關(guān)于優(yōu)化病險(xiǎn)水庫(kù)勘察技術(shù)路線的探討

賀建萍

（廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510610）

關(guān)于優(yōu)化病險(xiǎn)水庫(kù)勘察技術(shù)路線的探討

賀建萍

（廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510610）

通過(guò)在病險(xiǎn)水庫(kù)勘察過(guò)程中的實(shí)例，簡(jiǎn)要的探討了病險(xiǎn)水庫(kù)勘察過(guò)程中關(guān)于勘察手段的合理選擇，提高病險(xiǎn)水庫(kù)勘察的效率，為病險(xiǎn)水庫(kù)的加固設(shè)計(jì)提供良好的基礎(chǔ)資料。

優(yōu)化 病險(xiǎn)水庫(kù) 勘察技術(shù)路線

1 前言

為確保病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固目標(biāo)任務(wù)的如期實(shí)現(xiàn)，目前，全國(guó)各地的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作正在抓緊進(jìn)行著。中小型病險(xiǎn)水庫(kù)大部分修建年代比較久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)條件的限制，在勘探、設(shè)計(jì)和施工上都不規(guī)范，工程質(zhì)量得不到很好的保證，加上管理水平跟不上，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后，存在的設(shè)計(jì)缺陷和施工質(zhì)量隱患逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，相繼出現(xiàn)一系列影響水庫(kù)安全的問(wèn)題。絕大部分水庫(kù)在觀測(cè)設(shè)備上比較缺乏，只能從外觀變化上了解大壩的運(yùn)行情況和工程安全狀況，不能及時(shí)地進(jìn)行大壩安全監(jiān)測(cè)。由于基礎(chǔ)資料的缺乏，尤其是關(guān)于水庫(kù)壩區(qū)地質(zhì)資料基本上都是空白，給病險(xiǎn)水庫(kù)的勘察工作帶來(lái)不少的困難。同時(shí)，勘測(cè)周期和勘測(cè)經(jīng)費(fèi)的最小化和有限化現(xiàn)實(shí)，也給勘測(cè)手段的優(yōu)化提出了更高的要求。

2 勘察技術(shù)路線的優(yōu)化思考

目前，病險(xiǎn)水庫(kù)勘察大部分依然采用傳統(tǒng)的模式：即常規(guī)巖土工程的“先由點(diǎn)到線，再由線到面，最后由面到立體空間”和“先有勘探，后有地質(zhì)分析”的“歸納總結(jié)”思路，為此，需要大量勘察工作量。等距離、網(wǎng)格狀布置鉆孔就是這種思路的一種體現(xiàn)。這種思維模式所需要的勘察周期及經(jīng)費(fèi)相對(duì)都較大，對(duì)于存在明顯病險(xiǎn)問(wèn)題的水庫(kù)，地質(zhì)測(cè)繪工作可以做到有針對(duì)性的安排鉆探，而對(duì)于存在病險(xiǎn)隱患的水庫(kù)，簡(jiǎn)單的地質(zhì)測(cè)繪不一定能夠做到有針對(duì)性的安排鉆探工作，甚至可能會(huì)對(duì)鉆探工作量造成不必要的浪費(fèi)，病險(xiǎn)水庫(kù)數(shù)量眾多，勘察設(shè)計(jì)周期短，外業(yè)勘察工作量相對(duì)較少，常規(guī)的勘測(cè)手段耗費(fèi)的工作量及成本較大，工作周期長(zhǎng)，不太適合作為病險(xiǎn)水庫(kù)勘察的指導(dǎo)思路，因此優(yōu)化勘察技術(shù)路線在病險(xiǎn)水庫(kù)勘察工作中尤為重要。4

