刍议已建水库地质勘察

　　摘要:本文通过对已建水库工程地质勘查和和除险加固勘察设计及施工工作等方面总结几点问题，供同行参考。
　　关键词:水库工程；工程勘察；探讨
　　1地质勘察阶段问题
　　地质勘察要求的内容和精度与勘察阶段有关,而勘察阶段一般与设计阶段相一致。《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)明确要求,病险水库工程地质勘察分为水库安全鉴定勘察和除险加固设计勘察,且除险加固设计勘察阶段应与设计阶段相适应。一般已建水库运行期或多或少都出现一些问题,有些影响到水库安全运用成为病险水库,地质勘察目的就是为水库的安全鉴定和加固设计服务。因此,在充分收集、掌握水库工程已有的地质、设计、施工、验收和水库运行中各种监测、历次的病险情处理等资料的基础上,通过现场踏勘大致了解水库存在的基本问题后,预估到水库加固设计可行性研究阶段要牵涉到的设计内容,这样可考虑把安全鉴定勘察和可行性研究设计阶段的地质勘察合并为一个阶段进行,待可行性研究设计批复后,再根据批复要求,在初步设计阶段补充前一阶段地质勘察未考虑到某些方面的地质问题。这样简化地质勘察阶段。优点体现在如下两下方面:①节省勘察工程量和勘察费用;②安全鉴定结论出笼后,可紧接着进行可行性研究阶段的加固设计,时间安排紧凑,争取早日立项通过审批,早日除险加固。但要求地质勘察工程师应具有较高的地质、水工方面的专业水平和丰富的水库勘察、设计工作经验。因为只有充分掌握水库存在的基本问题,勘察内容和目的非常明确后,勘察成果才符合上述要求。
　　2应重视已有地质勘察资料的利用和水库运行以来出现问题的了解
　　应全面收集水库已有的地质、设计、施工和水库运行中各种监测及历次病险情的处理等资料。特别要掌握建库前后水库已进行的地质勘察工作,了解水库存在的基本地质问题,结合现场踏勘了解水库目前存在的问题,初步估计水库存在问题的地质原因,拟定下一步将要进行地质勘察工作的重点内容,制订详细的勘察计划(工作大纲)。
　　3枢纽建筑物勘探要求
　　在复核大坝坝址和库区地质图以及进行少量物探的基础上,对大坝、溢洪道、输水涵管、输水隧洞进行详细的勘探。
　　3．1大坝
　　垂直和平行坝轴线布置勘探剖面线。垂直坝轴线剖面线间距为50～100m,至少应布置3条横剖面线,应布置在最大坝高处和左、右坝段存在渗漏部位,以及出现裂缝、明显沉陷部位。每条剖面线上坝顶防渗轴线处布置1个地质钻孔,迎水坡布置1～2个、背水坡布～3个地质钻孔。坝顶平行坝轴线的地质剖面应放在大坝防渗轴线上,且左、右坝坝段近坝头部位钻孔孔距应加密到2510～5010m,目的是了解大坝防渗轴线上大坝坝体、坝基的防渗性能及左、右岸坡是否存在绕渗的可能,进行渗透性分区,找出防渗范围,为加固设计提供依据。对于土坝最大坝高处的垂直坝轴线地质剖面、背水坡排水反滤体内坡处及外坡脚部位应有地质钻孔,目的是了解反滤体有效性和反滤体下坝基的地质情况。土石坝防渗轴线上地质钻探孔深应根据《辗压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的防渗要求确定,中型水库3级坝孔深至透水率5Lu以下5--10m,小型水库大坝则至透水率10Lu以下5--10m。其余钻孔孔深根据(SL55-2005)要求深入坝基5～10m。土石坝坝基、坝体迎水坡、背水坡应取足够数量的原状土样进行室内土工试验,使各项物理力学性质指标具有统计意义。中型水库3级坝坝体迎水坡取土样(含部分坝顶土样)12～24组,背水坡18～30组,坝基6～12组,均质坝取样间距为每钻进215～310m取原状土样1组,遇到特殊部位要专门针对取样。为评价大坝的填筑状况,垂直轴线最大坝高处勘探部面线的地质钻孔按每5～10m高差分层取钻孔岩芯扰动土样1～3组,进行室内颗分、比重、液塑限和击实试验,测得大坝每层填土的最优含水率和最大干密度,按规范(SL274-2001)相应级别大坝的压实度要求,求得大坝目前填土应达到的干密度,对比原状土样实测干密度可知目前大坝填土压实是否达到要求。
