云南小型病险水库除险加固工程地质勘察问题探讨

云南小型病险水库除险加固工程地质勘察问题探讨张定彪1赵德生2张雄云1（1省水利水电勘测设计研究院2迪庆州水利局）摘要：据统计，云南省五千余座小型水库病险率达40%。对这些病险水库实施除险加固，将是今后数年水利工程建设的又一个重点。本文根据云南省小型水库病险特点和勘察中经常遇到的问题，提出来讨论，为小型水库除险加固勘察提供参考和借鉴。关键词：小型病险水库，工程地质勘察，云南云南省共有小型水库5223座，其中小（1）型928座，小（2）型4295座，大多分布于山区和半山区，为当地经济发展和改善民生方面发挥着巨大作用，是建设新农村的重要基础设施。据统计，这些小型工程绝大多数是20世纪50年代至70年代初修建的“三边”工程，由于当时的物质和技术匮乏，许多水库刚建好就成病险水库，加之带病运行几十年后，各建筑物日趋老化，不能正常发挥水库功能，且严重威胁着当地人民生命财产安全。因此，对我省小型水库除险加固将是今后数年水利工程建设的又一个重点。实践过程中，由于小型病险水库所处的地质环境千差万别，除险加固工程地质勘察范本的制定存在一定难度。总体来说，我们需要理清工程地质勘察思路，就个体工程而言，我们着重强调的是针对性,即有病治病。有的放矢地开展工程地质勘察，正确地作出病险性质的判断和评价，可收到事半功倍的效果。1工程地质勘察思路的调整云南小型病险水库数量大，勘测设计周期短、前期经费严重不足，无法做到全面勘察。从专业技术的角度来说，把工程区的工程地质条件查清，是再好不过的，这对于工程运行管理也提供了分析基础。但这里需要强调的是，需要分清什么样的工程需要全面勘察，什么样的工程则没有必要。比如，对大坝工程来说，土石坝则是越老质量越好，因为历经了各种自然条件和库水位的考验；而混凝土类、钢材类水工建筑物，则存在老化问题。对新建工程而言，工程地质勘察是查明工程地质条件、界定主要工程地质问题，为工程设计提供地质资料，提出地质缺陷处理建议。但对于小型病险水库来说，将工程区的工程地质条件全部查一遍，或进行全面复核的勘察指导思想，将使勘察工作量成倍增加，造成时间和成本的严重浪费。例如针对坝基的钻孔要从已建坝体顶部向下钻进，增加很多无效钻进段等。显然，病险水库勘察工作首先需要做的是对工程地质勘察指导思想的清理，在勘察思路上作出调整。从勘察任务来说，笔者认为查明工程地质条件调整为查明工程地质问题；在勘察原则上，应强调无需全面勘察，而是针对病险问题实施重点勘察；在总体思路上，需要果断地抛弃那种大型工程、新建工程的勘察思路。如此勘察思路的调整，有可能违背工程勘察常规，还有可能与现行规程规范抵触，但重要的是要坚持一切从工程实际出发的技术思想，满足除险加固工程设计的要求，地勘任务就基本完成。因此，笔者认为从查明“条件”到查明“问题”的转换，是目前小型病险水库除险加固工程地质勘察思路的根本转换。2对规程、规范的理解与认识工程地质勘察是工程建设的基础工作，这不但体现在建设程序上，更体现在标准的制定上。2005年4月之前无除险加固工程勘察可依的规程，导致各级专家审核时均参杂了较多的人为因素，造成了许多工作的反复和浪费。直到《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）发布，将“病险水库除险加固工程勘察”作为一个章节增加进去，近年来开展的中、小型病险水库除险加固工程勘察才有了依据和指导文件。关于勘察阶段和勘察深度，水规总院在《全国重点小型病险水库除险加固工程初步设计指导意见》中表述为：“小型病险水库除险加固工程初步设计工程地质勘察工作原则上应执行《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）中的有关规定。当安全鉴定阶段工程地质勘察资料较为充分、不影响初设阶段工程地质结论的成立、不存在影响工程安全的特殊工程地质问题时，可适当简化初设阶段的地质勘察工作，并可根据前期试验资料结合工程类比原则提出岩土体物理力学建议参数”。