為了能夠切實(shí)、高效地完成除險(xiǎn)加固工作，如何優(yōu)化勘測(cè)路線以及得出合理的勘察成果，就直接關(guān)系著病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。98洪水后，物探電法在堤防上的應(yīng)用較為廣泛，且取得的效果頗好，在配合鉆探的驗(yàn)證下，很好的在堤防勘察上發(fā)揮出了作用，陸續(xù)的在全國(guó)范圍內(nèi)的土壩、土堤上推廣應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)豐富。通過(guò)地表地質(zhì)調(diào)查，采集到大量的地質(zhì)信息，如地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)尤其是滲漏險(xiǎn)情隱患等反映基本地質(zhì)條件的信息，初步驗(yàn)證“假設(shè)的地質(zhì)模型”，指導(dǎo)物探測(cè)線的布置。物探方法速度快，信息量大，避免遺漏重大缺陷，針對(duì)物探異常布置鉆孔驗(yàn)證。先做物探，再做勘探與試驗(yàn)，能充分發(fā)揮物探方法速度快、信息量大的優(yōu)勢(shì)，避免遺漏重大缺陷，然后針對(duì)物探異常布置鉆孔驗(yàn)證，建立工程地質(zhì)模型。因此，在病險(xiǎn)水庫(kù)勘察的技術(shù)路線是先進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪，再布置物探勘察，最后結(jié)合以上的初步成果指導(dǎo)安排鉆探以及試驗(yàn)等。

3 勘察手段的選擇

目前用于水利工程監(jiān)測(cè)和探查隱患的物探技術(shù)主要有三類，即電法勘探、彈性波勘探和電磁類勘探。病險(xiǎn)水庫(kù)工程大都靠近山區(qū)，壩高而短，壩體填土不均質(zhì)并且受經(jīng)濟(jì)條件限制，參考相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，故選用高密度電法為主，必要時(shí)可輔以自然電場(chǎng)法和常規(guī)電法進(jìn)行探測(cè)。

這里的高密度電法指的是直流高密度電阻率法，但由于從中發(fā)展出直流激發(fā)極化法，所以統(tǒng)稱高密度電法。高密度電阻率法是以介質(zhì)電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加電場(chǎng)的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律。實(shí)際上是一種陣列勘探方法 ,野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極 (幾十至上百根 )置于測(cè)線上 ,然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后 ,還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。它與常規(guī)電法相比設(shè)置了較高的測(cè)點(diǎn)密度，所提供的是二維信息，一定數(shù)量的二維剖面還可以組成一個(gè)擬三維圖象，它是電剖面和電測(cè)深法的結(jié)合。高密度電法觀測(cè)精度高，數(shù)據(jù)采集可靠，對(duì)地電結(jié)構(gòu)有一定成像功能，可獲得豐富的地質(zhì)信息。各種隱患在探測(cè)成果圖上有明顯、直觀的反映，形象地反映出巖土體地電斷面的電性分布和結(jié)構(gòu)特征。顯然 ,高密度電阻率勘探技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展 ,使電法勘探的智能化程度大大向前邁進(jìn)了一步。高密度電法具有小點(diǎn)距，數(shù)據(jù)采集密度大，施工效率高的特點(diǎn)，成為探查隱患的主要方法之一，已被廣泛應(yīng)用于尋找地下水、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、能源勘探、道路建筑工程和城市建設(shè)工程等方面。

此次在某地區(qū)的數(shù)十座小（1）型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固勘察中，首先在地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，在大壩軸線以及壩后平臺(tái)上安排2條物探高密度電法勘探線，通過(guò)高密度電法探測(cè)，對(duì)山區(qū)高壩或一般壩體的滲漏，都可從壩剖面斷面視電阻率等值線圖直觀、形象地反映出巖土體的電性分布形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征。排除壩體地形的旁側(cè)影響，通過(guò)與鉆孔資料對(duì)比，就可找出滲漏或其它隱患位置及范圍。然后合理的布置鉆探工作，極大的縮短了工作周期并減少了鉆探工作量。

4 工程勘察實(shí)例

X水庫(kù)始建于70年代，水庫(kù)樞紐為Ⅳ等?。á瘢┬退麡屑~工程。主要水工建筑物級(jí)別為4級(jí)，水庫(kù)樞紐建筑物主要由主壩、輸水涵管（兼排洪涵）等建筑物組成。由于當(dāng)時(shí)施工機(jī)械的局限性，沒(méi)有使用機(jī)械夯實(shí)，主要采用人力堆填，選用的填筑土材料為粗顆粒花崗巖全風(fēng)化土及殘積土，砂礫含量較大，且建壩時(shí)對(duì)壩基砂質(zhì)粘土層做防滲處理不夠徹底，故壩體填筑質(zhì)量較差，并留下壩體及壩基滲漏的隱患，導(dǎo)致現(xiàn)在不能正常蓄水運(yùn)行?，F(xiàn)狀水庫(kù)水位較低，基本沒(méi)有發(fā)揮灌溉效益。存在的主要問(wèn)題和水庫(kù)主要病險(xiǎn)情況為：①大壩填筑土料及其施工質(zhì)量差，填筑土碾壓不實(shí)，滲透較大；壩基地層透水性大，基礎(chǔ)處理不善。②涵管管身與壩體填土間有接觸性滲漏。

