某水庫工程地質問題淺析

 1 工程概況
水庫于1960年破土動工，1973年3月建成蓄水。壩址區(qū)集水面積17.5km2，總庫容1361萬m3，壩頂高程32.46m。是一座以灌溉為主，兼有防洪、治澇、供水等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐工程主要有粘土心墻砂殼壩、側槽式溢洪道、輸水隧洞及壩后式水電站等建筑物。大壩迎水坡為三級壩坡，背水壩坡坡腳設有水平排水層的棱柱體排水設備。
2 大壩工程地質條件
2.1 壩體 水庫大壩為粘土心墻砂殼壩，根據(jù)勘探成果，壩體主要由塊石、砂礫卵石、反濾層及主副心墻組成，心墻齒槽位于壩軸線位置，壩體填筑材料（rQ）各土層分述如下：Ⅰ1塊石層：分布在上下游壩坡面，塊石直徑一般為20cm-30cm，最大直徑超過50cm，巖性為熔結凝灰?guī)r，呈弱～微風化狀。Ⅰ2砂礫卵石：分布于上下游坡干砌塊石與反濾層之間，巖性主要為熔結凝灰?guī)r，表部呈弱風化，稍密，粒徑一般3cm～20cm，大者大于30cm。Ⅰ3反濾層：分布于上下游坡副心墻與砂礫卵石之間，揭露厚度約為1.0m，稍密，主要由中粗砂、礫砂、礫石、卵石從副心墻到砂礫卵石層按粒徑由小到大填筑而成。Ⅱ1（副心墻）含礫砂粉質粘土：黃、灰黃、黃褐色等雜色，呈可塑～硬可塑狀，含礫塊石，礫碎石粒徑一般2cm～5cm，個別大者大于10cm。礫石含量一般為5.1%～49%，分布于上下游反濾層與心墻土之間。Ⅱ2（心墻）含礫砂粘土：黃、灰黃色，顏色較雜，濕，呈可塑～硬塑狀，局部含碎礫石，碎礫石直徑一般為1cm～5cm，大者超過10cm，礫石含量2.1%～40.7%，最大干密度為1.51g/cm3，為非分散性土。
2.2 壩基 壩基主要巖土層為第四系全新統(tǒng)沖洪積（al-plQ4）砂礫卵石：巖性主要為灰褐、青灰～淺灰色熔結凝灰?guī)r，分布于心墻齒槽上下游，心墻齒槽部位該層已全部挖除，厚度約3.5m，為次圓～次棱角狀，粒徑一般2cm～5cm，大者超過10cm，局部含漂石。沖海積（al-mQ4）腐植土：分布于大壩上下游砂礫卵石之下，層厚約1.2m，心墻齒槽位置該層已全部挖除。第四系上更新統(tǒng)沖洪積（al-plQ3）含泥砂礫卵石：分布于腐植土之下，次圓～次棱角狀，粒徑一般2cm～10cm，大者超過20cm，礫卵石巖性主要為灰褐、青灰～淺灰色熔結凝灰?guī)r，表面呈強～弱風化狀。殘坡積（el-dlQ3）粉質粘土夾碎塊石：分布于大壩左側心墻土與含泥砂礫卵石層之下，以粉質粘土為主，含少量碎塊石，膠結較好，勘探揭露該層最大厚度約10m。侏羅系上統(tǒng)茶灣組（J3c）熔結凝灰?guī)r：巖性主要為青灰～淺灰色侏羅系上統(tǒng)茶灣組熔結凝灰?guī)r，巖石強風化帶厚左岸約0m～5.0m，河床段約0m～9m；弱風化帶厚左岸約1.5m～3.0m，河床段約1.0m～2.0m，右岸約2.0m～3.0m。
3 大壩存在的主要工程地質問題
水庫已經過多年的運行，主要存在的工程地質問題有：①心墻防滲體平均壓實度為93.4%，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范對3級低壩壓實度不小于96%的標準。在壩體心墻土部位進行了現(xiàn)場注水試驗42段，心墻土滲透系數(shù)K=2.3×10-5
cm/s～2.0×10-3cm/s，均大于1.0×10-5cm/s，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。②左岸心墻與粉質粘土夾碎塊石接觸段、粉質粘土夾碎塊石與基巖接觸段現(xiàn)場水文試驗以弱透水性為主。但下伏基巖強風化段巖芯破碎，采取率低，節(jié)理裂隙發(fā)育，現(xiàn)場注水試驗屬弱～中等透水性，局部存在滲透問題。③右岸心墻與基巖接觸段滲透系數(shù)K=1.7×10-4cm/s，河床段心墻與壩基接觸段滲透系數(shù)K=2.5×10-4cm/s～4.1×10-4