这表明，小型病险水库除险加固，原则上应执行规范，二是可以适当简化。《规范》将除险加固工程地质勘察分为安全鉴定和初步设计两个阶段，对于地勘工作，这两个阶段存在合二为一的条件，当第一阶段工作还留下尾巴或尚存在技术问题的论证缺实际资料时，第二阶段应予以补充。对于规范的把握，笔者认为当规范的规定与现实工程实际情况不相符合时，应按工程实际情况考虑，这就是一切从实际出发的技术思想。3加强工程地质分析工程地质分析是工程地质勘察的核心，许多工程多次进行除险加固，至今仍然是病险工程，原因也许是多方面的，但工程地质分析不力，诊断不准，误诊甚至误导设计的情况是主要原因。显然，针对病险工程的病因分析，特别是与地质有关的病因必须全面深入分析，才可能有的放矢地去开展工程地质勘察工作、布置并实施必要的地质勘探，为设计提供可靠的勘察资料。4渗漏问题4.1坝基和绕坝渗漏的勘察与评价小型病险水库，十之八九都有较突出的渗漏问题。根据本文的基本技术论点，坝址不存在渗漏问题就不必进行全面勘察，但应根据坝址区基本地质条件和大坝数十年的运行表现做出不存在渗漏问题的定性评价。坝基渗漏勘察，首先应对坝基按问题分段、分类，分出有问题坝基段和没有问题坝基段；其次是针对有问题坝基段实施勘察，在垂直方向上还应分出坝体渗漏、基岩渗漏和接触带渗漏，查明渗漏区岩土体的透水性质和相对不透水边界，分析渗漏原因，估算渗漏量，评价产生渗透破坏的可能性；最后应建议防渗处理措施。不存在渗透破坏和渗漏量在允许范围之内的，建议简化处理或不予处理。绕坝渗漏问题的评价相对复杂。部分地质师往往一见下游坝脚岸坡区漏水即判定为绕坝绕渗，实际上理由并不充分。因为坝肩下游区漏水可能是库水绕渗，也可能是岸坡山体地下水的出溢，或是这两部分水的组合，属于“疑似”绕坝渗漏问题。此类问题一般情况下应根据库水位、降雨量和渗漏量之间的观测资料，结合岸坡地形地质条件认真分析论证后才可以较为准确地得出结论；当这些资料并不充分，仅为“疑似”时，应重点补充勘察，予以分析论证。坝坡渗漏勘察还需要明确的问题是，渗漏对坝肩岩体稳定的影响，处理措施的建议可以是防渗，也可以是排水，也可以是二者的组合。通常，云南小型除险加固工程常见坝基渗漏类型有：①河床人工清基不彻底造成的结合部渗漏，②坝基防渗体系不全，无截水槽或截水槽深度不足产生渗漏，③可溶岩坝基无完整防渗体系形成的岩溶渗漏。常见绕坝渗漏类型有：①岸坡清基不彻底或坝土碾压不到位形成的接触冲刷型绕渗，②坝肩破碎带无有效防渗设施形成的绕渗，③坝坡发育强岩溶通道形成岩溶绕坝渗漏。4.2应坚持“允许渗漏但不允许渗透破坏”的原则通常，土石坝渗漏“病险”发展到极端状态将产生渗透破坏，没有发展到这个极端状态之前，只能说存在隐患，但工程仍然是相对安全的。因此，我们说渗漏是产生渗透破坏的必要条件，不是充分条件。除险加固就是将渗漏控制在一个工程安全可控范围之内，只要做到了这一点，工程就是安全的。所以“允许渗漏但不允许渗透破坏”应该成为除险加固工程处理的基本原则，一见渗漏就防渗的做法，其技术理由并不充分，特别是小型病险水库的除险加固设计应充分认识到这一点。因此，防渗性除险加固的目标不是防止渗漏，而是防止渗透破坏。任何一座水库大坝都不可能做到滴水不漏，既然做不到滴水不漏，那么漏到什么程度可以接受，研究透这个问题，确定工程防渗措施的技术方案才有依据。所以，工程地质勘察上，首先应将渗漏范围分为坝基渗漏和坝体渗漏两大类，避免防渗措施显得较为盲目；其次是确定渗漏的具体部位，并进行渗漏量的估算和渗漏定性；第三是提出处理措施的地质建议。例如，剑川县玉华水库工程，起初为坝面潮湿，随水位升高渗漏范围和渗漏量扩大，但仍然不能简单地认为进行坝体防渗处理就行。由于下游坝坡较陡，需进行培厚加高，原大坝已经建成运行多年，坝基地质体受力变形已经达到了协调平衡，培厚加高大坝后，坝基必需接受新增加的大坝荷载、水荷载和其它荷载，坝基地质体必然要打破原来的平衡并进行新的应力应变调整，以达到新的受力平衡。