陶永贵

(兰州交通大学工程检测有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

某小(1)型水库建于20 世纪80 年代，大坝为均质土坝，坝高32.0 m，总库容320.5 万m3。大坝基础在施工时进行了开挖，形成截水槽，然后进行坝体回填。大坝填筑分两期进行，第一期填筑坝体高度24 m，历时7 年时间完成，第二期填筑坝体高度8 m，原坝轴线不变，在原坝上、下游坝坡进行培厚加高，坝料均取用左坝肩缓坡地带的全强风化砂泥岩，坝体碾压采用人力或蓄力拉石碾进行碾压。由于当时技术力量薄弱，大坝未进行系统的技术设计及施工试验，对坝体碾压质量要求不够，使坝体碾压质量差，一期平均压实度仅为91.5%，二期平均压实度为84.3%，坝体渗透系数较一期坝体更大。目前大坝存在坝坡不稳定，坝体、坝基渗透系数较大，渗漏严重等方面问题，影响大坝安全运行，对大坝进行除险加固势在必行[1]。

2 坝址工程地质评价

2.1 基本地质条件

2.1.1地形地貌及物理地质现象

筑坝地段原始河谷呈“U”型，河谷较开阔，左岸地形坡度约15°～18°，右岸地形坡度33°～38°，上部山坡陡达40°以上。河流由NW 向SE 流，河道相对平直，河水面在下游宽约15 m～20 m，一级阶地宽约8 m～10 m。区内物理地质现象不甚发育，仅在左岸坝址下游坡脚50 m 处发育两个堆积层滑坡，溢洪道左岸中段也有两个堆积层滑坡，滑坡宽约10 m～40 m，高约10 m，堆积物厚约3 m～6 m。

2.1.2地层岩性

枢纽区出露地层较单一，主要分布有三迭系上统大箐组下段(T3dq1)薄层状粉砂质泥岩、泥岩夹粉细砂岩、长石石英砂岩。根据其岩性组合情况可分为七个小层，其次为第四系松散层。现将地层岩性从新到老分述如下:

(1)第四系全新统(Qh)

洪冲积(Qhpal):浅灰色、褐灰色砂卵砾石层，局部夹砂砾石层，顶部普遍有厚1 m 左右的含砾砂壤土，较松散，厚2 m～6 m，分布于河谷及库盆。

坡洪积(Qhdpl):褐灰色、灰褐色壤土、砂壤土混15%左右碎砾石，稍密实，厚4 m～7 m，分布于坝址左岸下游40 m处山坡上。

(2)第四系更新统(Qp)

为冰水堆积，上部为黄红、浅黄、灰白色砂壤土混15%的强风化碎砾石，中—密实，厚1 m～2 m;下部为砂壤土混30%～60%强风化碎砾石、卵石、孤石，较密实，厚4 m～6 m，分布于坝址左岸缓坡台地上。

(3)三迭系上统大箐组下段(T3dq1)

第七小层(T3dq1-7):黄灰色、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩、泥岩夹灰白、黄灰色中粗粒长石石英砂岩，厚>50 m。

第六小层(T3dq1-6):灰白色、黄灰色中层状长石石英砂岩夹粉砂质泥岩，厚约4 m。

第五小层(T3dq1-5):黄灰、绿灰、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩夹粉细砂岩、炭质页岩，厚约40 m。

第四小层(T3dq1-4):灰白、黄灰色中层状中细粒长石石英砂岩夹粉砂质泥岩，厚约4 m。

第三小层(T3dq1-3):黄灰、绿灰、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩、泥岩夹粉细砂岩、炭质页岩及一层灰黑色煤线，厚约35 m。

第二小层(T3dq1-2):灰白、黄灰色中层状中细粒长石石英砂岩夹粉砂质泥岩，厚约4 m。

第一小层(T3dq1-1):黄灰、绿灰色薄至中层状粉砂质泥岩、泥岩夹灰白、黄灰色中细粒长石石英砂岩、粉砂岩、页岩，厚>40 m。

2.2 坝址工程地质评价

(1)左坝肩:主要为三迭系上统大箐组下段第三小层(T3

dq1-3)黄灰、绿灰、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩、泥岩夹粉细砂岩、炭质页岩及一层灰黑色煤线。岩石呈薄层状，较破碎。q=30 Lu，属中等透水层，透水层平均厚度27 m。