　　土石坝地质钻探与其它行业如工民建、交通的钻探要求不同,钻进过程严禁用泥墙护壁钻进,应采用垂击干打全断面取芯钻具钻进或套管护壁双管双动清水循环钻进。钻进过程对土层段进行注水试验,岩层段进行压水试验。试验段长一般为510m,在填土特别松散吸水量大的坝段,坝基存在裂隙、溶沟、溶槽的部位,压水难起压达到013MPa时,段长应缩短为210～310m。
　　浆砌石坝地质勘探在坝顶沿防渗墙中间部位和坝后肩部位布置平行坝轴线的勘探剖面线,钻孔间距为20～50m,孔深应进入透水率5～10Lu的微风化岩层以下510m。钻进采用双层单动压卡式钻具钻进,尽量提高采芯率(采芯率要在98%以上),根据现场称重测得浆砌石芯样总重量、芯样中块石的重量,可推求出浆砌石容重。防渗墙钻孔钻进时也应进行压水试验。钻探结束后应观测钻孔水位。取混凝土试样、砂浆试样及少量岩石试样进行室内抗压、抗渗、弹模等试验。
　　3．2溢洪道
　　在控制段沿水流方向布置纵向和垂直水流方向布置横向地质剖面线,目的是了解底板、闸墩、侧墙的地质情况;此外,在陡坡段、消力池、冲刷坑部位应布置控制性的地质钻孔。各钻孔每钻进210～215m取原状土样1组,取样总数在12～18组(含岩样),底板、侧墙底应进行标准贯入试验,以下每115m标贯1次。控制段地质钻孔均应进行现场注压水试验。
　　3．3输水涵管
　　坝下输水涵管勘探沿涵管纵向离管边缘015m处布置剖面线1条,地质钻孔3～5个,进水口部位应布置控制性地质钻孔。取原状土样6～12组,每孔均应进行标准贯入试验和注水试验。
　　在拟计划布置新的涵管进水口部位布置地质钻孔或拟重建新的坝下输水涵管部位布置纵向地质剖面线,地质钻孔3～5个。位于岸坡岩层内的输水隧洞以现场调查、地质测绘为主,进水口洞内围岩稳定时一般不需布置地质钻孔,只有出现断层、岩溶等不良地质现象时才根据实际情况布置勘探钻孔。
　　4土坝渗透系数的取值问题
　　土坝原状土样室内渗透试验测得渗透系数,现场地质钻探钻孔也分层测得坝体的渗透系数,两者差异较大。后者是前者的10～100倍,部分设计人员无法理解,也不知该如何选取。这得从两者测试手段、测试结果反映的孔隙渗透性谈起。粘性土样室内试验测定渗透系数一般采用南55型渗透仪,渗透环刀高为40mm、内径为6118mm、体积为120cm3。环刀切取的土样为砾石直径小于40mm,粘、粉粒含量较大且较均匀的小土团,砾石直径大于40mm时均无法取样,只能舍弃。当环刀内壁止水良好时,试验测定的渗流量为小土团土颗粒之间孔隙的渗流量,代表了这个小土团的垂直渗透系数Kv。现场钻孔注水试验测定渗透系数反映水从直径为120～110mm、段长(高)为5m、展开面积达18852～17281cm2的圆柱状表面渗透到其四周土体的能力。显然它是由试验段附近土体的孔隙决定的,包括小于40mm砾石、砂粒、粉粘粒之间孔隙、大于40mm(如40～200mm)砾石岩块孔隙、集中架空孔隙、填土分层间隙、土体裂缝间隙等(见图1)。注水试验测定的渗流量包括上述4部分孔隙引起的渗流量。由于细颗粒孔隙只是土体总孔隙的极小部分,若在相同的水力比降作用下,渗透速率前者比后者细得多,因此,室内试验测定的渗透系数远小于现场注水试验测定结果就不足为怪了。而且,大坝填土砾石含量越大、越不均匀,填土越松散,填土分层越明显,现场注水试验测定的渗透系数越大。只有填土为较均匀以粉粘粒为主且均匀压实,不出现裂缝空洞等情况时两者测试结果才相差较小。由于现场注水试验测定的渗透系数综合地反映了填土的颗粒组成、填筑状况、大坝运用后土体的变化情况等总孔隙的渗透特性,较真实客观地反映了目前大坝坝体的渗透性,因此,建议渗透系数的选取应以现场注水试验测定的结果为准,室内试验结果仅供参考。

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