龔德洪

(自貢水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 自貢 643000)

淺談紅層地區(qū)小型水庫(kù)的常見(jiàn)地質(zhì)病害

龔德洪

(自貢水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 自貢 643000)

根據(jù)對(duì)自貢地區(qū)300余座小一型及小二型水庫(kù)病害的分析、統(tǒng)計(jì)，列出紅層地區(qū)小型水庫(kù)的普遍性地質(zhì)病害，為川南、川北以及川東地區(qū)的水庫(kù)病害整治提供一點(diǎn)借鑒作用。

小型水庫(kù)；地質(zhì)病害；地形條件；建壩材料

自貢地區(qū)屬于典型的紅層分布區(qū)，小型水庫(kù)分布的區(qū)域廣，壩型多樣。這些水庫(kù)主要是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供灌溉水源，也為人民生活用水和工業(yè)用水提供水源，同時(shí)為防御洪水災(zāi)害也發(fā)揮著重要作用。然而，由于各種原因，許多水庫(kù)都不同程度存在一些病險(xiǎn)問(wèn)題，特別是20世紀(jì)六七十年代由民工投勞建成的水庫(kù)問(wèn)題較大較多，一直成為水利行業(yè)的工作重點(diǎn)之一。這類水庫(kù)中，有的是防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，達(dá)不到有關(guān)規(guī)范、規(guī)定要求，有的是工程本身質(zhì)量差，有的則是工程老化失修等問(wèn)題。這些病險(xiǎn)水庫(kù)，不僅造成水庫(kù)不能正常運(yùn)行、不能充分發(fā)揮其效益，而且還嚴(yán)重威脅到下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1 建壩材料的特點(diǎn)

受紅層地區(qū)天然建材的料源局限，自貢地區(qū)小型水庫(kù)壩型最常見(jiàn)類型為兩種：均質(zhì)土壩和條石拱壩。根據(jù)對(duì)壩體材料的成分分析，現(xiàn)將兩類壩型之典型病害分列如下：

1.1 均質(zhì)土壩

在自貢地區(qū)，均質(zhì)土壩填筑材料一般系就近開(kāi)采，其料源主要為侏羅系紅層之強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化砂泥巖類混表面殘坡積土，經(jīng)過(guò)填筑碾壓而成。填筑碾壓試驗(yàn)是壩體大量填筑前的一道至關(guān)重要的工作。土石壩通過(guò)碾壓試驗(yàn)，以確定壩體填筑施工合理的填筑碾壓參數(shù)，確保利用現(xiàn)有的碾壓機(jī)械達(dá)到設(shè)計(jì)填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)方法及控制指標(biāo)的技術(shù)先進(jìn)性。水庫(kù)壩體屬一等水工建筑物，設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求不小于98%。但按照當(dāng)時(shí)的施工條件，顯然達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且填筑材料往往級(jí)配差，多含砂巖塊石甚至巨塊石，雖然經(jīng)過(guò)多年的自然沉降壓縮，但依然不能滿足相關(guān)規(guī)范要求。由此，造成的壩體病害主要有：

1.1.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

壩體土容重偏低，抗剪指標(biāo)偏低，依據(jù)自貢地區(qū)壩體土料試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，其干密度(ρd)一般在1.55~1.65 g/cm3之間，自然密度多在1.75~1.85 g/cm3之間，浮容重與飽和容重之差過(guò)大，另外，根據(jù)對(duì)自貢地區(qū)壩體土料的多組取樣試驗(yàn)分析，當(dāng)填筑土料為砂巖石渣時(shí)，其黏聚力(c')值偏低，當(dāng)填筑土料為泥巖石渣時(shí)，其內(nèi)摩擦角(f')值偏低，總體來(lái)說(shuō)，壩體土之抗剪指標(biāo)偏低。據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274—2001的規(guī)定，壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算宜采用剛體極限平衡法，對(duì)均質(zhì)壩宜采用條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法。壩坡穩(wěn)定計(jì)算普遍采用理正巖土邊坡穩(wěn)定分析軟件進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)壩體土參數(shù)偏低時(shí)，在多種工況下尤其是非常工況下對(duì)壩體穩(wěn)定計(jì)算較為不利。