(2)河床坝基:主要为三迭系上统大箐组下段第五小层(T3dq1-5)黄灰、绿灰、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩夹粉细砂岩、炭质页岩，岩石呈薄层状，较破碎。q=8 Lu～15 Lu，属弱～中等透水层，透水层平均厚度12 m。

(3)右坝肩:第七小层(T3dq1-7)黄灰色、深灰色薄至中层状粉砂质泥岩、泥岩夹灰白、黄灰色中粗粒长石石英砂岩。岩石呈薄层状。q=20 Lu～30 Lu，属中等透水层，透水层平均厚度22 m。

坝址存在坝基及绕坝渗漏，坝基渗漏公式采用Q=BHKT/(2a+T)，K取大值均值，以K=2q/100 进行换算。坝基透水层宽度B=166 m，上下游水头差H=27.9 m，坝基宽度2a=185 m，坝基透水层渗透系数K=0.3601 m/d，坝基透水层厚度T=12 m。坝基年渗漏量为3.708 万m3/y。

两岸绕坝渗漏公式采用Q=0.366KH(h1+h2)lgB/r0。左岸绕坝渗漏采用近似公式Q=KH(h1+h2)(以绕渗无限远，0.366 lgB/r0=1)，K取均值为0.731 m/d， 上下游水头差H=27.9 m，h1+h2=27 m，计算出年渗漏量为7.36 万m3/y;右岸绕坝渗漏采用公式Q=0.366KH(h1+h2)lgB/r0，K取均值为0.4325 m/d，上下游水头差H=27.9 m，h1+h2=22 m，B=13 m，r0=2 m，计算出年渗漏量为1.12 万m3/y。

坝基及绕坝渗漏量为12.188 万m3/y，占总库容316.5 万m3的4.29%，渗漏量较大，必须进行防渗帷幕灌浆处理。

2.3 渗流稳定

坝基处最大水头27.9 m，按最短渗径185 m 计算，下游坝基将产生0.151 的渗流比降，即J实=0.151。两岸坝基残坡积及节理裂隙和卸荷裂隙发育的全强风化层，J允=0.10～0.15，河床洪冲积砂卵砾石层J允=0.14～0.25。由上面数据可以看出，J实已部分超出J允，如未进行截水防渗，河床段坝基洪冲积砂卵砾石层、顶部的含砾砂壤土及两岸坝基残坡积，在地下水长期作用下，局部会发生渗透变形，以管涌形式危及大坝安全。

2.4 坝肩、坝基强度及抗滑稳定

(1)左岸坡

山坡坡度16°～20°，基岩基本裸露，为粉砂质泥岩、泥岩夹长石石英砂岩，岩层产状220°～250°∠15°～25°，强风化，为顺向坡。岩层倾向山外略偏向上游，倾角与山坡基本一致，局部小于山坡坡度。此外，泥、页岩易风化，在不同的岩层面间易形成软弱的泥化夹层，对山坡抗滑稳定不利。山坡表层零星分布的残坡积(厚1 m～2 m)及节理裂隙和卸荷裂隙发育的全强风化层(厚1 m 左右)，松散、软弱，[R]=150 kPa～200 kPa，0.1～0.2=0.25 MPa-1～0.35 MPa-1，为 中等压缩性土，存在压缩变形和不均匀沉陷，沿松散层与基岩面间产生滑动。

(2)右岸坡

山坡坡度25°～35°，高程1585m 以上坡度达45°，基岩基本裸露，为粉砂质泥岩、泥岩夹长石石英砂岩，岩层产状220°～250°∠15°～25°，强风化，为反向坡。节理主要有三组，倾角均大于60°。无明显的不利结构面。岸坡基本—中等稳定。但山坡表层有厚1 m～3 m 的节理裂隙和卸荷裂隙发育的全强风化层，存在压缩变形和不均匀沉陷，沿松散层与基岩面间产生滑动。

(3)河床

第四系洪冲积厚2 m～6 m，较松散存在压缩变形、不均匀沉陷和抗滑不稳定。中下部砂卵砾石层厚1 m～5 m，物理力学指标相对较高，不存在压缩变形和不均匀沉陷。下部基岩为强风化的粉砂质泥岩、泥岩、页岩夹砂岩，有一条从左岸斜穿至右岸下游的小断层，断层带窄且陡倾，岩层走向与坝轴线近于直交，无大的不利结构面和临空面，各项物理力学指标相对较高，不存在压缩变形和不均匀沉陷，抗滑稳定性较好。

