张志远
(中山市水利水电勘测设计咨询有限公司， 广东 中山 528400)
我国水库数量由新中国成立初期348座增加到9.88万座，其中小型水库75%以上建于20世纪50～70年代，坝型以土石坝为主。限于当时经济水平和技术条件，水库大坝建设存在建设标准低、设计方案不尽合理、工程质量差等问题[1]。
许多水库因工程设施长期运行自然老化, 缺乏必要的维护, 造成存在病险问题。加固过程中, 地质勘察工作体现出其重要性和必要性。工程勘察和病险分析作为水库加固工程的前期工作，在整个工程中起着十分重要的作用。良好的工程勘察和病险分析工作往往能大幅提高整体加固工程的效率和降低整体工程的花费[2-3]。
小型土石坝的主要病害类型有渗流破坏(渗漏)、滑坡、裂缝、不均匀沉陷、坝下涵管破坏、地震灾害、液化与洪水漫顶以及其他病害(如波浪破坏,白蚁掘穴)[4-9]。
本文以新庄水库为例，结合工程相关历史资料，采用工程地质测绘、钻探、原位测试、注水试验等综合勘探方法，根据工程勘察结果从库区工程、主坝工程、副坝工程、其他主要建(构)筑物等多方面对水库加固工程进行病险分析，发现主坝迎水面存在贯穿裂缝、背水坡见2处疑似蝼蛄洞、输水涵管有轻微漏水现象等一些问题，进行了室内水质分析实验和现场注水实验对主坝与副坝稳定性做出合理评价。为新庄水库后续加固工程提供指导建议。
新庄水库位于广州市花都区花东镇的铜鼓坑上游，水库集雨面积6.32 km2，总库容608万m3，是一座以防洪、灌溉为主的小型(1)水库。
水库建成于1958年2月，1979年和1996年分别对水库进行过扩建加固，2014年完成达标加固整治。新庄水库属于Ⅳ等水利工程，其主要建筑物级别为4级，次要建筑物为5级，大坝按50年一遇洪水标准设计，500年一遇洪水标准校核。
新庄水库主要建筑物有大坝2座，溢洪道1座，输水涵管1座。具体情况如下：
(1)主坝为碾压均质土坝，坝顶高程约54.87 m，最大坝高17.2 m，坝顶宽5.0 m，坝顶长263.0 m，防浪墙顶高程约55.67 m。迎水坡为混凝土面板护坡，坡比为1∶2.70；
背水坡为草皮护坡，坡比为1∶2.50，在高程47.98 m处设4.50 m宽平台。坝脚设有排水棱体。
(2)副坝为碾压均质土坝，坝顶高程56.55 m，最大坝高8.0 m，坝顶宽3.0 m，坝顶长150.0 m。迎水坡为混凝土面板护坡，坡比为1∶2.75；
背水坡为草皮护坡，坡比为1∶2.50。坝脚设贴坡式反滤层，层顶高程48.58 m。
(3)泄水建筑物为开敞式宽顶堰溢洪道，位于主坝和副坝之间的天然山坳上，总长475.0 m，堰顶高程50.89 m，共宽12.0 m，侧墙为浆砌石结构，底板现浇混凝土，堰前长90 m、宽23 m，在70 m处开始收窄，汇入12 m 宽的陡槽段，陡槽段长270 m。消力池为等宽式，过水断面为矩形，长17 m，宽12 m。
(4)输水建筑物位于主坝坝中偏右，为钢筋混凝土压力圆管，内径0.6 m，最大输水流量4.94 m3/s。灌区有东、西两干渠，全长6.6 km。
本次为初步设计阶段工程地质勘察，为了确保水库大坝的安全运行，主要目的是为坝体稳定计算与渗透分析、安全加固设计与施工提供真实、可靠的地质资料。
2.1 工程勘察技术要求
出于对工作精度的考量，同时也为了避免资源的浪费，在勘察工作开始前，设立了以下技术要求：
(1)工程地质测绘。测绘范围为整个库区，着重对坝址区域及周边影响水库运行的不良地质现象及成因类型、地形地貌等进行充分的地质踏勘、调绘。
(2)布孔要求。该水库布孔按照设计要求进行布置，该水库于主坝布置5个钻孔，副坝布置3个钻孔，合计8个钻孔。
