质量评价，分别提出物理力学指标，换算测其干密度，击实试验测其最大干密度，确定压实系数，评价坝体填筑质量。

（6）非均质坝防渗体，多采用探槽形式查找粘土心墙或斜墙，探槽多垂直坝轴线布置，对其几何尺寸渗透系数和岩土成分进行复核。

（7）溢洪道、涵管、建筑物附近存在变形、边坡稳定等问题的部位，进行相应的地质测绘和检测。

（8）勘察过程中，钻探结束后应及时采用粘土及水泥浆液对钻孔进行封堵，做到质量可靠，以免对坝体造成破坏。

（9）对于输水洞基础稳定问题，往往采用钻探的形式，查明地层条件，确定合适持力层，选择合理的地基处理方式。

（10）充分收集区域地质资料，地震动参数资料，工程前期勘察、设计、施工资料，工程运行期的监测资料，对病险的专门观测资料。

（11）调查分析包括地质测绘和病险调查，地质测绘按有关规程执行，病险调查应调查其产生部位、发生时间、规模、与气候和库水变化的关系、发展趋势、危害程度等内容。

鉴于上述勘察原则与方法，可以看出坝基渗漏、边坡稳定、坝体变形及渗透稳定为土石坝水库除险加固工程勘察的重点，目的在于确定水库主要漏水地段及主要渗漏通道的位置、形态和规模，估算渗漏量，从而提出合理的防渗处理范围、深度和处理措施的建议。

4 处理措施

由于中小型水库除险加固工程考虑到资金、时间等条件限制，工程往往采取简单可行的处理方法和措施。

（1）对由于坝体质量土体不均产生的细小裂缝进行小压力灌浆处理，对坝体灌浆效果进行检测。

（2）对于坝基渗漏，由于中小型水库大多缺少垂直防渗，除险加固设计坝基防渗处理措施主要考虑采用混凝土防渗墙、高压摆喷防渗墙两个方案，根据工程经验和工程实际情况选择合理方案。

（3）对拦河坝下游坝脚排水棱体进行改建完善，修复排水楞体，对拦河坝下游进行贴坡培厚以放缓坝坡。回填料多采用壤土，坝坡坡比宜为1∶2.25。

（4）对两岸边坡和不稳定岩土体应进行变形监测，对溢洪道破损严重段，采用锚杆、喷护做简单处理，若出口未设消能防冲工程，建议采取适宜的防冲措施。

（5）对于坝体塌陷部位进行翻修处理，首先拆除原干砌石护坡，挖出反滤料，对坝面进行清基，随后回填壤土至原设计坝坡坡度，然后再铺设反滤料和干砌石。

（6）对于输水洞闸室基础稳定问题，往往采用拆除现有危险闸室，对软弱地基进行换填、复合地基和桩基等形式处理。

5 结语

中小型土石坝水库坝基渗漏、坝体填筑质量差、溢洪道边坡稳定、坝体变形，输水洞闸室地基不均匀沉降等问题为水库除险加固的主要工程地质问题。只有彻底查清险库病因，取得真实、准确的地质相关数据资料，才能提出更好的处理措施和方案，取得满意的除险加固效果。

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