3 大坝病险情况

3.1 现场检查

本次除险加固野外工作中在坝体中进行浸润线观测，后坝坡右侧浸润线较左侧浸润线稍高，尤其坝体上部碾压质量较差，坝体渗透系数较下部坝体大，渗漏问题比下部坝体更为严重。以2018 年2 月8 日观测到的库水位1583.5 m 下，大坝现场检查发现下游坝坡上存在渗水点，渗水点分布较散，靠右坝肩相对较多。下游坝坡 1576 m 高程以下出现渗水，TK3一带有散浸水溢出，面积约570 m2，成片状潮湿散浸溢出，水库一直带病运行。在右坝肩存在绕坝渗漏现象，坝肩局部地带出现渗水点，高水位运行时，渗漏较为严重，局部存在集中渗漏现象，坝体与岸坡接合带处理基本满足要求，未发现渗水点。

3.2 坝体质量评述

根据钻孔及探坑资料，坝料为灰色、褐黄色粘质粉土，含碎石、砾石及块石，本次勘探在坝体上总共取原状土样15组，室内试验结果:坝土天然容重1.88 g/cm3～2.11 g/cm3，平均1.99 g/cm3，天然含水率17.3%～26.2%，比重2.68～2.73，塑性指数8.5～18.0，孔隙比0.523～0.788，粘粒含量18%～36.7%，平均21.8%，渗透系数5.59×10-8cm/s～1.86×10-6cm/s，压缩系数0.1～0.2=0.204 MPa-1～0.46 MPa-1，饱和快剪φ=13.17°～24.03°，平均17.78°，C=5.4 kPa～66.0 kPa，平均22.05 kPa。从试验指标分析，土料试验指标离散性较大，反应原筑坝土料料性不均匀，压实亦不均匀，另外坝土的粘粒含量平均仅21.8%，处于规范要求20%～40%的较低水平，粘粒含量及塑性指数均较低，原筑坝土料质量较差;由于当时施工条件较差，基本采用人工施工，坝土的碾压功能不足，且压实不均，下部坝土平均压实度仅为91.5%，上部坝土平均压实度为84.3%，均低于现行规范96%～98%的压实度的要求。

大坝坝体从钻探及坑探揭露情况看，坝体浸润线较高，坝体渗水严重，从渗流稳定方面考虑，其常年带病运行，对坝体稳定将产生二方面的不利影响，其一，常年渗漏并且限制蓄水低水位运行情况下，渗漏仍无法得到控制，对原施工质量差、土料复杂的坝体，细颗粒成份将会被水流带走，可能形成渗透变形破坏(管涌)，威胁大坝安全;其二，坝体浸润线太高，下部坝体长期浸水饱和，对坝体抗滑稳定安全极为不利。

总体来看，大坝质量较差，主要表现在坝体土料渗透系数较大、土料土质不均一，局部形成碎块石集中，坝体存在渗透问题。另外，由于水库大坝下游未设倒滤体，未能有效降低下游坝体内水位，导致大坝内水位不易下降而溢出地表，这也是大坝下游浸润线高的主要原因之一。

3.3 病险处理措施

(1)大坝为已建均质土坝，根据钻孔及资料知，原截水槽已截穿覆盖层至基岩内。需对坝基及两岸绕坝渗漏进行防渗帷幕灌浆处理，防渗帷幕标准按q＜10 Lu，帷幕下限深入到相对隔水层以下3 m，帷幕深12 m～15 m。

(2)左岸由于地下水位较低，根据经验公式S=(H+C)/3[2]，则左岸绕坝渗漏长度约30 m，帷幕深27 m～30 m;右岸绕坝渗漏长度约13 m，帷幕深22 m～25 m。

(3)对大坝进行加固处理，放缓上游坝坡，加高培厚下游坝坡，使坝坡稳定满足规范要求。下游河床堆积物应清除，清基深3 m～8 m。

(4)对下游坝坡进行处理，设置排水棱体，以降低坝体内水位，增加大坝的稳定性。

4 结论及建议

该水库在兴建水库过程中，存在清基不彻底，上坝料料质不均而质量差异较大，高程1578.8 m 以下采用的是人工碾压，密实度保证性差，高程1578.8 m 以上虽采用机械碾压，但因是平碾，碾压质量难以保证。故水库建成后产生坝体渗漏及坝肩绕坝渗漏，下游坝坡局部成片状潮湿散浸溢出，浸润线较高，水库一直带病运行。通过该水库除险加固工程的实施，可以保证水库安全正常地运行，提高向下游供水的保证率，对下游村庄、人口、起到较好的防洪作用。