中小型水库除险加固工程地质问题及勘察方法

李文才

（云南省红河哈尼族彝族自治州水利水电工程地质勘察咨询规划研究院，云南红河 661100）

0 前言

土石坝是我国早期水利建设工程中常用的堤防方式，在我国农田灌溉、居民供水和生态保护等多方面都做出了卓越的贡献。但土石坝工程都在近年来出现了各种病害问题和地质问题，以大石坝水库为例，基于中小型水库的具体情况提出除险加固方法和地质勘察方法。

1 中小型水库存在的地质病险问题

大石坝水库的主要病险类型包括：①清基不彻底，另拦河坝坝体由多次填筑而成，随经多次碾压，但质量较差；②拦河坝无法满足抗震和结构稳定要求；③拦河坝和输水建筑物的渗流安全无法满足规范要求；④大石坝水库现状泄洪建筑物是溢洪道，没有进行衬砌，导致运行管理和泄洪安全性较差；⑤输水涵洞是坝下浆砌石拱涵洞，无法满足规范要求；⑥大石坝水库没有基本的安全监测设施（例如沉降、位移、渗漏量和浸润线等观测设施）。

2 除险加固工程地质勘察方法

大石坝水库除险加固工程初步设计阶段地勘工作，是在大坝工程地质复核及坝体检查地勘资料的基础上进行的。本次地质勘察的主要方法是：

（1）收集、整理、校查、编制工程区域地质图，从区域宏观论证本区间地质结构，评价工程地区的区域稳定性。

（2）库区蓄水多年，其库盘环境条件改变，是否存在水库渗漏、库岸再造、水库淤积及浸没等不良工程地质问题，需进行地调查，进行工程地质评价。

（3）进一步查明坝体的成层结构，物理力学性质、透水性及坝体浸润线等，对坝体现存在的主要工程地质问题进行评价；查明坝基地层岩性，地质构造、风化带、透水性、地下水位及地基持力层强度等，最终对坝基进行定量渗漏、渗透破坏变形和抗压抗滑稳定性评价[1]。

（4）对已建输水涵洞及新建溢洪道工程地质稳定性进行评价。

（5）查明建筑材料（砂、石、筑坝料）分布，储量和质量，对其进行评价。

3 除险加固工程任务和规模

3.1 除险加固工程任务

大石坝水库是以农业灌溉为主、以防洪为辅的小（2）型水利工程。该水库承担着六街村委会3000 余亩农田的灌溉任务。水库下游保护对象有：邑他得、六街村0.06 万人，0.3 万亩耕地；小石坝水库大坝。

3.2 除险加固工程规模

经除险加固工程处理后，大石坝水库总库容70.0 万m3，规模为小（2）型，其具体情况如表1 所示。

表1 大石坝水库除险加固后的特征水位与相应库容

3.3 水库除险加固后运行方式

经除险加固工程处理后，大石坝水库的泄洪工程是溢洪道。其中，输水隧洞只需要负责输水。工程施工单位在进行水库除险加固时需要将安全置于首位，确保施工过程的安全性。要保证除险加固后端溢洪道的高程和正常的蓄水位相等，如果出现库水位高于正常蓄水位的情况，就要使溢洪道进入自由泄流状态，千万不能使水库超过蓄水容量，保证水库的防洪功能正常生效。

4 除险加固工程总体布置

4.1 除险加固工程现状布置

大石坝水库由枢纽工程和灌溉工程组成。本次除险加固的对象是枢纽工程，现状枢纽工程由拦河坝、输水涵洞和溢洪道三部分组成。

4.1.1 拦河坝

大石坝水库拦河坝为均质坝，坝顶高程1800m。大坝上游坡无防浪措施，下游杂草丛生；无岸坡排水沟，坝坡面不规整；坝体下游坡脚无排水设备，坝体无法正常排水，无坝体渗水观测设施。拦河坝稳定分析物理力学指标情况如表2 所示。

