浅议水库除险加固地质勘察
[摘 要] 病险水库除险加固工程地质勘察,应抛弃以查“条件”为主的常规工程勘察思路,树立以查“问题”为主的求实思想;对于渗漏问题的评价和处理,需要结合具体工程实际,坚持“允许渗漏但不允许渗透破坏”的基本原则,虽然众多小型水库除险加固工程技术问题很难形成理论规范,但具体工程上的技术特点和难点还是可以总结的,文章对水库除险加固地质勘察进行分析,仅供参考。
[关键词] 水库除险加固 地质勘察
在水利工程大检查和“三查三定”中,查出全市区有病险水库200多座,病害症状为:溢洪道深度宽度浅窄不合排洪要求,溢洪道损坏成无溢洪道哑库;建设施工质量差,清基不彻底,碾压不实,灰浆不饱满,反滤体未达设计标准,滑坡浸漏,材质差,选址不合理,坝身结构设计不合理等原因而造成病害。
针对检查出现的病害水库,认真分析,采取边查边落实边整治,先易后难,集中人力、财力、物力,分期分批定期整治。
一、水库地区工程地质问题总述
水库是为了把流入水库的水量加以调节,以便为发电、灌溉、防洪、航运及供城市和工业用水等之用。水库地区的工程地质条件对保证水库的正常作用具有很大的影响,当存在有某些不利的因素时,就能产生各种工程地质问题。一般说来,有以下工程地质问题是常常遇到的,这就是:
1.1.水库渗漏问题;
水库的目的在于蓄水,因此对水库来说,渗漏问题是最根本的问题。但是也应该看到,水库的面积很大,各处条件变化甚为复杂,期望水库滴滴不漏,那也是不可能的,问题在于水量损失的大小是否会妨碍水库修建的目的,甚至是之失效,而不是水库的渗漏量,因为渗漏损失可能等于渗漏量,也可能大于或小于渗漏量。水库渗漏取决于建筑物及其下伏地层的渗透性以及当地的条件。根据对已建水库的渗漏估算、坝址的地质勘探以及拟建水库的面积。水深关系,可以估算出预计的渗漏量。水库建成后,在收集到流量及其它资料后便可估算出渗漏量及总损失量,同时还可推导出水深—渗漏量关系。这些问题常常会影响到水库的能否修建或水库的运用程度。由于渗漏过于严重而无法发挥其应有的作用,在浸没和塌岸过于严重也须考虑水库设计水位,以减少损失。
1.2.水库稳定问题;
1)土坝边坡稳定:土坝的重量永远是很大的,是不会被作用在塌上的水平力推动。所以对于土坝,防沿的稳定从来也不必加贝验算的。
但土坝的边被可能不稳定,有时边坡将发生坍滑(坍垮),并且坍滑可能牵带—部坝基。所以在分析土坝的工作条件时,必因对其边坡及基础的稳定加以验算。
2)溢洪道(闸)基稳定:溢洪道(闸)基与岩(土)基接触面不良,抗剪强度低,产生抗滑稳定问题。
3)围岩变形:
岩石的应力、应变增长到峰值以后,岩石就要发生破裂,表征岩石破坏的条件成为破坏判据或强度准则。研究岩石破坏的原因、过程及条件的理论称为强度理论。
岩石破坏方式可分为脆性破裂及延性破裂两种。脆性破裂是指随着岩石变形的增大,达到强度极限以后,突然破裂,丧失其承裁能力。延性破裂是指岩石能承受塑性变形而不立即丧失其承载能力,在发生较大变形之后,才破裂。破裂主要是指破坏过程中的应变力大小及特征,岩石的破坏截止一般有张破坏、剪破坏及塑性流行破坏。
围岩的破坏方式和机制本质上和岩石类同,但更具有综合性,有时不是单一的破坏过程,而是相互渗透的。围岩的破坏方式也有脆性和延性破坏两种,其破坏机制与围岩的特征密切相关,如层状围岩可沿着层面发生剪切破裂后,又发生穿越层面的剪断破裂;有的是在垂直层面上张破裂后再沿层面的剪切破裂等等。
二、 对病险水库地质勘察的要求
由于种种原因水库除险加固设计中地质勘察工作得不到重视,但地质勘察工作在此阶段极其重要,地质勘察是“诊断”病险水库的“病根”所在。如果地质工作做得像新建水库将影响投资,但过于敷衍将影响工程除险加固措施,最后影响工程实施以后的效果。根据近10a对我省除险加固水库设计中总结出的经验,对地质勘察工作提出一些实际要求,以达到事倍功半的效果。
2.1 对渗漏问题的地质勘察要求
水库渗漏的工程地质勘察,大体上按两个阶段进行,即一般性勘察及专门性勘察。
1)、一般性勘察
