罗坑水库大坝安全鉴定

罗坑水库大坝安全鉴定

1次防渗工程及工程广东省韶关市汉江区罗坑水库位于广东省汉江区西南罗坑市黄竹村官。属于北江支流玄溪上游。水库集水区115km2，洪水站288.93m，水库建筑面积1062.14m3。大坝于1979年冬建成,坝高52.4m(坝底高程240m,坝顶高程292.4m),坝顶长220.0m,260m高程以下为水中填土方法修筑,以上为水力冲填法施工。水库1979年11月开始蓄水。1980年3月满库溢洪时,发现大坝背水坡右侧二级平台之上出现“牛皮胀”,有水渗出,背水坡左边亦有渗水现象。1981年5月～1982年冬,对坝体、坝基以及背水坡右岸坝头至第一条冲沟沟底地段(第一与第二平台之间)进行防渗灌浆处理,工程完工后,上述渗水及牛皮胀现象消失。水库正常运行11a后,到1994年6月16日大坝再度出现险情,先是背水坡右侧反滤体平台出现渗水,17日库水位达285.31m时,背水坡共出现3处牛皮胀及多处集中渗水(图略),以Ⅰ号点最为严重,面积有100m2,渗水量达100L/min。因此,对大坝进行了第二次处理,处理工程主要内容包括:①在背水坡右坝端建一条3.5m深120余米长的反滤暗沟;②对坝体进行劈裂灌浆处理,并对大坝左、右段坝基和右肩作防渗帷幕灌浆处理;③重新安装12条测压管。处理工程完工后,反滤暗沟出口的量水堰流量为6L/s,坝坡牛皮胀、渗水现象消失。但反滤层出口的流量变化不明显,正常水位时,仍高达18L/s(包括来自反滤暗沟6L/s的流量)。此外,还发现当库水位较高时,新安装Ⅰ-4号测压管会出现管口溢水的异常现象,致使水库一直带病运行。为了对罗坑水库进行大坝安全鉴定,并查清大坝反滤层渗流量过大和Ⅰ-4号测压管水位不正常的原因,必须对罗坑水库大坝进行探地雷达检测,并对有关工程技术资料进行分析。经专家评审鉴定,罗坑水库大坝安全鉴定评定为三类坝病险水库。2节理面地层微机械根据水库工程地质勘测报告,坝区属单一的燕山期(Υ23(1))粗粒花岗岩体,局部见后期(Υ24(1))细粒花岗岩成不规则岩墙或构造裂隙侵入。花岗岩按工程地质可划分为全风化、强风化、弱风化、微风化、新鲜基岩五带。全风花层又可分A(表层)、B(中层)、C(下层)3个亚带,厚度分别为0.5～1.0m、5～10m、10～15m,透水性为上弱下强;强风化带节理发育,岩石破碎,沿节理面岩石矿物成分和组织结构等已风化改变原有特点,局部沿节理裂隙面充填粘土等次生物质而构成软弱结构面,大部分无充填次生矿物胶结不良的构造裂隙面,则形成裂隙水露头和绕坝渗漏途径,其厚度在5～10m左右;弱风化带的岩石节理发育程度随埋藏深度有所减弱,一般出露于河谷两岸250～255m高程。由于本区右岸构造和节理发育等关系,右岸坝肩部分风化厚度达25m之多,左岸亦达10m厚;微风化带分布一般在230～250m高程,为一坚硬不透水层基座。本坝区坝土主要以全风化带的B亚带的全风化花岗岩粘土质砂土(亚砂土)筑成。坝区地质构造断裂除竹篙潭至英德罗屋北东40°～50°黄思脑大断层通过右岸外,坝区主要有北东向、东西向,陡倾角,以压扭性为主的小断层20条,其特征见表1。位于坝基左部的F17、F18、F13、F20、F14几条断层走向与坝轴方向斜交,向右延伸,相互切割,节理、裂隙发育,造成此处抗渗能力较为薄弱。尤其是F13断层破碎带胶结不良,延伸较大,容易造成渗漏。右肩节理发育,压水试验资料表明。246～269m高程单位吸水量为0.107L/cm,254～264m高程吸水量为0.0062L/cm,254m高程以下才达到规范要求(小于0.003L/cm),应是防渗的重点坝段。3雷达检测指示3.1u3000加载式偶极子100z天线主机:国产TL-1A探地雷达主机。天线:中国科学院广州地球化学研究所自行研制的加载式偶极子100MHz天线。主要工作参数:①扫描速度:51.2次/秒;②取样数:512samples/scan;③放大方式:线性放大+指数放大;④时窗:394ns、628ns、704ns、773ns、852ns。3.2反射信号的分析发射源通过发射天线向地下发射脉冲电磁波,当电磁波遇到不同点性介质的界面后会发生反射,来自地下不同深度的回波信号则由接受天线所接受,信号经放大后送到计算机进行处理,最后以图像方式实时显示出来,从而通过对图像进行分析就可了解地下的状况。探地雷达由于采用了宽频短脉冲和高采样率技术,所以拥有较高的探测分辨率。3.3坝体防渗工程分析检测时水库水位为282.31m。检测剖面为左坝头至右岸山坡,全长280m,共进行2个来回的测试,每次天线经过的位置稍有不同。经过对所取得的探地雷达图像进行分析,发现大坝有空洞或内部沉陷方面的异常,均主要集中于左、右坝肩处(见表3和图2)。