cm/s，均屬中等透水性，存在滲漏問題。④壩基含泥砂礫卵石現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)為K=1.6×10-4cm/s～5.3×10-4cm/s，
含泥砂礫卵石與基巖接觸段滲透系數(shù)K=1.2×10-4cm/s～2.9×10-4cm/s，屬中等透水性，存在壩基滲漏問題。⑤河床段基巖透水率q=2.0Lu～1.9×10-4cm/s，右岸基巖透水率q=2.7Lu～3.0×10-4cm/s，均屬弱～中等透水性。壩基基巖淺部為相對透水層（q>5Lu），存在滲漏問題。
綜上所述，大壩壩體填筑質量差，壓實度、滲透系數(shù)等部分指標不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；壩基處理不徹底，存在滲漏問題，需進行防滲加固處理。
4 大壩加固處理
針對大壩存在的工程地質問題，設計在對高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、套井回填和砼防滲墻等多方案比較后，確定采用嵌巖式砼防滲墻防滲加固方案。
防滲墻墻體材料采用低彈模砼，設計彈性模量5000MPa≥E28≥6000MPa，抗壓強度R28≥9.50MPa，抗拉強度R28≥0.85MPa，墻體厚度0.80m，布置于壩軸線位置，樁號壩0+023.924m～0+087.000m段防滲墻嵌入基巖2.00m，樁號壩0+087.000m～0+103.000m段防滲墻嵌入基巖0.5m～2.00m，樁號壩0+103.000m～0+219.85m段防滲墻嵌入基巖0.50m。防滲墻長195.978m，分為24個槽段，除左岸第1個槽段長11.978m外，其余槽段長均為8.00m。砼防滲墻左岸設寬為2.40m的砼岸墻，長度為6.41m，大壩左岸岸墻與溢洪道調整段連接部位設左岸壩頭擋墻。防滲墻右岸與輸水隧洞閘門井左側之間連接部位設2只倒掛井，輸水隧洞閘門井右側設4只倒掛井，倒掛井直徑1.35m，井內回填微膨脹砼。輸水隧洞閘門井右側倒掛井右側設寬為0.80m的砼岸墻，長度為4.522m。
砼防滲墻、砼倒掛井、岸墻以及左岸壩頭砼擋墻施工完成后，對攔河壩兩岸岸坡部分低彈模砼防滲墻基礎、左岸砼岸墻和壩頭砼擋墻基礎、右岸砼倒掛井和岸墻基礎進行帷幕灌漿處理，右岸帷幕延伸到正常蓄水位與相對隔水層線相交處，左岸帷幕延伸到與溢洪道下游帷幕相連接，左岸帷幕灌漿處理范圍為壩0+215.000m～壩0+228.680m，右岸帷幕灌漿處理范圍為壩0+007.500m～壩0+035.130m。帷幕灌漿孔孔距2.0m，灌漿壓力為0.5MPa，孔深深入相對不透水層（q≤5Lu）以下5.0m。大壩加固工程于2009年11月正式開工，2010年11月通過蓄水驗收，水庫恢復蓄水至今已有兩年多時間。根據(jù)大壩監(jiān)測成果，壩0+051m和壩0+115m斷面防滲墻前滲壓計水位與庫水位相關性明顯，隨庫水位升降而升降，而防滲墻后滲壓計水位比較穩(wěn)定，表明防滲墻防滲效果較好。
5 結語
①根據(jù)勘探成果，大壩壩體填筑質量、滲透系數(shù)等指標不能滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）的要求，壩基處理不徹底；大壩心墻防滲心墻與壩基含泥砂礫卵石、粉質粘土夾碎塊石及基巖接觸帶屬弱～中等透水性，壩基含泥砂礫卵石屬中等透水性，淺部基巖屬相對透水層，存在滲漏問題，對大壩進行防滲加固處理是必要的。②經過多方案比較，設計采用砼防滲墻嵌巖式砼防滲墻防滲加固方案，防滲墻位于粘土心墻內，原填筑質量較差的粘土心墻被砼防滲墻墻體穿過，且防滲墻底部嵌入壩基基巖內，壩體、壩基、接觸段的滲漏缺陷均已得到加固，處理徹底。③大壩恢復蓄水至今已運行兩年多時間，根據(jù)大壩監(jiān)測成果，處理效果較好。