(3)孔深要求。孔深应到达坝基以下≥5 m，若深度范围内遇基岩，应钻入基岩≤5 m。
(4)试验要求。对原状土样做常规试验项目；
对砂层、卵石层应进行颗粒分析；
对黏性土进行土常规试验；
对水样做简分析试验；
标准贯入试验在所有勘探孔中进行。
2.2 工程勘察方法
本次勘察工作采用了工程地质测绘、钻探、原位测试、注水试验等综合勘探方法。具体如下：
(1) 测量。勘探点实地位置是根据总平面图及勘探点平面布置图，采用GPS-RTK结合实际地物进行测设孔位及测定孔口标高。
(2) 钻探。野外作业计划动用钻机1台，完成钻孔8个并采用泥浆护壁干钻投球取芯法工艺，满足各岩土层的描述要求，确保分层的准确性。
(3) 原位测试。包括动探和标贯，标贯试验主要在中细砂层、粉质黏土层中进行，标贯试验均采用自动落锤装置，在测试中严格遵循操作规程，确保测试数据的准确性。
(4)注水试验。试验前进行地下水位观测，观测时间间隔不少于5 min；
试段长度不大于5 m，同一试段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩土层。
(5) 取土试样。采用薄壁取土器、厚壁取土器，等取出各种土样；
扰动土样直接取自岩芯管和标贯器；
岩样直接取自岩芯管。
(6) 取水。水样取自钻孔内，在钻孔水位静置24 h后于钻孔内直接采取地下水样。水样采取后立即封好瓶口，贴好标签，及时送回化验室。
(7) 水位观测。钻探施工时先采用无水干钻钻进，钻至见到地下水位后，观测初见水位；
在钻孔施工结束后，静置24 h后量测钻孔内混合静止水位，各水位量测记录于相应的钻探班报表。
2.3 工程勘察具体任务
本次勘察工作的主要任务为：
(1)查明工程区域的工程地质与水文地质条件，提供有关岩土物理力学性质参数。
(2)调查坝体渗漏、开裂、沉陷、滑坡以及其他不良地质现象和隐患的分布位置、范围、特征及处理情况与效果。
(3)调查坝基、岸坡水文地质和工程地质条件，重点是调查坝基、坝肩渗漏情况，并对原防渗效果及渗透稳定性进行初步评价。
(4)调查溢洪道水文地质和工程地质条件，评价其稳定状况。
(5)调查水库水文地质和工程地质条件，初步评价其渗漏、淤积及稳定状况
3.1 库区工程
库区位于丘陵地貌区，主要成因为构造剥蚀，库区整体呈靴形，南北最大长约2.0 km，最大宽约0.6 km，库区周边均为剥蚀山体，山势低矮，植被发育。
根据现场工程地质调查，从以下3个方面对库区工程进行病险分析及评价：
(1)库区渗漏问题。库区内基岩大部分为燕山期花岗岩，未发现通往库外的大断裂，不存在向库外的渗水通道。
(2)库岸稳定性问题。库区范围内为剥蚀残丘地貌，山势低矮，岸坡一般较平缓，表面植被较发育，覆盖层为残坡积土层，局部见基岩出露。库区内未见大的滑坡、崩塌等不良地质现象，库底基岩稳固，总体上库岸基本稳定。
(3)库区淤积问题。经现场地质调查，该水库库区周围为丘陵地貌，地形较平缓，岸坡植被覆盖良好，上游及库区径流来源很少，水库淤积情况不明显。
3.2 主坝工程
主坝位于库区南部，坝址区属山间垭口冲洪积地貌区，两侧坝肩山体低矮，地形均呈缓坡状向上抬升，植被发育，坝顶地面高程约54.85 m(珠江高程基准)。
3.2.1 主坝工程病险分析
该主坝坝体位移观测设施和渗流监测设施齐全，但个别渗流观测管存在堵塞现象；
主坝迎水面混凝土面板存在大量贯穿裂缝，分缝处填缝泡沫板老化破损严重，混凝土面板存在老化，且有不均匀沉降现象，个别沉降差最大达5 cm；
背水坡为草皮护坡，长势较好，现场检查整体覆盖完好；