水庫(kù)區(qū)為低山、丘陵區(qū)，山體呈渾圓狀，連綿不斷，山頂高程多在85m～95m以上，相對(duì)高差3m～10m，普遍覆蓋殘坡積層，植被良好，山坡穩(wěn)定。根據(jù)1：20萬(wàn)（區(qū)域）地質(zhì)圖及地質(zhì)測(cè)繪，該區(qū)域出露地層巖性主要為中生代第二期侵入的花崗巖為主（г5B）、第四系殘坡積層（Q4edl）、第四系河床沖積層（Q4al）以及人工填土層（Q4s）。

首先安排于X水庫(kù)主壩壩軸線上，布置了1條物探高密度測(cè)線，測(cè)線剖面總長(zhǎng)約為290m，點(diǎn)距5m。物探高密度電法勘測(cè)成果（見(jiàn)圖1）：主壩壩軸線在樁號(hào)0+090～0+100高程48.0m～51.3m處、在樁號(hào)0+143～0+160高程51.7m～55.0m處、在樁號(hào)0+189～0+197高程53.0m～55.0m處有低阻異常區(qū)，推測(cè)為壩基該三處含水量稍高。

圖1 X水庫(kù)主壩壩軸線高密度二維反演成果

參考高密度電法成果圖，基本上圈定了滲漏性較強(qiáng)的地區(qū)，結(jié)合測(cè)繪成果在壩軸線上選擇滲透性能較大的位置布置了4個(gè)鉆孔，壩后坡布置1個(gè)鉆孔，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)及取樣室內(nèi)試驗(yàn)，所得出的各土層的滲透性能（見(jiàn)圖2、圖3及表1）以及滲漏位置基本上與高密度電法成果圖相吻合，因此，大大地節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)勘查的時(shí)間，同時(shí)，為其加固設(shè)計(jì)提供了宏觀全面準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料。

圖2 X水庫(kù)大壩工程地質(zhì)橫剖面圖1-1/

圖3 X水庫(kù)大壩滲透剖面圖1-1/

表1 X水庫(kù)大壩土層滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

綜合以上勘察成果得出如下工程地質(zhì)結(jié)論：壩體存在滲漏及滲透穩(wěn)定隱患問(wèn)題，須進(jìn)行全線防滲加固處理，建議采用劈裂灌漿，從壩頂至壩基并形成可靠防滲體，防滲體進(jìn)入壩基（弱透水層）一定深度，并進(jìn)行壩體充填灌漿加固處理；壩基滲漏較為嚴(yán)重，需要進(jìn)行防滲處理，建議結(jié)合壩體采用劈裂灌漿處理方案，防滲體深入弱透水層（全風(fēng)化帶中下部）一定深度。放水涵管建議優(yōu)先考慮更換或者采用鋼管內(nèi)套處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

在病險(xiǎn)水庫(kù)勘察工作中，合理優(yōu)化了勘察技術(shù)路線，有的放矢地采用工程地質(zhì)測(cè)繪、工程物探和鉆探手段以及必要的土工試驗(yàn)等，為病險(xiǎn)水庫(kù)的加固設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)資料。因此，在類似的工程勘察過(guò)程中，只要合理優(yōu)化勘察技術(shù)路線和結(jié)合各種勘察技術(shù)手段，就能夠極大的提高勘察工作效率，節(jié)省勘察經(jīng)費(fèi)，縮短勘察周期。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.004

TV22

B

1672-2469（2014）08-0013-03

賀建萍（1982年—），男，工程師。

1. 方前發(fā) 張宏兵 《電法勘探方法在水文和工程地質(zhì)中的應(yīng)用》.大眾科技，NO4,2006