渗漏病险水库除险加固阶段的水文地质勘察成果

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【摘要】：10.1.3.2 水库的渗漏类型根据SL 55—2005《中小型水利水电工程地质勘察规范》附录E,病险水库的渗漏按渗漏的部位分类,可分为以下几种类型[7]:土石坝坝体渗漏。测绘范围应包括渗漏通道及其进出口地段。

10.1.3.1 水库渗漏的原因

中国目前有众多病险水库急需治理,其渗漏的原因多样,归纳起来主要有以下方面[5]:

(1)前期勘测工作投入不足,对坝基的地质情况没有查清,对特殊地层结构的坝基认识不够,没有对水库的渗漏及渗透变形作必要的处理或防渗措施选择不当。如有些水库建在软土地基上,大坝出现裂缝而发生渗漏;一些在平原区河谷修建的水库,因地层结构松散,库水沿坝基上部的强透水层发生渗漏。如青海省互助县的南门峡水库,因其坝址坐落于厚度为10～19m的鹅卵石覆盖层上,基岩中多为石灰岩断层,节理裂隙发育,自1983年建成一期工程蓄水至今,渗漏一直是一项突出问题[8]。

(2)施工质量差。如利用含砂砾高的砂土做坝体、土料填筑后夯压不实、坝基有渗漏通道,防渗工程做得不彻底等。如黑龙江省科洛河流域的板石沟水库,所用的筑坝材料主要为砂砾土料,透水性强,在土料填筑后夯压不实,分段填筑的接缝处未结合好,建后也未进行防渗处理,经过几十年的运行后,水库的溢洪道两侧的渗水已浑浊,由集中的渗水流发展成了管涌,坝体随时有坍塌的危险[9]。

(3)地层的允许水力梯度选择不合理。如果对坝基地层允许水力梯度的研究不够充分,甚至任何测试都未做过,而是采用经验数据。如设计中采用的允许水力梯度偏大,就会使水库蓄水运行后坝基的实际水力梯度超过地层的允许水力坡降值,从而引起坝基渗透变形(管涌、流土等)。

(4)工程监测不健全,运行后管理不善。水库建成运行后,水库附属建筑物究竟有无病害,能否安全运行发挥效益,必须通过全面系统的监测工作来完成,特别是在前期地质工作调查不足的情况下,监测工作就显得尤为重要。如果监测系统不健全、管理不完善就很容易导致渗漏的发生。

(5)自然灾害引发。如2005年8月浙东南台州市玉环县山塘水库和双庙水库因受“海棠”和“麦莎”两次台风袭击,库岸山体疏松发生大渗漏。2008年发生在四川汶川的“5·12”8.0级的特大地震中,周边多处水库出现裂缝、滑坡、沉陷、变形、渗漏等险情,其中江油市出现病险水库187座(出险率100%),其中的25座为重大险情水库;重庆市23个区县中有79座水库出险,其中17座发生渗漏。

10.1.3.2 水库的渗漏类型

根据SL 55—2005《中小型水利水电工程地质勘察规范》附录E,病险水库的渗漏按渗漏的部位分类,可分为以下几种类型[7]:

(1)土石坝坝体渗漏。

(2)非喀斯特坝(闸)基、坝肩渗漏。

(3)喀斯特坝(闸)基、坝肩渗漏。

(4)防渗帷幕渗漏。

(5)涵、洞渗漏。

10.1.3.3 除险加固阶段水文地质勘察的内容

病险水库的水文地质勘察包括病险水库安全鉴定勘察和病险水库除险加固设计勘察两个方面。勘察时均应先系统地搜集前期的勘察资料,在此基础上进行一些鉴定性和补充性勘察工作。按SL 55—2005《中小型水利水电工程地质勘察规范》附录F,对除险加固的水库的勘察不需提交水文地质图。

1.安全鉴定勘察的内容[7]

坝址区的鉴定勘察包括:①调查坝基与坝体接触部位的物质组成、其渗透性和坝体埋管、输水涵洞的渗漏情况,并对原防渗效果进行初步评价;②调查可溶岩坝基喀斯特发育情况及其对渗漏的影响;③调查坝基和绕坝渗漏的范围,渗漏量的动态变化及其与库水位的关系;④检查原防渗体的质量,初步分析渗漏的原因和可能的通道。

病险水库中,土石坝坝体的渗漏最为常见,对土石坝坝体的鉴定勘察包括:①调查坝体填筑土的物质组成、渗透性等,评价填筑土的质量是否满足有关要求;②调查坝体的渗漏部位、处理情况与效果;③调查坝体的浸润线分布的高度及其与库水位之间的关系。

2.加固设计阶段的勘察内容[7]

对坝基和坝肩渗漏的勘察内容有:①坝基、坝肩施工期未作处理的第四纪松散堆积层、基岩风化层的厚度、性质、颗粒组成及渗透特性;②坝基、坝肩断层破碎带、节理密集带的规模、产状、延续性和渗透性;③可溶岩区主要漏水地段或主要通道的位置、形态和规模,两岸地下水位低槽带与漏水点的关系;④渗漏量与库水位的相关性;⑤渗控工程的有效性和可靠性;⑥输水涵洞的漏水情况;⑦环境水对混凝土的腐蚀性。