1.1.2 滲流穩(wěn)定

在滲流安全計(jì)算時(shí)，一般要達(dá)到3個(gè)目的：①確定壩體浸潤(rùn)線在各種工況下的位置和逸出點(diǎn)的高度，為復(fù)核壩坡穩(wěn)定計(jì)算提供必需的資料；②計(jì)算壩體的滲流量；③計(jì)算壩體防滲土滲透坡降J，確定滲流穩(wěn)定性態(tài)。滲流穩(wěn)定計(jì)算所牽涉到的地質(zhì)參數(shù)除壩體土之各項(xiàng)物理指標(biāo)外，還有兩個(gè)重要的地質(zhì)參數(shù)：①壩體土滲透系數(shù)(K)；②壩體土允許滲透比降(JB)。根據(jù)對(duì)自貢地區(qū)壩體土料的多組取樣滲透試驗(yàn)分析，其滲透系數(shù)一般較低，大多數(shù)在10-6~10-4cm/s數(shù)量級(jí)之間，多屬土層弱透水，壩體總體滲漏量一般不大，但由于壩體土級(jí)配不均、壓實(shí)度不夠，因此，反映出來(lái)的現(xiàn)象往往是局部存在滲漏通道，形成局部滲漏，從而影響壩體穩(wěn)定。

對(duì)于壩體是否會(huì)產(chǎn)生滲透破壞的問(wèn)題，允許滲透比降是重要的參數(shù)之一，允許比降JB由臨界比降JC除以安全系數(shù)得到。土體的臨界比降可以通過(guò)原狀土室內(nèi)試驗(yàn)求得，也可以由式(1)近似確定：

式中：ρs：土顆粒的密度；

ρw：水的密度；

n：土體的孔隙率。

由公式(1)求得的JC偏小，大約小于試驗(yàn)值的15%～25%，這主要是因?yàn)樵谠撌街袥](méi)有考慮土的抗剪強(qiáng)度的影響(包括內(nèi)摩擦角和黏聚力兩個(gè)方面)，因此也是偏于安全的。由于回填土密度偏小、孔隙率偏大，自貢地區(qū)壩體土料之臨界比降JC計(jì)算值總體偏小，由此帶來(lái)的允許滲透比降(J允)也偏小，自貢地區(qū)其建議值一般在0.6~0.8之間。當(dāng)壩體計(jì)算滲透坡降J>J允時(shí)，認(rèn)為壩體有產(chǎn)生滲透破壞的可能性。

1.2 條石拱壩

自貢地區(qū)，條石拱壩一般為漿砌條石單拱壩，壩肩位置選擇往往為相對(duì)厚重的山體，所處地層巖性也以砂巖為主。早年間所建條石拱壩，其建壩材料一般就地取材，開(kāi)采附近之砂巖作為砌體條石，條石間采用水泥砂漿勾縫，受建壩材料和砌筑工藝的影響，條石拱壩往往存在以下地質(zhì)病害：

1.2.1 表層風(fēng)化

對(duì)侏羅系紅層地區(qū)而言，其砂巖巖塊一般強(qiáng)度較低(單軸飽和抗壓強(qiáng)度在10~20MPa居多)，抗風(fēng)化能力較弱，因此，將其作為砌體條石，往往壩體表面易受淺層風(fēng)化影響，風(fēng)化厚度不大，一般為0.5~3.0 cm，風(fēng)化層強(qiáng)度低，甚至手可捏碎，現(xiàn)場(chǎng)勘察很多壩體表面出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，形成凹槽或淺坑。隨著時(shí)間的推移，其風(fēng)化影響厚度將越來(lái)越深，危及壩體的安全。另外，條石間勾縫之砂漿抗風(fēng)化能力也很差，受風(fēng)化影響后多呈灰白色外，還伴隨著掉塊或脫落等不良現(xiàn)象。