表2 拦河坝稳定分析物理力学指标表

4.1.2 输水涵洞

输水涵洞为坝左岸坝下，涵洞轴线为直线，与坝轴线斜交。涵洞主要承担输水任务，涵洞洞身为浆砌石衬砌，全长58m，涵洞放水设备为锅盖闸。

4.1.3 溢洪道

溢洪道位于大坝右坝肩，为开敞式明渠，全长71m，断面尺寸不规则。未作衬砌过流，边坡稳定性差。整段溢洪道倒塌、堵塞严重，进口底板高程为1797.00m。

4.2 除险加固主要建筑物工程布置

根据《石屏县龙朋镇大石坝水库大坝安全鉴定报告》，大石坝水库除险加固的重点是枢纽工程区。大石坝水库除险加固后，枢纽工程由拦河坝，输水涵洞及溢洪道组成。

4.2.1 拦河坝

该建筑物工程的布置需要以加固和培厚为主要方式，利用前堵后排技术对其进行除险加固。工作人员应首先加固坝体，并集中增加堤坝根基部位的厚度，对坝体进行抗滑、抗震和抗渗流处理，整体提升堤坝的稳定性。要在加固后的坝脚和岸坡位置增设合适的排水设施，并在上坝坡和下坝坡上建设保护装置，提升对坝顶的保护。此外，还应建设科学的水情实时监测系统，提升坝体变形现象和加大渗流观测现象的监测力度。

大石坝水库的拦河坝的材料土质较为均匀，在进行除险加固工程建设时，要注意保持坝轴线位置不变，仍呈直线。除险加固后的堤坝全长为83m，坝顶高程为1800m，坝顶宽7m，最大坝高11m。

上游坝坡坡比1:2.5，采用干砌毛条石护坡，厚30cm，护坡底高程比死水位1790.86m，高1.24m，即1792.00m，毛条石护坡下设碎石垫层（厚20cm，粒径20～40mm）和中砂垫层（厚20cm，粒径0.5～20mm）。坝顶现已浇筑混凝土，下游边坡为一级坡：即1:2.25，为草皮护坡。坝体排水采用棱体与贴坡排水组合型式，清除原坝脚表面覆盖物，新开挖、支砌，除险加固后堆石排水体顶宽1.2m，顶部高程1792.3m，内坡比为1:1.0、外坡比为1:1.5。贴坡排水顶部高程1796.3m，厚度0.3m。

采用帷幕灌浆方式对坝体及坝基进行防渗处理，拦河坝中部坝体、坝基和左、右两坝肩采用帷幕灌浆防渗。

布置帷幕灌浆孔时需要保证灌浆孔的分布沿着坝轴线向河流上游逐渐扩展。灌浆孔需建设为单排孔，孔与孔之间的距离应为2m。灌浆时应采用水泥粘土浆为主要浆液灌注坝体，在灌注基岩时则需要使用纯水泥浆，遵循由上至下的顺序对堤坝进行灌浆，帷幕灌浆钻孔进尺1015.7m，帷幕灌浆段长943.2m。灌浆质量检查采用钻检查孔，做压水试验，并参照最近类似工程的施工经验。

4.2.2 改造溢洪道

本次除险加固设计中采用在大石坝溢洪道的基础上进行改造的工程措施，保证水库行洪安全。经调洪计算，10 年一遇洪水位为1799.58m，相应下泄流量为18.6m3/s。20 年一遇校核洪水位1799.93m，相应下泄流量22.6m3/s[2]。

改造溢洪道布置于大坝右岸，为开敞式明渠布置，明渠进口高程即正常蓄水位1797.00m，明渠为矩形断面，底宽1.5m，高度3.0m，最大泄量29.38m3/s，溢洪道全长94m[3]。由于溢洪道直接进入下游的小石坝水库，不需做消能处理。

4.2.3 封堵输水涵洞

输水涵洞为坝下浆砌石拱涵，基主要持力层为第四系残坡积粉土、含砾粉质粘土，其强度较高，但不均匀，易对建筑物造成不均匀沉陷，承压稳定性差。涵洞经多年运行，洞身多处开裂、浸水，局部呈股状喷射。涵洞常年渗漏量（总q=0.4L/s），长期渗流影响大坝安全，本次设计将原输水涵洞封堵。

4.2.4 新建输水隧洞

在左坝肩靠近山体另择线路新建输水隧洞。输水隧洞为城门洞形，采用C20 钢筋混凝土浇筑，断面尺寸1.0×1.5，底宽1.0m，边墙高度为1m，拱的半径0.5m，筋混凝土厚度为0.3m。在隧洞0+008.5 处建竖井一座，井内设置闸门2 道（一道工作闸，一道检修闸），井上设置起闭机2 台操纵闸门起闭，井顶设检修平台和闸室各一间，隧洞出口设消力池，隧洞衬砌结束后，采取回填灌浆和固结灌浆控制渗漏现象。

5 结语

由大石坝水库的实例分析可知，传统土石坝类水库工程存在一些病险与地质问题，需进行地质勘察，并以勘察结果为依据进行除险加固工程建设工作，切实提高水库的功能质量，为周边人民群众的生命财产安全提供可靠保障。