碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究

水利水电技术第45卷2014年第4期碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究孙洪民（丹东市水利勘测设计研究院，辽宁丹东118001）摘要：针对辽宁省东港市原有的碾压土石坝水库存在的病害险情，提出了在除险加固工程地质勘察中采用的几种勘探方法以及勘探工作量的布置原则，旨在为水库大坝安全评价及除险加固设计提供工程地质依据，对水库的安全评价和加固处理措施提出地质建议。

关键词：碾压土石坝;除险加固;工程地质勘察中图分类号：P64（231）文献标识码：B 文章编号：1000-0860（2014）04-0127-03Study on engineering geological exploration methods for risk-elimination and strengthening ofrolled earth-rock fill dam of reservoirSUN Hongmin（Dandong Design and Ｒesearch Institute of Water Ｒesources ，Dandong 118001，Liaoning ，China ）Abstract ：Aiming at the potential risks and dangers existed in the original rolled earth-rock fill dams for reservoirs in Donggang of Liaoning Province ，several methods of engineering geological investigation for the risk-elimination and strengthening projects and the principles of the arrangement of their working amounts are proposed herein ，so as to provide the engineering geological bases for the safety assessment on the dam for reservoir and the design of the risk-elimination and strengthening concerned ，and then put forward some geological suggestions on the safety assessment and the relevant strengthening measures.Key words ：rolled earth-rock fill dams ；risk-elimination and strengthening ；engineering geological investigation收稿日期：2013-11-18作者简介：孙洪民（1966—），男，高级工程师。

从2006年起，国家开始在全国范围内对存在病险隐患的大中型和重点小型水库进行除险加固工作。

当时中央提出用3年时间完成7356座病险水库的除险加固任务，通过对这些水库的加固，有效地降低了水库的病险率，消除了安全隐患，同时新增和恢复防洪库容36.2亿m 3，兴利库容102.14亿m 3，保障了水库下游1.55亿人民生命财产的安全，大大增加了水资源调控和抗御干旱灾害的能力。

1东港市病险水库的特点及存在的工程地质问题在这次病险水库除险加固的项目中，辽宁省东港市涉及到的有40座，其中中型水库7座、小型水库33座，且以山区、丘陵区水库为主，均修建于20世纪50、60年代。

水库的主要水工建筑物有拦河坝、溢洪道和输水洞等。

其中拦河坝大部分为碾压土石坝，且以均质土坝为主（填筑材料多为一般粘性土），少数是粘土心墙坝，大坝长度从几百米 几千米，高度从几米 十几米，坝顶宽度一般2 3m 左右，有的坝顶设防浪墙。

溢洪道为开敞式，一般由堰体、消力池、护坦、翼墙等组成。

输水洞均为有压洞，其形式为方形或圆形。

水库的大坝、溢洪道及输水洞绝大多数都建于第四系冲洪积地层上，岩性一般有粉质性土、淤泥质土、砂砾石，底部为风化岩。

经鉴定，这些碾压土石坝的水库不同程度上都存在病险问题，其中存在的工程地质问题也不少，孙洪民∥碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究例如拦河坝迎水面的干砌石护坡破损，局部断面脱坡，脱坡处坝体抗滑稳定性不满足；下游坡面无排水，坝后坡脚排水体失效；坝体填筑土料的密实度较低，不满足现行规范要求；坝体填筑土料的密实度较低或不均匀，导致坝顶防浪墙沉降不均而开裂；坝体局部渗漏；局部坝基渗漏和砂土液化；溢洪道外侧与坝体接触部位、输水洞外侧与坝体接触部位存在接触渗漏；溢洪道基础、输水洞基础渗漏；溢洪道两侧翼墙地基沉降不均，导致翼墙开裂；因局部渗漏而导致渗透变形的发生等等问题（见图1、图2）。

图1水库坝后渗漏图2坝顶防浪墙开裂2病险水库除险加固工程地质勘探的方法2.1勘探工作量的布置原则大家都知道，在病险水库除险加固的过程中，工程地质勘察是一个很重要的环节，其主要任务是复核水库工程区水文地质、工程地质条件，分析病险产生的地质原因，检查坝体填筑质量（即填筑料的物质组成、压实度、强度和渗透特性），为水库大坝安全评价及除险加固设计提供地质资料和岩土物理力学参数，对水库安全评价和加固处理措施提出地质建议。

然而说起来容易做起来难。

对于上面所说的一些病险水库出现的地质问题，若要勘探查明是一个比较复杂的工作。

特别是对存在渗漏问题的水库，要想彻底查清并予以解决难度很大，表面看某一范围有渗漏现象，但如果通过勘探查清渗漏的具体部位并准确分析产生渗漏的原因是不容易的，况且这些水库均修建于建国初或大跃进的年代，原来的工程地质、水文地质及施工资料几乎没有。

针对这样有技术难度的项目，在勘探前进行了大量的调查，走访了当时施工时的老同志，收集了较多水库运行时的监测资料，对水库发生的地质现象进行了详细踏勘，做到有的放矢，有针对性地布置勘探工作量，同时搞好地质测绘。

在出现地质病情的坝顶、坝前后坡、坝后坡脚、坝基、坝肩；溢洪道两侧与坝体接触部位、溢洪道的堰体、护坦、翼墙基础；输水洞两侧与坝体接触部位、输水洞基础等部位均布设并进行了勘探工作。