1.2.2 壩體滲漏

在未出現(xiàn)裂縫的情況下，砌體條石本身的滲漏性并不強(qiáng)，其砂巖條石孔隙率一般多在10%~15%。壩體滲漏通道主要形成在條石與條石之間，原因基本為砂漿充填不飽滿或風(fēng)化開(kāi)裂、脫落，上游庫(kù)水沿裂縫向下滲流所致。另外，由于條石砌筑時(shí)層理平放，當(dāng)石料層理明顯時(shí)，也會(huì)促進(jìn)滲漏。往往在壩體下游坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象甚至線狀流水，縫隙位置植物茂盛，壩面大面積因長(zhǎng)期流水形成鈣化現(xiàn)象。滲漏除直接影響到水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益外，還加速了壩體料石與水的物理化學(xué)反應(yīng)，增加體積力，引起破壞效應(yīng)，降低大壩能力，加速老化，最終可能危及到大壩的安全。

2 地形條件的特點(diǎn)

自貢從地形地貌上看，一般屬淺-中切割丘陵地區(qū)，且以淺切割丘陵地貌為主，相對(duì)高差一般小于50m，其地形地貌主要受巖性及構(gòu)造所控制。山丘呈桌狀、饅頭狀或簸箕狀，砂巖出露丘體其地形坡度一般較陡立，泥巖出露地帶則比較寬緩。根據(jù)構(gòu)造剝蝕地貌的特點(diǎn)，砂巖巖體抗風(fēng)化能力較泥巖強(qiáng)，因此，在山丘中上部往往有出露，形成地區(qū)的正地形；泥巖往往埋藏在山丘中下部，形成地區(qū)的負(fù)地形。

水庫(kù)岸坡物理地質(zhì)現(xiàn)象一般以風(fēng)化剝落和小規(guī)模崩塌為主，常年水位高程附近岸坡伴隨有一定的塌岸現(xiàn)象，再加上沿庫(kù)大多有新近開(kāi)挖出的人工堆積層，因此來(lái)自上游的固體徑流物比較豐富，松散物質(zhì)進(jìn)入庫(kù)內(nèi)，造成一定的庫(kù)區(qū)淤積問(wèn)題。

由于泥巖形成地區(qū)的負(fù)地形，水庫(kù)庫(kù)內(nèi)往往以泥巖巖層為主，其地形相對(duì)比較寬緩，水庫(kù)庫(kù)水一般不深，庫(kù)區(qū)淤積對(duì)庫(kù)容的影響還是顯而易見(jiàn)的。

3 地層條件的特點(diǎn)

綜上所述，由于砂泥巖地層抗風(fēng)化能力較弱，壩基、壩肩及庫(kù)岸巖體往往屬?gòu)?qiáng)~弱風(fēng)化層，其裂隙，尤其是層面裂隙比較發(fā)育。對(duì)于砂巖巖體來(lái)說(shuō)，由于其強(qiáng)度相對(duì)更高、脆性強(qiáng)，更易形成貫通裂隙，形成滲漏通道。因此，在砂泥巖地區(qū)的風(fēng)化層，尤其是砂巖巖體，往往會(huì)形成壩基滲漏、繞壩滲漏的地質(zhì)病害，在附近有低臨谷，山體較為單薄時(shí)，還會(huì)形成一定的庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題?？傮w來(lái)說(shuō)，砂泥巖巖體的滲漏通透性均不強(qiáng)，滲漏均不算嚴(yán)重，可視各水庫(kù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)整治。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上只是以自貢地區(qū)為例，對(duì)小型水庫(kù)的一些常見(jiàn)病害，從地質(zhì)角度進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以自貢地區(qū)的實(shí)例給紅層地區(qū)的水庫(kù)整治提供一些參考建議。其實(shí)，各地區(qū)、各水庫(kù)，其所處條件不同，病害情況也會(huì)相應(yīng)變化，整治措施也不盡相同。對(duì)于小型水庫(kù)的病害整治，應(yīng)以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、踏實(shí)的工作作風(fēng)，做好各項(xiàng)分析復(fù)核工作，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支持和堅(jiān)強(qiáng)保障。

On the red-bed area of small reservoirsof diseases common geological

Gong Dehong

Based onmore than 300mini-Zigong region type and a reservoir ofdisease in second analysis,statistics,lists the red layer of the universality of the geological region of small reservoirs of disease,as the southern Sichuan,northern Sichuan and eastern Sichuan to provide a little reservoir Disease Treatment reference.

small reservoirs;Geologicaldisease;terrain conditions;dammaterial

TV697.3

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1000-8136(2011)26-0066-02