如果是土石坝坝体发生了渗漏,则应调查:①坝体填筑土的物质组成、渗透性、填土中砂性土的位置、厚度及分层结合部的渗透参数;②坝体渗漏的部位、范围及其引发的其他不良地质现象,如开裂、沉陷等;③调查坝体的浸润线分布的高度及其与库水位之间的关系;④防渗体的渗透性、有效性及新老防渗体之间的结合情况;⑤反滤排水棱体的可靠性;⑥坝体下游坡渗水、渗漏部位、特征、渗漏量的变化规律及渗透稳定性;⑦坝体塌陷、裂缝、生物洞穴的分布位置、规模及延伸连通情况;⑧坝体与山坡结合部位的物质组成、密实性和渗透特性[7]。

10.1.3.4 除险加固阶段水文地质勘察的手段

1.水文地质测绘

如有必要,可在安全鉴定地质测绘的基础上进行补充修编。测绘范围应包括渗漏通道及其进出口地段。山区水库应包括库区周围的分水岭及邻谷,平原地区则应包括正常高水位以上的第一级阶地;测绘比例尺可选用1∶1000～1∶500。

在岩溶地区,凡能追索的岩溶洞穴都应进行测绘;对严重存在岩溶渗漏的地段,测绘的比例尺可采用1∶1万～1∶2000(库区)及1∶5000～1∶1000(坝址)[7]。

2.水文地球化学调查

地下水的化学特征能反映许多地下水的流动信息,如利用放射性同位素资料可以估算出地下水的年龄(获库水补给的地下水很年轻)。在岩溶地区,还可利用饱和指数了解地下水的循环速率(饱和程度低的地下水,其循环速度较快,获得大气降雨或地表水的补给量较多)。

陈波等(2005)在对贵州马官地下水库进行渗漏分析时,曾根据其库底隔水层内地下水的水化学类型、矿化度、电导率等水化学特征与下伏灰岩含水层相差很大来判定其库底隔水层已有效地阻止了库水向底部渗漏。同时,还根据水库渗漏点的各种常规离子浓度均高于库水的事实分析认为,这是由于库盆内的软物质(岩层)逐渐被渗漏水侵蚀所致。并由此推断,随着水库蓄水年限的增长,水库的渗漏通道将因侵蚀变大,渗漏量也会加大[10]。

3.钻探和地球物理勘探

水文地质钻探工作一般结合地质勘探进行。勘探剖面线应根据水文地质结构和地下水的分布情况,并结合可能的防渗处理方案作布置。在多层含水层结构区,各可能渗漏的岩组内不应少于2个钻孔,钻孔应进入隔水层或枯水期地下水位以下一定深度;喀斯特区钻孔的深度应穿过喀斯特强烈发育带[7]。

地球物理勘探对查明渗漏通道有很好的效果。中国地质科学院水文地质环境地质研究所曾在深圳罗屋田水库渗漏勘察中利用了井间地震波CT技术,来确定主要的渗漏通道与渗漏点位置,为其渗漏治理及水库扩容提供科学的地质依据[11]。桂林市水利电力勘测设计研究院等单位曾利用瞬变电磁法进行探测,通过对异常的分析、解释及推断,确定出桂林市市郊官庄岩溶水库漏水通道的分布范围,据此布置钻孔对异常带进行验证,为堵漏设计提供可靠的依据[12]。

4.水文地质实验

防渗线上的钻孔应进行压(注)水试验,并应收集钻进过程中的水文地质资料。第四纪地层中的钻孔,应在钻进过程中观测地下水位,并应划分含水层和隔水层,主要含水层应布置抽水试验,测定渗透系数,还应取水样进行水质分析。

土石坝坝体应结合钻孔分层取原状样进行室内渗透试验,喀斯特洞穴充填物也应取样进行室内颗粒级配实验和渗透实验。

喀斯特发育区应进行连通试验,以查明喀斯特洞穴与漏水点间的连通关系。示踪试验是研究岩溶连通性的直接方法,以往多采用食盐或染料作为示踪剂,对于大型渗漏或复杂渗漏问题研究受到限制。目前,国内外正在探索用微量元素及环境同位素进行示踪研究[13,14]。王建强等(2007)则利用荧光素示踪剂进行连通试验调查湖北省三河水电站(岩溶地区)的水库渗漏,试验结果表明,连通试验能较好地揭示研究区地下水的流向、流速,地下岩溶与裂隙的发育情况以及地表径流与地下水之间的水力联系,是岩溶地区水库渗漏勘察的有效手段之一[15]。

5.地下水动态观测

在可能发生渗漏的地段应利用已有的钻孔或水井进行地下水位观测,对重点地段宜埋设长期观测装置,对地下水动态进行观测。各可能渗漏的岩组内不应少于2个观测孔,观测时间应不少于一个水文年。观测内容除常规项目外,还应观测降雨时的洞穴涌水和流量情况[7]。

渗漏病险水库除险加固阶段的水文地质勘察成果

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