小型病险水库存在的主要工程地质问题及对策

关键词：病险水库 工程地质问题 解决对策 

　　目前河北省小型病险水库大都修建于上世纪的六七十年代，因受当时科学技术的影响和资金投入情况有限，水库建设缺乏科学性根据，并且存在部分工程是没有严格按照水利工程的规划设计而建造的，本身存在一定的落后性因素和不健全因素使其性能不能满足当今农业等行业的发展需求。“十二五”期间我院完成了河北省小型病险水库除险加固初步设计工作近百余座。在地质勘察中，首抓病险水库区域地质测绘及地质调查，通过钻探和坑探进一步分析，结合野外原位测试实验及室内土工试验，查明坝址区的水文地质条件及工程地质条件。 

　　1 小型病险水库的特点 

　　大部分小型病险水库已运行40～60年，库容多小于100万m3，其工程等别多为V等，主要建筑物多为5级，大多数水库均为首次进行除险加固处理。由于历史原因，主要存在以下特点：①缺乏建库资料。水库在建设时没有专业的设计人员，没有前期的地质勘测及土工试验等前期工作。勘察水库不能面面俱到，如有建库资料，便能提供有力的佐证。②水库施工质量差。水库均为当地政府组织民工大搞群众运动完成，在施工过程中未曾取样检测土及混凝土的物理、力学各项指标。在除险加固施工过程中存在坝体填土不均匀，质量偏差较大现象。个别水库存在未按施工图纸施工。③工程管理不到位。小型水库多为村级管理，为牟取个人利益，私自抬高溢洪道堰顶高程、加高坝顶高程、私搭乱建、农作物与树木乱植等现象明显。④管理设施不完善。水库无管理房屋及通讯管理设施，不能满足正常管理要求。⑤工程未完建，便蓄水运用。 

　　2 小型病险水库的主要工程地质问题 

　　在小型病险水库勘察过程中重点查明《大坝安全鉴定报告书》中所存在的问题，同时兼顾在水库勘察过程中所暴露的其他问题。本文对南岗子、前庄水库等5座水库进行了分析，对共性问题强、特点突出的工程地质问题进行讨论，其主要存在的工程地质问题有：坝基渗漏、心墙顶高程较低、心墙土质量较差等。见表2.1。 

　　2.1 坝基渗漏问题 蓄水水库如果产生过大渗漏，直接影响水库的效益，同时还会因渗漏导致其他一些不良的后果，仔细研究坝基渗漏问题是十分有必要的。 

　　库水主要沿第四系疏松的卵砾石层、砂土层及基岩中各种结构面和溶蚀孔洞等通道产生渗漏。引起渗透变形的动力因素是动水压力，一旦当渗流的动水压力达到岩土的抗渗强度时，就会发生渗透变形。一般来说，渗漏有一个发展过程，到了极端状态将产生渗透破坏，没有发展到这个极端状态之前，只能说是存在安全隐患，但工程相对来说是安全的。例如，丰宁县南岗子水库钻孔揭露坝基主要为第四系上更新统的粉砂、砾砂及圆砾，其渗透系数建议值分别为8.0×10-3cm/s、8.0×10-2cm/s和0.2cm/s，具中等～强透水性，导致水库自建坝来基本处于干涸状态，该水库目前主要起缓洪作用。赞皇县孤山井沟水库同样坝基揭露第四系全新统冲洪积中砂及全风化岩体，均具中等透水性，推测建坝时清基不彻底导致，目前该水库也基本处于干涸状态。 

　　而灵寿县前庄水库，钻孔QZ1揭露坝基强风化片麻岩，经注水试验渗透系数为2.3×10-3cm/s，具中等透水性，在钻探过程中出现严重漏浆现象，且岩芯多破碎，但下游未见明显水流出溢，推测钻孔QZ1强风化岩体较破碎、裂隙发育，存在局部渗漏通道，由于水库运行多年，库区淤积细粒土层对渗漏通道自然封堵所致。 

　　以上水库虽然坝基存在渗漏现象，但水库均已运行多年，且经过计算各特征水位下坝基渗流坡降均小于渗流坡降，因此依据水利部“重点小型水库病险水库除险加固工程初步设计指导意见”，对渗漏问题可按“允许渗漏但不允许渗透破坏”的原则采取工程措施，本次除险加固未对坝基进行防渗的设计。 

