羅坑水庫大壩安全鑒定

羅坑水庫大壩安全鑒定

1次防滲工程及工程廣東省韶關市漢江區(qū)羅坑水庫位于廣東省漢江區(qū)西南羅坑市黃竹村官。屬于北江支流玄溪上游。水庫集水區(qū)115km2，洪水站288.93m，水庫建筑面積1062.14m3。大壩于1979年冬建成,壩高52.4m(壩底高程240m,壩頂高程292.4m),壩頂長220.0m,260m高程以下為水中填土方法修筑,以上為水力沖填法施工。水庫1979年11月開始蓄水。1980年3月滿庫溢洪時,發(fā)現(xiàn)大壩背水坡右側二級平臺之上出現(xiàn)“牛皮脹”,有水滲出,背水坡左邊亦有滲水現(xiàn)象。1981年5月～1982年冬,對壩體、壩基以及背水坡右岸壩頭至第一條沖溝溝底地段(第一與第二平臺之間)進行防滲灌漿處理,工程完工后,上述滲水及牛皮脹現(xiàn)象消失。水庫正常運行11a后,到1994年6月16日大壩再度出現(xiàn)險情,先是背水坡右側反濾體平臺出現(xiàn)滲水,17日庫水位達285.31m時,背水坡共出現(xiàn)3處牛皮脹及多處集中滲水(圖略),以Ⅰ號點最為嚴重,面積有100m2,滲水量達100L/min。因此,對大壩進行了第二次處理,處理工程主要內容包括:①在背水坡右壩端建一條3.5m深120余米長的反濾暗溝;②對壩體進行劈裂灌漿處理,并對大壩左、右段壩基和右肩作防滲帷幕灌漿處理;③重新安裝12條測壓管。處理工程完工后,反濾暗溝出口的量水堰流量為6L/s,壩坡牛皮脹、滲水現(xiàn)象消失。但反濾層出口的流量變化不明顯,正常水位時,仍高達18L/s(包括來自反濾暗溝6L/s的流量)。此外,還發(fā)現(xiàn)當庫水位較高時,新安裝Ⅰ-4號測壓管會出現(xiàn)管口溢水的異常現(xiàn)象,致使水庫一直帶病運行。為了對羅坑水庫進行大壩安全鑒定,并查清大壩反濾層滲流量過大和Ⅰ-4號測壓管水位不正常的原因,必須對羅坑水庫大壩進行探地雷達檢測,并對有關工程技術資料進行分析。經(jīng)專家評審鑒定,羅坑水庫大壩安全鑒定評定為三類壩病險水庫。2節(jié)理面地層微機械根據(jù)水庫工程地質勘測報告,壩區(qū)屬單一的燕山期(Υ23(1))粗?；◢弾r體,局部見后期(Υ24(1))細?；◢弾r成不規(guī)則巖墻或構造裂隙侵入?；◢弾r按工程地質可劃分為全風化、強風化、弱風化、微風化、新鮮基巖五帶。全風花層又可分A(表層)、B(中層)、C(下層)3個亞帶,厚度分別為0.5～1.0m、5～10m、10～15m,透水性為上弱下強;強風化帶節(jié)理發(fā)育,巖石破碎,沿節(jié)理面巖石礦物成分和組織結構等已風化改變原有特點,局部沿節(jié)理裂隙面充填粘土等次生物質而構成軟弱結構面,大部分無充填次生礦物膠結不良的構造裂隙面,則形成裂隙水露頭和繞壩滲漏途徑,其厚度在5～10m左右;弱風化帶的巖石節(jié)理發(fā)育程度隨埋藏深度有所減弱,一般出露于河谷兩岸250～255m高程。由于本區(qū)右岸構造和節(jié)理發(fā)育等關系,右岸壩肩部分風化厚度達25m之多,左岸亦達10m厚;微風化帶分布一般在230～250m高程,為一堅硬不透水層基座。本壩區(qū)壩土主要以全風化帶的B亞帶的全風化花崗巖粘土質砂土(亞砂土)筑成。壩區(qū)地質構造斷裂除竹篙潭至英德羅屋北東40°～50°黃思腦大斷層通過右岸外,壩區(qū)主要有北東向、東西向,陡傾角,以壓扭性為主的小斷層20條,其特征見表1。