芻議已建水庫地質(zhì)勘察

　　摘要:本文通過對已建水庫工程地質(zhì)勘查和和除險加固勘察設(shè)計及施工工作等方面總結(jié)幾點問題，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞:水庫工程；工程勘察；探討

　　1地質(zhì)勘察階段問題

　　地質(zhì)勘察要求的內(nèi)容和精度與勘察階段有關(guān),而勘察階段一般與設(shè)計階段相一致�！吨行⌒退�利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55-2005)明確要求,病險水庫工程地質(zhì)勘察分為水庫安全鑒定勘察和除險加固設(shè)計勘察,且除險加固設(shè)計勘察階段應(yīng)與設(shè)計階段相適應(yīng)。一般已建水庫運行期或多或少都出現(xiàn)一些問題,有些影響到水庫安全運用成為病險水庫,地質(zhì)勘察目的就是為水庫的安全鑒定和加固設(shè)計服務(wù)。因此,在充分收集、掌握水庫工程已有的地質(zhì)、設(shè)計、施工、驗收和水庫運行中各種監(jiān)測、歷次的病險情處理等資料的基礎(chǔ)上,通過現(xiàn)場踏勘大致了解水庫存在的基本問題后,預(yù)估到水庫加固設(shè)計可行性研究階段要牽涉到的設(shè)計內(nèi)容,這樣可考慮把安全鑒定勘察和可行性研究設(shè)計階段的地質(zhì)勘察合并為一個階段進行,待可行性研究設(shè)計批復(fù)后,再根據(jù)批復(fù)要求,在初步設(shè)計階段補充前一階段地質(zhì)勘察未考慮到某些方面的地質(zhì)問題。這樣簡化地質(zhì)勘察階段。優(yōu)點體現(xiàn)在如下兩下方面:①節(jié)省勘察工程量和勘察費用;②安全鑒定結(jié)論出籠后,可緊接著進行可行性研究階段的加固設(shè)計,時間安排緊湊,爭取早日立項通過審批,早日除險加固。但要求地質(zhì)勘察工程師應(yīng)具有較高的地質(zhì)、水工方面的專業(yè)水平和豐富的水庫勘察、設(shè)計工作經(jīng)驗。因為只有充分掌握水庫存在的基本問題,勘察內(nèi)容和目的非常明確后,勘察成果才符合上述要求。

　　2應(yīng)重視已有地質(zhì)勘察資料的利用和水庫運行以來出現(xiàn)問題的了解

　　應(yīng)全面收集水庫已有的地質(zhì)、設(shè)計、施工和水庫運行中各種監(jiān)測及歷次病險情的處理等資料。特別要掌握建庫前后水庫已進行的地質(zhì)勘察工作,了解水庫存在的基本地質(zhì)問題,結(jié)合現(xiàn)場踏勘了解水庫目前存在的問題,初步估計水庫存在問題的地質(zhì)原因,擬定下一步將要進行地質(zhì)勘察工作的重點內(nèi)容,制訂詳細的勘察計劃(工作大綱)。

　　3樞紐建筑物勘探要求

　　在復(fù)核大壩壩址和庫區(qū)地質(zhì)圖以及進行少量物探的基礎(chǔ)上,對大壩、溢洪道、輸水涵管、輸水隧洞進行詳細的勘探。

　　3．1大壩

　　垂直和平行壩軸線布置勘探剖面線。垂直壩軸線剖面線間距為50～100m,至少應(yīng)布置3條橫剖面線,應(yīng)布置在最大壩高處和左、右壩段存在滲漏部位,以及出現(xiàn)裂縫、明顯沉陷部位。每條剖面線上壩頂防滲軸線處布置1個地質(zhì)鉆孔,迎水坡布置1～2個、背水坡布～3個地質(zhì)鉆孔。壩頂平行壩軸線的地質(zhì)剖面應(yīng)放在大壩防滲軸線上,且左、右壩壩段近壩頭部位鉆孔孔距應(yīng)加密到2510～5010m,目的是了解大壩防滲軸線上大壩壩體、壩基的防滲性能及左、右岸坡是否存在繞滲的可能,進行滲透性分區(qū),找出防滲范圍,為加固設(shè)計提供依據(jù)。對于土壩最大壩高處的垂直壩軸線地質(zhì)剖面、背水坡排水反濾體內(nèi)坡處及外坡腳部位應(yīng)有地質(zhì)鉆孔,目的是了解反濾體有效性和反濾體下壩基的地質(zhì)情況。土石壩防滲軸線上地質(zhì)鉆探孔深應(yīng)根據(jù)《輾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)的防滲要求確定,中型水庫3級壩孔深至透水率5Lu以下5--10m,小型水庫大壩則至透水率10Lu以下5--10m。其余鉆孔孔深根據(jù)(SL55-2005)要求深入壩基5～10m。土石壩壩基、壩體迎水坡、背水坡應(yīng)取足夠數(shù)量的原狀土樣進行室內(nèi)土工試驗,使各項物理力學(xué)性質(zhì)指標具有統(tǒng)計意義。中型水庫3級壩壩體迎水坡取土樣(含部分壩頂土樣)12～24組,背水坡18～30組,壩基6～12組,均質(zhì)壩取樣間距為每鉆進215～310m取原狀土樣1組,遇到特殊部位要專門針對取樣。為評價大壩的填筑狀況,垂直軸線最大壩高處勘探部面線的地質(zhì)鉆孔按每5～10m高差分層取鉆孔巖芯擾動土樣1～3組,進行室內(nèi)顆分、比重、液塑限和擊實試驗,測得大壩每層填土的最優(yōu)含水率和最大干密度,按規(guī)范(SL274-2001)相應(yīng)級別大壩的壓實度要求,求得大壩目前填土應(yīng)達到的干密度,對比原狀土樣實測干密度可知目前大壩填土壓實是否達到要求。