据已有资料综合分析,反滤层18L/s的流量,除去来自坝体的正常渗漏和反滤暗沟6L/s流量外,还有以下3个方面的来源:(1)来自右岸山坡。背水坡右端上部坝体与一冲沟相接,此冲沟是一汇水面积较大区域的地表水和地下水出口(据资料记载,建坝前,此地段242m高程是沼泽地),地表水由右岸的环山人工明沟截除,地下水则流进右侧坝体及以下风化层,然后汇入反滤层。(2)来自坝体右肩部(或右坝头)。据地质勘测资料,右肩部基岩构造裂隙及节理发育,且充填胶结不良,是强渗水地段,建坝时此处的防渗工程可能有不足之处,造成坝基渗漏(但不排除还存在着由于水中冲填法施工,近岸出土壤颗粒较粗,造成此坝段透水性较强的因素)。分析依据为:①第一次(1981～1982年)工程处理时,并没有对来自右岸冲沟的地下水采取有效的拦截措施,仅对坝体、坝基以及右岸灌浆后,就能消除背水坡右侧的“牛皮胀”和渗水现象。由此说明,仅靠来自右岸的地下水,不足以能造成背水坡右侧发生“牛皮胀”和渗水,即只有在坝右段产生较大渗漏的条件下,背水坡右侧“牛皮胀”和渗水才会出现;②1994年6月在背水坡右部出现的3个涌漏点的涌水量随库水位而变化,也说明了“牛皮胀”和渗水点的产生与坝右肩渗漏的关系密切;③按地质资料和第一次灌浆资料分析,右坝肩灌浆深度达到252m高程左右才能取得较好的效果,而第二次的灌浆深度只达到270m高程左右,没有封住渗漏通道。另外,从灌浆工程完工后,Ⅰ、Ⅱ两个渗漏点仍未完全消失来判断,坝右肩渗漏仍然存在(“牛皮胀”和渗水后来消失应是反滤暗沟起的作用);④在探地雷达图像上存在空洞或内部沉陷方向的异常。(3)来自坝体左肩部。坝体左部有数条与坝体斜交的且互相切割的小断层,造成节理发育,形成一抗渗能力较为薄弱坝段,尤其是F13断层垂直坝体,延伸大,胶结不良,是造成坝右肩渗漏的主要原因。分析依据为:①穿入F13断层的Ⅰ-4号和Ⅰ-3号测压管水位比中部测压管高出10m左右;②第二次灌浆处理,布置在F13断层附近的15#灌浆孔的一冒浆点出现140m远的背水坡坡脚;在探地雷达图像上存在空洞或内部沉陷方面的异常。1996年安装的12条测压管,施工单位参照规范进行灵敏度(注水)实验,表明全部满足规范要求,灵敏度良好。此次注水实验所得出的坝体左部和右部测压管(即Ⅰ排和Ⅲ排测压管)水位明显高于中部测压管(Ⅱ排)水位(见图3)的结果,也反映了坝两端存在渗漏可能性。“牛皮胀”和渗水点均产生在建坝前右岸山脊部位(见图4)。其原因可能是此部位风化层较薄或风化程度较小,渗水能力弱,加之右坝肩渗漏量和右岸地下水来量过大,导致排泄不畅而使浸润线抬高至地表。反滤暗沟由于深度仅3.5m,对降低右坝端浸润线及控制该区“牛皮胀”和渗水现象的产生,是有效果的,但不可能疏导较深的地下水。从3.5m身的反滤暗沟却拥有6L/s流量的情况分析,反滤层的水大部分来自坝右部,因为此处的坝体厚度和透水的强风化层厚度共有10余m,大部分的水是经反滤暗沟下面的坝体和风化层流入反滤体的。4老测压管出露入断层Ⅰ-4号测压管管口高程为267.535m,管底高程252.535m,管长15m,按国家有关土坝测压管安装规程和规范安装。此管安装完毕后,发现当库水位升至284m时,管口水满外溢,在平时亦比其它同高程的测压管水位高,在距该点3m左右的老测压管水位比其低5m左右。经查阅建库前《罗坑水库坝址地质图》,证实Ⅰ-4号测压管正位于F13断层上方。为证实测压管底部是否穿入断层,进一步对D13断层在此处的出露高程进行了分析,根据《罗坑水库坝址地质图》、《罗坑水库三坝址第二勘探线工程地质剖面图》等资料计算,证实F13在此处的出露高程为256m左右,而Ⅰ-4号测压管的管底高程为252.535m,因此可确定Ⅰ-4号已穿入或很接近F13断层(见图5)。此外,还发现位于F13断层右侧不远(5m左右)处的Ⅰ-3号测压管,水位也非常高,采取与Ⅰ-4号测压管同样方法分析后,证实其底部也穿入或接近F13断层(见图6)。由此推断,F13断层是造成Ⅰ-4号和Ⅰ-3号测压管水位过高的最主要原因,亦可能是大坝渗漏通道之一。5反滤暗沟保护(1)反滤层流量过大的主要原因:①左、右坝肩存在渗漏,尤以右坝肩渗漏最为严重;②右岸地下水流向坝体。(2)“牛皮胀”和涌漏点均产生在建坝前的山脊部位,其原因是此部位的渗透能力弱,加之坝右肩渗漏严重和右岸地下水来量较大,导致排泄不畅而使浸润线抬高至地表。所建的反滤暗沟起到了将浸润线下引,抑制“牛皮胀”和涌漏点产生的作用。(3)第二次灌浆处理,右坝肩灌浆深度只到达270m高程左右,离渗漏带底部高程还有一段距离,没有封住渗漏通道。按地质资料和第一次灌浆资料分析,右坝肩灌浆深度达到252m高程左右才能取得较好的效果,建议在此处补一次帷幕灌浆处理,深度应达250