采用的勘探方法既有先进的WDJD －3型高密度物探方法，又有传统的机械钻探、人工坑槽探方法。

2.2WDJD －3型高密度物探WDJD －3型高密度电法是目前国内先进的物探方法之一，其目的是对水库大坝先行探测，以初步确定坝体和坝基的地层分布，并对坝基渗流带进行分区，针对有代表性的部位进行钻探验证和相关的试验。

其优点是探测范围大、速度快且经济。

碾压土石坝的坝体填筑材料基本是均质的一般粘性土，因此坝体成分沿着轴线方向分布相对均匀，电性差异较小。

当坝体或坝基出现渗漏或地层岩性、层位等发生变化时，使原有的均匀电性改变，且渗漏部位的视电阻率值明显减小。

在视电阻率断面图上，根据显示的电性分布特征，划分坝体或坝基的视电阻率值变化范围，并圈定出电性异常部位。

把各条电测断面图上推断出的电性异常垂直投影到地表，并把所测得的异常落到成果平面图上。

根据断面异常特征并结合地形地貌、水文地质特征进行统一圈定，形成异常解释推断的综合成果图。

这样先采用先进的物探仪对坝体和坝基进行全面探测，圈定异常部位，为下一步的勘探工作指明了方向，既减少盲目孙洪民∥碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究性，又提高精度。

2.3机械钻探机械钻探的方法是用钻机揭露碾压土石坝坝体填筑料的深层部位以及坝基部位、溢洪道基础部位、输水洞基础部位的地层组成、岩土特性、水文地质条件等，并且对采用物探探测确定的坝体和坝基的异常部位进一步查明，钻进方式分冲击钻进和回转钻进。

同时在孔内对揭露的地层进行分层取样、分层原位测试（包括标准贯入试验、圆锥动力触探、静力触探试验等）、压注水试验等，以便详细确定坝体、坝基、溢洪道地基、输水洞地基各岩土层的物理力学性质、密实度、渗透性以及砂土液化特性等，为水库的除险加固设计提供地质依据。

但需要说明的是在已建水库的大坝上、溢洪道内及输水洞部位采用机械钻探时，由于场地的地形条件不好，加上机械设备笨重，搬运就比较困难。

另外还受坝体材料或取样精度等条件限制，例如粘土心墙坝，利用机械钻探时不宜给水钻进，只能干钻，这给勘探施工带来较多不便之处。

2.4人工坑槽探人工坑槽探虽说是比较原始的勘探方法，但笔者认为在中小型碾压土石坝的病险水库除险加固勘察中，人工坑槽探是最直接、最适用的一种勘探方法。

对于病险水库来说，最普遍的工程地质问题就是水库渗漏，包括坝体渗漏、浅层坝基坝肩渗漏；溢洪道基础渗漏、溢洪道两侧翼墙及其与坝体接触部位渗漏；输水洞体渗漏、洞基渗漏、洞体与坝体接触部位渗漏。

再就是原坝体填筑料的情况；浅层坝基岩土层的岩性、风化程度；粘土心墙等防渗体的位置、形状；原坝体前后坡的有无防护、有无反滤层；坝后坡脚有无排水体，排水体是否失效；坝体内部不同断面的浸润线状态等等。

上述特性用人工坑槽探均能揭露清楚，而且很直观，在渗漏部位、异常部位或拟探明部位开挖后一目了然，操作也简便，不像机械钻探那样动用大型工具设备带来的不便，更不受什么技术性限制，只是在探明结束后按要求回填压实好即可。

另外还能在开挖的坑槽内直接取土试样，避免扰动，保证土试样质量。

更主要的是利用这种坑槽探能对物探探测的浅部异常部位进行很直观很详细地查验。

例如想查清坝后坡脚或溢洪道与土坝接触的某一部位渗漏现象，那么就在该处布置探槽，在探槽内不但能大致测出渗漏水量，还能进一步查清深部的渗漏通道。

再如想查清坝体内部浸润线的情况，那么就在大坝某一横断面的前坡、后坡及后坡脚各挖一个探槽、加上坝顶上的钻孔（或探槽），量测一下各探槽、钻孔内的地下水位及水库水位，将该断面上这些部位的水位用平滑曲线连接，既是坝体内部浸润线，以供设计验算使用。

以上几种勘探方法在碾压土石坝的病险水库除险加固中都是常用的，当然还可用其他方法，那就需要岩土工程师对于不同的工程特点，不同的地质现象，不同的地质问题，选择合适的勘探方法。

当然了还要在勘探过程中严格按有关规范、规程的要求进行。

通过勘探查明现象以后，再经过室内试验、分析评价，找出存在问题的原因，提出合理的处理建议，同时提供相关的工程地质参数，才能更好地为水库的除险加固设计提供了科学准确的地质依据。

3结语本文就东港市40座碾压土石坝病险水库的特点，提出在中小型水库除险加固中所采用的几种工程地质勘探方法，以及勘探工作量的布置原则，详细论述了各自的特点及适用性。

同时还指出对于不同的工程特点，不同的地质现象，不同的地质问题，选择一种或多种合适的勘探方法。