　　土石壩地質(zhì)鉆探與其它行業(yè)如工民建、交通的鉆探要求不同,鉆進過程嚴禁用泥墻護壁鉆進,應(yīng)采用垂擊干打全斷面取芯鉆具鉆進或套管護壁雙管雙動清水循環(huán)鉆進。鉆進過程對土層段進行注水試驗,巖層段進行壓水試驗。試驗段長一般為510m,在填土特別松散吸水量大的壩段,壩基存在裂隙、溶溝、溶槽的部位,壓水難起壓達到013MPa時,段長應(yīng)縮短為210～310m。

　　漿砌石壩地質(zhì)勘探在壩頂沿防滲墻中間部位和壩后肩部位布置平行壩軸線的勘探剖面線,鉆孔間距為20～50m,孔深應(yīng)進入透水率5～10Lu的微風(fēng)化巖層以下510m。鉆進采用雙層單動壓卡式鉆具鉆進,盡量提高采芯率(采芯率要在98%以上),根據(jù)現(xiàn)場稱重測得漿砌石芯樣總重量、芯樣中塊石的重量,可推求出漿砌石容重。防滲墻鉆孔鉆進時也應(yīng)進行壓水試驗。鉆探結(jié)束后應(yīng)觀測鉆孔水位。取混凝土試樣、砂漿試樣及少量巖石試樣進行室內(nèi)抗壓、抗?jié)B、彈模等試驗。

　　3．2溢洪道

　　在控制段沿水流方向布置縱向和垂直水流方向布置橫向地質(zhì)剖面線,目的是了解底板、閘墩、側(cè)墻的地質(zhì)情況;此外,在陡坡段、消力池、沖刷坑部位應(yīng)布置控制性的地質(zhì)鉆孔。各鉆孔每鉆進210～215m取原狀土樣1組,取樣總數(shù)在12～18組(含巖樣),底板、側(cè)墻底應(yīng)進行標準貫入試驗,以下每115m標貫1次。控制段地質(zhì)鉆孔均應(yīng)進行現(xiàn)場注壓水試驗。

　　3．3輸水涵管

　　壩下輸水涵管勘探沿涵管縱向離管邊緣015m處布置剖面線1條,地質(zhì)鉆孔3～5個,進水口部位應(yīng)布置控制性地質(zhì)鉆孔。取原狀土樣6～12組,每孔均應(yīng)進行標準貫入試驗和注水試驗。

　　在擬計劃布置新的涵管進水口部位布置地質(zhì)鉆孔或擬重建新的壩下輸水涵管部位布置縱向地質(zhì)剖面線,地質(zhì)鉆孔3～5個。位于岸坡巖層內(nèi)的輸水隧洞以現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)測繪為主,進水口洞內(nèi)圍巖穩(wěn)定時一般不需布置地質(zhì)鉆孔,只有出現(xiàn)斷層、巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象時才根據(jù)實際情況布置勘探鉆孔。

　　4土壩滲透系數(shù)的取值問題

　　土壩原狀土樣室內(nèi)滲透試驗測得滲透系數(shù),現(xiàn)場地質(zhì)鉆探鉆孔也分層測得壩體的滲透系數(shù),兩者差異較大。后者是前者的10～100倍,部分設(shè)計人員無法理解,也不知該如何選取。這得從兩者測試手段、測試結(jié)果反映的孔隙滲透性談起。粘性土樣室內(nèi)試驗測定滲透系數(shù)一般采用南55型滲透儀,滲透環(huán)刀高為40mm、內(nèi)徑為6118mm、體積為120cm3。環(huán)刀切取的土樣為礫石直徑小于40mm,粘、粉粒含量較大且較均勻的小土團,礫石直徑大于40mm時均無法取樣,只能舍棄。當環(huán)刀內(nèi)壁止水良好時,試驗測定的滲流量為小土團土顆粒之間孔隙的滲流量,代表了這個小土團的垂直滲透系數(shù)Kv�，F(xiàn)場鉆孔注水試驗測定滲透系數(shù)反映水從直徑為120～110mm、段長(高)為5m、展開面積達18852～17281cm2的圓柱狀表面滲透到其四周土體的能力。顯然它是由試驗段附近土體的孔隙決定的,包括小于40mm礫石、砂粒、粉粘粒之間孔隙、大于40mm(如40～200mm)礫石巖塊孔隙、集中架空孔隙、填土分層間隙、土體裂縫間隙等(見圖1)。注水試驗測定的滲流量包括上述4部分孔隙引起的滲流量。由于細顆粒孔隙只是土體總孔隙的極小部分,若在相同的水力比降作用下,滲透速率前者比后者細得多,因此,室內(nèi)試驗測定的滲透系數(shù)遠小于現(xiàn)場注水試驗測定結(jié)果就不足為怪了。而且,大壩填土礫石含量越大、越不均勻,填土越松散,填土分層越明顯,現(xiàn)場注水試驗測定的滲透系數(shù)越大。只有填土為較均勻以粉粘粒為主且均勻壓實,不出現(xiàn)裂縫空洞等情況時兩者測試結(jié)果才相差較小。由于現(xiàn)場注水試驗測定的滲透系數(shù)綜合地反映了填土的顆粒組成、填筑狀況、大壩運用后土體的變化情況等總孔隙的滲透特性,較真實客觀地反映了目前大壩壩體的滲透性,因此,建議滲透系數(shù)的選取應(yīng)以現(xiàn)場注水試驗測定的結(jié)果為準,室內(nèi)試驗結(jié)果僅供參考。