多在可行性研究阶段进行。其目的是初步固定水库蓄水后可能发生渗漏的地段;概略估算渗漏量的大小;论证处理的必要性和难易程度;为坝址选择和回水高程的确定提供资料。勘察的方法主要是通过综合性工程地质测绘来完成;要求对整个水库区进行普遍调查,初步查明地形地貌、岩性构造及水文地质条件;以判定某些地段是否具备渗漏条件。测绘比例尺,在规划阶段一般采用1/10万～1/5万;可行性研究阶段一般采用1/5万～1/万。测绘范围应视其需要而定;对盆地和平原型水库,一般测至盆地的边缘坡麓,或包括正常高水位以上的第一个阶地的全部宽度;对山区峡谷水库,应包括水库区周围分水岭或高于水库正常高水位以上的50～100m处,或高于水库正常高水位以上的地形坡度变缓部位;对于存在有向邻谷及下游河道渗漏的地段(应包括邻谷及下游有关河段),在测绘中对单薄分水岭、河弯、库外邻近洼地、河谷高程、彼此距离、分水岭宽度等应特别注意。要初步查明水库区的水文地质特点,包括透水层(透水岩层、断层、古河道、岩溶)和隔水层的厚度、埋深、分布高程及范围、连续性和封闭情况,地下水的补排关系,地下水分水岭的位置、高程,岩溶发育程度和规律。对利用暗河的水利水电工程,应查明其流量和变化的特点、地下水分水岭的变迁情况,以及地表水和地下水的集水面积等情况。
2)、专门性勘察
多在初设阶段进行。当坝址选定后,如果不能避开水库的某些渗漏地段,则应对这些地段进行专门性勘察,以便定量地评价渗漏量,为防渗处理措施的选择和设计提供地质资料。
专门性勘察必须集中在渗漏地段。首先进行1/1万～1/2000的工程地质测绘;其次应平行于水库渗漏方向布置勘探剖面,剖面间距一般在2～5hn以内,条件复杂时可控制在1～2km。每一剖面应有3～4个坑孔,其具体数目和位置应视地质条件而定。并使用切合实际的不同的勘探手段,以查明渗漏地段的水文地质条件,包括透水层和隔水层的数目、厚度、埋深,以及起伏变化,透水层的连通性和隔水层的连续性,有无地下水分水岭及其高程。同时以抽水或压水试验求取岩体的透水性指标;并进行地下水动态的长期观测和试验工作。
在查明水文地质条件和取得透水性指标后,应根据边界条件选用适当公式,确切地计算其渗漏量,以便为防渗处理措施的设计提供依据。
需知,在水库渗漏问题中,要以岩溶渗漏给工程建设带来的困难最大,不仅渗漏量大,而且处理的技术措施也较复杂。所以应作好前期的勘察工作,最好选择在不存在漏水或少漏水的库址上才是良策。
2.2 对稳定问题的地质勘察要求
一方面由于三维地应力场的影响,地应力场具有空间特征,它使岩体处于不同的围压效应。即使无结构面的完整性岩体,由于地应力场的存在,也会影响它的峰值强度及破坏机理,特别是当主应力σz与主要节理面平行之情况下,影响尤为明显。
另外一方面由于渗流场的影响。含水岩石在空隙处有空隙水压力,岩石抗压强度决定于有效应力,致总压力减去空隙水压力。岩石因剪涨而体积增大,而空隙中总水量未变,因而空隙水压力降低而有效压力增大。对于具有膨胀性岩体,遇水膨胀会增加附加膨胀力。对于岩体中具有亲水性或可溶性矿物,遇水软化会导致强度下降。此外,裂隙中水压力会导致正应力下降,粘结力C及内摩擦角φ的值下降会使得围岩抗剪强度下降。洞室开挖以后将导致地应力场及渗流场的重分布及其相互锅台,因而形成新的地质环境将十分复杂。
提出土坝填筑土料的物理力学指标,对填筑质量进行评价。查明现有护坡情况,垫层是否满足反滤要求。查明土石坝迎水、背水坡滑坡位置、规模和特征,分析其产生的原因。对建筑物存在不稳定边坡分析其成因,并对其失稳后可能对建筑物产生的影响作出评价和预测。溢洪道(闸)基产生滑动问题时,要查明基岩面(带)的特征,提出滑动结构面的抗剪强度参数。
三.结束语
只有通过以上细致的地质勘察工作,查明病险水库的水文地质、工程地质条件分析地质产生的原因,对加固处理措施提出地质方面的建议,设计人员才能依据“诊断”结果进行“治病”,采取相应的除险加固工程措施,使病险水库达到一步根治到位。这样才能节省投资,使水库最终发挥出应有的作用。
参 考 文 献
[1] 黄河水利委员会勘测设计研究院.SL274—2001碾压式土石坝设计规范[S].北京:中华人民共和国水利部,2001.
[2] 水利部天津水利水电勘测设计研究院.SL253—2000溢洪道设计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2000.
[3] 中华人民共和国国家标准 水利水电工程地质勘察规范(GB 50287-99)
[4]巾华人民共和国水利部.SL55-2005中小型水利水电工程地质勘察规范.北京:中国水利水电出版社.2005,6
[5]书港,冀建疆.关于堤防工程地质勘察规程中若干问题的探讨.水利水电技术,1999,l0
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