位于壩基左部的F17、F18、F13、F20、F14幾條斷層走向與壩軸方向斜交,向右延伸,相互切割,節(jié)理、裂隙發(fā)育,造成此處抗?jié)B能力較為薄弱。尤其是F13斷層破碎帶膠結不良,延伸較大,容易造成滲漏。右肩節(jié)理發(fā)育,壓水試驗資料表明。246～269m高程單位吸水量為0.107L/cm,254～264m高程吸水量為0.0062L/cm,254m高程以下才達到規(guī)范要求(小于0.003L/cm),應是防滲的重點壩段。3雷達檢測指示3.1u3000加載式偶極子100z天線主機:國產(chǎn)TL-1A探地雷達主機。天線:中國科學院廣州地球化學研究所自行研制的加載式偶極子100MHz天線。主要工作參數(shù):①掃描速度:51.2次/秒;②取樣數(shù):512samples/scan;③放大方式:線性放大+指數(shù)放大;④時窗:394ns、628ns、704ns、773ns、852ns。3.2反射信號的分析發(fā)射源通過發(fā)射天線向地下發(fā)射脈沖電磁波,當電磁波遇到不同點性介質的界面后會發(fā)生反射,來自地下不同深度的回波信號則由接受天線所接受,信號經(jīng)放大后送到計算機進行處理,最后以圖像方式實時顯示出來,從而通過對圖像進行分析就可了解地下的狀況。探地雷達由于采用了寬頻短脈沖和高采樣率技術,所以擁有較高的探測分辨率。3.3壩體防滲工程分析檢測時水庫水位為282.31m。檢測剖面為左壩頭至右岸山坡,全長280m,共進行2個來回的測試,每次天線經(jīng)過的位置稍有不同。經(jīng)過對所取得的探地雷達圖像進行分析,發(fā)現(xiàn)大壩有空洞或內部沉陷方面的異常,均主要集中于左、右壩肩處(見表3和圖2)。據(jù)已有資料綜合分析,反濾層18L/s的流量,除去來自壩體的正常滲漏和反濾暗溝6L/s流量外,還有以下3個方面的來源:(1)來自右岸山坡。背水坡右端上部壩體與一沖溝相接,此沖溝是一匯水面積較大區(qū)域的地表水和地下水出口(據(jù)資料記載,建壩前,此地段242m高程是沼澤地),地表水由右岸的環(huán)山人工明溝截除,地下水則流進右側壩體及以下風化層,然后匯入反濾層。(2)來自壩體右肩部(或右壩頭)。據(jù)地質勘測資料,右肩部基巖構造裂隙及節(jié)理發(fā)育,且充填膠結不良,是強滲水地段,建壩時此處的防滲工程可能有不足之處,造成壩基滲漏(但不排除還存在著由于水中沖填法施工,近岸出土壤顆粒較粗,造成此壩段透水性較強的因素)。分析依據(jù)為:①第一次(1981～1982年)工程處理時,并沒有對來自右岸沖溝的地下水采取有效的攔截措施,僅對壩體、壩基以及右岸灌漿后,就能消除背水坡右側的“牛皮脹”和滲水現(xiàn)象。由此說明,僅靠來自右岸的地下水,不足以能造成背水坡右側發(fā)生“牛皮脹”和滲水,即只有在壩右段產(chǎn)生較大滲漏的條件下,背水坡右側“牛皮脹”和滲水才會出現(xiàn);②1994年6月在背水坡右部出現(xiàn)的3個涌漏點的涌水量隨庫水位而變化,也說明了“牛皮脹”和滲水點的產(chǎn)生與壩右肩滲漏的關系密切;③按地質資料和第一次灌漿資料分析,右壩肩灌漿深度達到252m高程左右才能取得較好的效果,而第二次的灌漿深度只達到270m高程左右,沒有封住滲漏通道。