显然，研究新的平衡条件下地质体的工作状态及其对上部结构的影响，渗流场的改变等，也是有必要的。5坝体质量评测5.1对勘察任务的认识大坝不是地质体，“坝体工程地质勘察”的提法是不慎重的。由于坝体是人类修建的水工建筑物，其质量取决于土的质量及当时的施工条件、施工工艺，可以说其质量是不稳定的。坝体中空洞、透水夹层分布的随机性，生物洞穴具有再生性等，地质基本理论解释不了此类问题。因此，坝体质量检测，对工程地质勘察而言，可表述为对坝体填筑材料的评测。建材是地质师较为熟悉的岩、土材料，特别是土坝，地质人员对土体性质鉴别清楚的前提下，才可以借用一些地质基本理论结合一些常规性或特殊性手段和方法，对坝体质量作出基本评价。5.2关于取样规程界定坝体质量检测宜分类进行，存在坝坡稳定问题的应针对“问题”区取原状样进行室内物理力学试验；存在渗漏问题的应针对渗漏区取原状样进行室内渗透系数测试。以上试验资料还应结合工程实际进行工程类比，提出坝体土物理力学建议参数和相应渗漏区坝体土的渗透系数建议值，供设计选用。不存在以上稳定问题和渗漏问题的坝体区不必全面取样试验。例如鹤庆县鹤庆坝子的美龙潭水库、寒龙潭水库等的勘察只需取坝面潮湿带的坝土进行渗透试验即可。5.3坝坡稳定性和坝体渗漏坝坡稳定和坝体渗漏还可以结合坝址区实际出露的岩性去分析填筑土料的性质。一般来说，泥岩、页岩风化料具有较高的力学强度和较好的防渗性能，但由于数十年前建坝时无重型施工碾压机械，人工填筑夯实效果不好导致渗漏；花岗岩风化残积土含有较多的石英砂颗粒，粘粒含量较低，渗透系数较大，此类均质土坝有均质“透水坝”之嫌疑。某些土坝的筑坝材料具有多样性或存在“渗漏”夹层、较强渗漏区等问题，实际上属于“非均质土坝”，造成此类现象主要原因为上坝料勘测设计缺陷（如鹤庆县南庄水库）、碾压不均（如弥勒县岔河水库）、分仓填筑（如宣威花椒水库）等。此类土坝坝坡稳定和坝体防渗措施的地质建议应按实际情况分区考虑。通常，多数均质土坝上游无护坡，坝坡受浪蚀作用形成陡坎，继续下去可能导致坝坡失稳，因此上游护坡措施，在坝体上实施是必须的，至少也应该在水位变动范围区实施护坡措施，以有效地保护坝坡稳定性。5.4坝土渗透试验大多数除险加固工程对均质土坝坝体都进行了注水试验，以测定填筑土体的渗透系数。据《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）的表述，注水试验有两种方法，即试坑注水试验和钻孔注水试验。两种方法的适用条件和限制条件，均不适合于小型水库均质土坝坝体渗透系数的测试。不适用的最基本理由是边界条件相差太大，试验规程中的边界条件是半无限空间地质体和水平地下水位，而坝体是一孤立的人工填筑体，且浸润线（面）是倾斜的。因此，小型水库除险加固工程渗透试验应选择对坝体取原状样进行室内渗透系数的测试或现场渗水试验，以此得出的渗透系数相对较可靠。6结语本文主观上希望罗列汇总云南众多小型水库除险加固工程技术问题与大家讨论，客观上却很难做到。小型病险水库除险加固工程地质勘察，我们应抛弃以查“条件”为主的常规工程勘察思路，树立以查“问题”为主的求实思想；对于渗漏问题的评价和处理，需要结合具体工程实际，坚持“允许渗漏但不允许渗透破坏”的基本原则；对于规程规范，应注意原则性与灵活性的准确把握。参考文献：[1]中华人民共和国水利部2005-04-18发布.《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）.北京：中国水利水电出版社，2005，6[2]张茂堂.云南省小型病险水库土石坝渗漏成因及防渗处理.水利工程建设与管理，2008,12[3]韦港、冀建疆.关于《堤防工程地质勘察规程》中若干问题的探讨.水利水电技术，1999,10[4]中华人民共和国水利部2007-11-26发布.《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）.北京：中国水利水电出版社，2008，2