中小型水庫均質土壩壩體變形問題勘察分析

倪惠松

摘 要 在水庫除險加固中各方應重視勘察工作，同時勘察也可以采用多種新方法，如物探方法具有透視性、高效率、低成本的優勢，雖然有其局限性和條件性，而且解譯時具有多解性的缺陷，但在探測大壩的洞穴、裂縫、滲漏通道等隱患方面，有時能發揮很重要的作用，應結合具體的地質條件合理采用。

關鍵詞 中小型水庫；均質土壩；壩體變形；勘察

1 工程概況

樂昌市秀水鎮葉子川水庫為一座小（二）型水庫，大壩為均質土壩，最大壩高21.90m，現壩頂高程296.6m，壩頂軸線長115m，壩頂寬5m，壩上游壩坡坡比為1∶2.23～2.6，下游壩坡坡比為1∶2.0。該水庫于20世紀70年代建成，缺乏完整的勘察設計資料，施工技術水平較落后，屬于典型的“三邊工程”。水庫曾經長期存在的滲漏問題經灌漿防滲處理后得到解決，現存在的主要問題為大壩開裂變形。該水庫歷史異常險情及除險加固情況如下：①2005～2007年間大壩上游坡中下部出現過三次塌陷，后期均經過簡單施工恢復原狀。②水庫長期伴有滲漏問題，2006年對壩體及壩基灌漿防滲處理后背水坡滲漏問題得到解決。③水庫于2007年12月正式開展除險加固，清除原有上游坡干砌石培厚加固并設置混凝土護坡。④2013年10月該水庫出現新的險情，壩體迎水坡左半區域發生第一次變形，近壩頂分布有縱向裂縫，壩面上部沉陷下部隆起，經過簡單修整恢復原狀[1]。

2 勘探成果

2.1 鉆（坑）探成果

在變形區域布置3個鉆孔，其中ZK1布置在第一次塌陷位置附近，ZK2布置在第二、三次塌陷位置附近，根據ZK2取土芯觀察及取樣試驗結果，該處下伏壩體土層土質相對較軟，且于壩基面附近發現一處20cm的土洞，其分布范圍不明。壩基為殘積砂質黏土及弱風化石灰巖，基巖裂隙較發育，但未揭露有溶洞。TK1及TK2布置在壩前坡縱向裂縫上，裂縫在豎直方向延伸較短很快閉合，坑壁未發現有明顯的滑動面。

2.2 室內試驗成果

變形區縱向上土體由壩體填筑土和壩基殘積土構成，其中壩體填筑土可分為壩前坡培厚土和舊壩體填筑土，壩體內還存在相對軟弱土體，室內試驗定名均為低液限黏土（CL）或含礫低液限黏土（CLG）。壩體土擊實試驗結果顯示壩體土料最大干密度ρmax=1.70g/cm3，最優含水量Wop=19.2%，黏粒含量9.5%，壩前坡培厚土和舊壩體填筑土性質差異較小，但均存在填筑質量問題，土質一般，填筑質量較差，碾壓不緊密，天然含水率及塑性指數偏高，甚至局部為高壓縮性土，飽和快剪指標偏低。與壩前坡培厚土及舊壩填筑土整體特性對比，軟弱土天然含水率高27.2～31.6%，干密度低8.6～9.2%，孔隙比高19.6～22.1%，壓縮系數高19.0～31.6%，飽和快剪凝聚力低33.0～39.7%，內摩擦角低31.1～36.0%。

2.3 物探成果

本次物探勘測網布置在水壩的迎水面，目的是查明壩體有無土洞分布、滲漏通道、輕微滑動面等要素，并進一步分析巖土體的分層規律以及基巖的起伏形態。物探采用高密度電法和淺層地震面波勘探法。根據視電阻率等值線的變化情況及曲線形態，結合地質情況和壩體特征，推斷隱患的性質、產狀、和埋深等情況。地震面波法對壩體的滲漏區進行勘探，軟弱層與上下巖土層存在明顯波阻抗差異，表現為軟弱層或富水層面波速度較低[2]。

3 變形成因定性分析及處理建議

壩體產生變形的過程及原因主要總結為以下幾點：①歷史上壩體迎水坡曾發生多次塌陷，推測為壩基長期的異常滲流引起滲透變形，掏空上游壩基形成空隙所致。②壩基部位的空隙使壩體土在自重下發生多次沉陷，沉陷破壞了土體結構，又由于該部位壩體填筑質量差，原本壩體土的壓實度不達標，因此壩體土的密實度下降，在庫水正常滲流作用下馬道以下的壩土體逐漸軟化。③該壩屬于均質土壩，則前壩坡變形可視為黏性土邊坡變形問題，馬道以下壩腳土層軟化，正常蓄水時長期處在飽和狀態，其稠度狀態一般呈軟塑～可塑狀態，抗剪強度極低，軟弱土體在庫水位下降后脫水固結緩慢，抗剪強度仍然較低。下部剪應力超過該處土料抗剪強度因而產生塑性蠕變，導致上部坡面出現一條或數條裂縫，由斷續分布而逐漸連通。馬道以下壩腳軟弱土層沉陷變形，牽引上部土體開裂下移，前坡整體受坡腳擋墻（阻滑體）阻擋，未產生整體滑動，使得呈現上部開裂，中部下陷，下部隆起的變形特征。因此，歷史上壩基部位的異常滲透變形是根本原因，壩體土質較差碾壓不緊密是次要原因，后期加固培厚所產生的荷載是本次蠕動變形的誘發因素。壩坡的蠕動變形常為滑動變形前兆，嚴重可發展成滑坡。壩體和壩基中軟弱面（帶）的存在，為可能滑動面（帶）的形成提供了有利條件。處理建議：馬道上部削坡，或適當降低壩高；馬道以下存在軟弱土體，建議該段整體翻坡碾壓，全部挖除軟弱土回填并分層夯實抗剪強度高的土料；當考慮到翻坡碾壓施工難度以及對壩體穩定不利影響而選擇部分挖除軟弱土體時，還應在馬道以下增加防滑體或增加鎮壓臺等壩腳壓重。

4 結束語

早期中小型水庫均質土壩的險情隱患發生既有其歷史原因并受制于當時經濟和技術條件，也有后期管理上的原因，具體有以下幾點表現：建壩時基本上無勘察工作，給后期病險查因的勘察工作增加了許多難度，在不了解壩基巖土層的性質以及斷層破碎帶或節理密集帶的特征情況下，對壩基清基不徹底或者需要做壩基處理的未做，往往產生滲漏及滲透穩定問題，如本例就忽視了對喀斯特地區節理溶隙密集帶的防滲處理。建壩時對壩體土料的性質認識不足，采用了不符合均質土壩用料質量技術標準的土，如本例壩體土料塑性指數范圍在17.1～23.5，大部分土對含水率比較敏感，難于壓實，干濕變化時變形大。建壩時施工機械功能低下，土的實際壓實度偏低，如本例施工中就是用人工碾壓或拖拉機帶平磙，即使工程建成運行幾十年檢測干密度仍然遠遠達不到技術標準。

參考文獻

[1] 蘇佩珍.大垌水庫工程均質土壩應力變形分析[J].廣西水利水電，

2018，（02）：44-47.

[2] 牛運光.土壩滲透變形控制措施及其進展[J].人民長江，2017，（08）：

40-44.