另外,從灌漿工程完工后,Ⅰ、Ⅱ兩個滲漏點仍未完全消失來判斷,壩右肩滲漏仍然存在(“牛皮脹”和滲水后來消失應是反濾暗溝起的作用);④在探地雷達圖像上存在空洞或內部沉陷方向的異常。(3)來自壩體左肩部。壩體左部有數(shù)條與壩體斜交的且互相切割的小斷層,造成節(jié)理發(fā)育,形成一抗?jié)B能力較為薄弱壩段,尤其是F13斷層垂直壩體,延伸大,膠結不良,是造成壩右肩滲漏的主要原因。分析依據(jù)為:①穿入F13斷層的Ⅰ-4號和Ⅰ-3號測壓管水位比中部測壓管高出10m左右;②第二次灌漿處理,布置在F13斷層附近的15#灌漿孔的一冒漿點出現(xiàn)140m遠的背水坡坡腳;在探地雷達圖像上存在空洞或內部沉陷方面的異常。1996年安裝的12條測壓管,施工單位參照規(guī)范進行靈敏度(注水)實驗,表明全部滿足規(guī)范要求,靈敏度良好。此次注水實驗所得出的壩體左部和右部測壓管(即Ⅰ排和Ⅲ排測壓管)水位明顯高于中部測壓管(Ⅱ排)水位(見圖3)的結果,也反映了壩兩端存在滲漏可能性。“牛皮脹”和滲水點均產(chǎn)生在建壩前右岸山脊部位(見圖4)。其原因可能是此部位風化層較薄或風化程度較小,滲水能力弱,加之右壩肩滲漏量和右岸地下水來量過大,導致排泄不暢而使浸潤線抬高至地表。反濾暗溝由于深度僅3.5m,對降低右壩端浸潤線及控制該區(qū)“牛皮脹”和滲水現(xiàn)象的產(chǎn)生,是有效果的,但不可能疏導較深的地下水。從3.5m身的反濾暗溝卻擁有6L/s流量的情況分析,反濾層的水大部分來自壩右部,因為此處的壩體厚度和透水的強風化層厚度共有10余m,大部分的水是經(jīng)反濾暗溝下面的壩體和風化層流入反濾體的。4老測壓管出露入斷層Ⅰ-4號測壓管管口高程為267.535m,管底高程252.535m,管長15m,按國家有關土壩測壓管安裝規(guī)程和規(guī)范安裝。此管安裝完畢后,發(fā)現(xiàn)當庫水位升至284m時,管口水滿外溢,在平時亦比其它同高程的測壓管水位高,在距該點3m左右的老測壓管水位比其低5m左右。經(jīng)查閱建庫前《羅坑水庫壩址地質圖》,證實Ⅰ-4號測壓管正位于F13斷層上方。為證實測壓管底部是否穿入斷層,進一步對D13斷層在此處的出露高程進行了分析,根據(jù)《羅坑水庫壩址地質圖》、《羅坑水庫三壩址第二勘探線工程地質剖面圖》等資料計算,證實F13在此處的出露高程為256m左右,而Ⅰ-4號測壓管的管底高程為252.535m,因此可確定Ⅰ-4號已穿入或很接近F13斷層(見圖5)。此外,還發(fā)現(xiàn)位于F13斷層右側不遠(5m左右)處的Ⅰ-3號測壓管,水位也非常高,采取與Ⅰ-4號測壓管同樣方法分析后,證實其底部也穿入或接近F13斷層(見圖6)。由此推斷,F13斷層是造成Ⅰ-4號和Ⅰ-3號測壓管水位過高的最主要原因,亦可能是大壩滲漏通道之一。5反濾暗溝保護(1)反濾層流量過大的主要原因:①左、右壩肩存在滲漏,尤以右壩肩滲漏最為嚴重;②右岸地下水流向壩體。(2)“牛皮脹”和涌漏點均產(chǎn)生在建壩前的山脊部位,其原因是此部位的滲透能力弱,加之壩右肩滲漏嚴重和右岸地下水來量較大,導致排泄不暢而使浸潤線抬高至地表。所建的反濾暗溝起到了將浸潤線下引,抑制“牛皮脹”和涌漏點產(chǎn)生的作用。(3)第二次灌漿處理,右壩肩灌漿深度只到達270m高程左右,離滲漏帶底部高程還有一段距離,沒有封住滲漏通道。按地質資料和第一次灌漿資料分析,右壩肩灌漿深度達到252m高程左右才能取得較好的效果,建議在此處補一次帷幕灌漿處理,深度應達250