　　2.2 心墙顶高程较低 心墙土位于坝体中间，由渗透系数较低的粘性土料作为防渗体。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，土质防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高应为0.3～0.6m，非常运用条件下，防渗体顶部不应低于非常运用条件的静水位。当库区水位高于心墙顶高程时，对坝体安全十分不利。 

　　例如，东胜沟水库根据钻孔揭露情况表明，心墙顶高程为174.30m与校核洪水位176.34m相差2.01m，与正常蓄水位174.30m齐平，详见图2-1。东胜沟水库在2013年5月11日开始对大坝施工，施工过程中未放空水库，一直保持高水位运行，由于施工过程中有重车碾压，对大坝顶部土体局部造成损坏。2013年5月10日左右，平山普降大雨，水位与正常蓄水位相近。5月13日，施工单位对下游坝坡施工时发现下游坝坡出现两处渗漏带、一处明流。而水库运行多年，未见渗漏情况。 

　　其原因分析如下：下游坝坡渗水点高程较高，且下游坝脚未见渗流出逸，分析渗水原因为大坝长时间高水位运行，坝顶部土体局部造成损坏，水流通过心墙上部渗流造成，坝后缺少排水设施。坝脚处原来为一条灌溉渠道，填筑的土料渗透性较差，造成坝后排水不畅，抬高了坝后渗流出逸点。输水洞上部有渗水点，高于输水洞高程，分析渗水应是心墙顶上部渗流造成。 

　　从水库现状运行状况分析，可能存在上部坝体土填筑质量不均匀，局部存在夯填不密实，施工处理不良，心墙顶高程不均一等情况。本次采取工程措施为粘土心墙接高方案。 

　　2.3 心墙土质量较差 粘土心墙质量要求较高。依据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）附录A关于防渗体土料的质量指标要求：粘粒含量15%～40%为宜；塑性指数10～20；碾压后渗透系数小于10-5cm/s，并小于坝壳透水料的50倍。某些小型水库由于无科学指导、施工盲目等历史原因，且山区粘性土料缺乏，多以山皮土填筑为主，导致心墙土质量较差，不满足规范要求。虽然水库已运行多年，未发生险情，但应及时消除安全隐患。 

　　例如，大洋沟水库钻孔揭露情况表明，坝顶钻孔DYG1和钻孔DYG2孔深12.5m（高程116.42m）范围内为含细粒土粗砂，偶见壤土夹层，细粒土含量约30%。据当年修建水库施工人员介绍，受当时施工条件和技术水平限制，心墙土材料大部分为附近山皮土，与上下游坝坡材料一致。上游水位常年维持在125.10m，比正常蓄水位126.80m低1.70m，但下游河床未见明显渗透痕迹。为查明原因，在坝顶布置探坑一个，现场进行双环注水试验，试验结果表明该含细粒土粗砂的渗透系数为8.2×10-4cm/s，具中等透水性；但结合历史运行工况及注水成果认为上部心墙土体质量接近均质坝土料。为消除安全隐患，本次除险加固设计采取上游铺设土工膜的设计方案。 

　　3 结语 

　　小型水库在实际应用中普遍存在于基层，服务广大农村生产、生活，只有充分认识到小型水库的重要性，才能为广大人民群众带来更大的福利。“坝基渗漏、心墙顶高程较低、心墙土质量较差”等工程地质问题是小型水库在除险加固过程中常见的一些地质问题，应正确对待，保证坝体运行安全，排除隐患。在施工过程中应加强施工地质工作，应对地质变化对工程造成的影响。 

　　参考文献： 

　　[1]李智毅，杨裕云.工程地质学概论[M].武汉：中国地质大学出版社，1994：294～298. 

　　[2]SL 274-2001，碾压式土石坝设计规范[S]. 

　　[3]SL 251-2000，水利水电工程天然建筑材料勘察规程[S]. 

　　[4]刘康水.我国基层水利发展存在的问题及对策[J].城市建设理论研究，2013（36），61.