下游反滤排水棱体设置完好，无破损、沉降现象；
坡脚排水沟结构完好，无积水现象。
3.2.2 主坝工程评价
本次主坝工程评价主要通过室内水质分析实验和现场注水实验两个实验得出区域水体的腐蚀性和坝填土的渗透性，再综合结果对主坝工程稳定性进行评价。
主坝坝址区水体的腐蚀性：主坝坝址区地下水对混凝土无腐蚀性，在干湿交替情况下对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性，环境水腐蚀性数据及结果详见表1。
坝填土的渗透性：本次坝填土做注水试验共计16次，渗透系数最小值1.04×10-5cm/s，最大值5.87×10-4cm/s，平均值1.57×10-4cm/s，大值平均值3.82×10-4cm/s由试验成果可知，坝填土渗透性离散性较大，密实度不均。具体实验结果见表2。
表1 主坝区环境水腐蚀性评价
表2 主坝坝填土钻孔注水试验成果统计
根据本次勘察前期设计提供资料，主坝中心线靠上游1.30 m存在300 mm厚塑性混凝土防渗墙。但根据现场工程地质调绘，主坝下游排水沟无积水，且坝体浸润线在坝顶处向下游出现陡降，说明该坝体防渗墙效果较好。
3.3 副坝工程
副坝位于库区西部，坝址区属山间垭口冲洪积地貌区，两侧坝肩山势低矮，地形呈缓坡状向上抬升，植被发育，坝顶地面高程约56.53 m(珠江高程基准)。
3.3.1 副坝工程病险分析
副坝坝体迎水面混凝土面板存在大量裂缝，混凝土面板存在老化，且有不均匀沉降现象，别沉降差最大达3 cm，面板排水孔孔口设置朝上，不利于排水；
背水坡为草皮护坡，长势较好，现场检查整体覆盖完好，但右坝肩处排水沟附近土质裸露，易受雨水冲刷，应注意修复；
下游贴坡排水体上部见2处疑似蝼蛄洞，应注意消杀；
下游贴坡式反滤排水体设置完好，无破损、沉降现象；
反滤层上部排水沟排水不畅，有积水现象；
坡脚排水沟结构完好，无积水。
3.3.2 副坝工程评价
本次副坝工程评价主要通过室内水质分析实验和现场注水实验两个实验得出区域水体的腐蚀性和坝填土的渗透性，再综合结果对副坝工程稳定性进行评价。
副坝坝址区地下水对混凝土无腐蚀性，在干湿交替情况下对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。具体情况见表3。
表3 副坝区环境水腐蚀性评价表
本次副坝坝填土做注水试验共计4次，渗透系数最小值7.43×10-5cm/s，最大值7.35×10-4cm/s，平均值4.67×10-4cm/s，大值平均值7.15×10-4cm/s。由试验成果可知，坝填土普遍呈中等透水性，副坝坝体没有渗漏风险。具体数据见表具体数据见表4。
表4 副坝坝填土钻孔注水试验成果统计
本工程对保障水库下游防洪安全、灌溉具有积极的作用，同时对类似水库加固工程也有一定的指导意义。通过工程勘察和病险分析得到下列结论：库区未发现通往库外的大断裂，不存在向库外的渗水通道；
场地内水库水对混凝土无腐蚀性；
主坝迎水面混凝土面板存在大量贯穿裂缝，需要一定程度的监控；
背水坡局部土质裸露，建议修复，背水坡见2处疑似蝼蛄洞，应注意消杀；
溢洪道底板混凝土存在裂缝，建议修复；
输水涵管出口管下部有轻微漏水现象，应采取防渗措施；
管理房地基条件良好，整体现状完好。
本次勘察为初步设计阶段勘察，由于勘察阶段的时间限制，导致勘测得到的实际工况有限，需要充分重视已有的资料分析才能较为全面地提供各种地质参数。
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