德宏州中小型病险水库通病(蚌相水库)探析

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摘要：针对德宏州内中小型病险水库的通病，以蚌相水库为例，具体分析了病害产生的原因，提出对病险水库的加固处理措施。

关键词：病险水库、病害案例分析

德宏州地处云南西部，高黎贡山西南麓，属滇西峡谷区，地理坐标：北纬23°51′～25°21′、东经97°32′～98°44′。全州境内共有大小水库几十座，其中大多数水库均建于上世纪六、七十年代，且当时多靠人力和简单机械配合的方式修建而成，或多或少存在着勘测设计不周及施工缺陷的问题，水库运行至今，多已成为病险水库，不得不限制在低水位运行，使工程不能发挥应有的效益。针对近些年来对德宏州内病险水库的安全鉴定工作，多数水库均位于上第三系松砂砾土地层上，且多存在以下通病：

（1）坝体渗漏：表现在背水坡出现集中渗水，和出现不同程度的散浸现象以及左右坝肩结合部出现绕渗等。

（2）开裂：表现在上、下游坝坡出现不同程度的拉张裂缝，裂缝宽度和长度，大小不一。

（3）变形：表现在上、下游坝坡出现明显凹陷现象；局部因渗流作用致使坝体塌陷，形成塌坑。

（4）清基不彻底：坝基局部存在有软弱和松散土层，两岸坝体与山体结合部仍分布有第四系松散地层，存在坝基渗漏和绕坝渗漏。

（5）渗流稳定：德宏州内大多数小型水库均座落于上第三系松散地层之上，不同程度存在渗透变形破坏。

针对以上中小型水库的通病情况，现以德宏州内较为特殊且具代表性的唯一的一座水力冲填坝，潞西市蚌相水库加以具体分析其通病及其原因。

蚌相水库位于德宏州潞西盆地芒市大河西岸二级阶地边缘的残丘地带，距芒市约7公里，库区地形西高东低，相对高差30～40米，库盆不开阔，由一残丘凹地和两岔冲沟组成，主坝址河谷宽约180米，右岸坡度约20度左右，左岸坡度为40度左右。（详见坝址区地质图）

蚌相水库枢纽工程由主坝和左、右二个付坝组成，水库大坝由坝体中部的水力冲填体及碾压式坝壳填筑而成，大坝坝顶高程928.0米，主坝坝高30米，坝顶宽4.0米；右付坝坝高18米，坝顶宽3.5米；左付坝坝高20米，坝顶宽3.2米。

附图坝址区地质图

1.坝体病害特征及病险分析

1.1病害情况

（1）渗漏：主坝在925m高程以下，背水坡出现渗水，在正常蓄水位的情况下棱体上部的渗漏量为12.20L/S，坝面可估测的的渗漏量为22.20L/S，共计34.40L/S；左付坝在正常蓄水位的情况下,在917.23～923.49高程之间，背水坡出现渗水，坝面在正常蓄水位时可量测的的渗漏量为36.4L/S；右付坝在正常蓄水位的情况下,在921.65m高程以下，背水坡出现不同程度的散浸现象。

（2）开裂：主坝下游坝坡在闸门房后出现一不规则拉张裂缝，宽2cm，呈北东―南东折向延伸，长约50m。

（3）变形：主坝在下游坝坡坝顶附近已出现明显凹陷现象；左付坝1997年6月在922m～923m之间发生坝体塌陷，形成塌坑，面积4.9m2，深4.2m，体积20.58m3，迎水坡的块石护坡在925.3m以上出现长约40m，宽约7m的坍塌区。

1.2病险分析

（1）主坝：蚌相水库主坝分为坝体中部水力冲填区和坝壳碾压区，水力冲填区土料相对均一，标贯击数8.1～6.6击,松散～稍密。坝壳碾压区由于土料取自不同料区，局部含花岗岩、紫红色砂岩碎块强风化物，施工时碾压质量差，存在明显差异，分层明显，结合性差。标贯锤击数4.6～16.2击，松散～密实。大坝总体压实度为0.795～0.916，低于规范0.95～0.97的要求。属中偏高压缩性土。据钻孔注水试验资料：坝体渗透系数为5.56×10-3～5.17×10-6cm/s，室内土工试验渗透系数为1.15×10-4～4.23×10-3 cm/s，其中自坝顶下7.50～17.50米范围内存在有强透水段，注水试验渗透系数为1.58×10-3～5.17×10-3cm/s。与水库运行第二年（1991年）主坝在925.00米高程以下，背水坡出现渗水相吻合。由于坝体渗透性偏大，浸润线升高致使土体力学性能降低及坝体碾压差异性造成的不均匀沉陷，坝体下游闸门房后出现一不规则拉张裂缝，宽2厘米，呈北东―南东折向延伸，长约50米。

（2）左付坝：坝体分为中部水力冲填区和坝壳碾压区，坝体密实程度较差，结构松散，标贯击数4.6～7.3击，坝壳碾压区由于土取自不同料区，层间夹有含泥花岗岩、紫红色砂岩碎块强风化物，施工时碾压质量差，存在明显差异，分层明显，结合性差。与坝基接合部，由于施工时回填有腐植土，在水的长期作用下，部份已淤泥化，对坝体稳定性影响极大。经取原状样分析，压实度为0.942～0.974，部份低于规范0.95～0.97的要求。属中偏高压缩性土。坝体土料中含有花岗岩、砂岩风化物，据室内颗分试验资料：砂粒组平均含量41.2％，粉粒组平均含量30.7％，粘粒组平均含量28.1％。从钻孔岩芯分析，土体较松散。压实质量较差。据钻孔注水试验资料：坝体渗透系数为3.28×10-2～8.71×10-5 cm/s，其中坝体与左肩结合部由于施工时处理不当，清基不彻底，存在集中渗漏带，在库水压力作用下，形成流土破坏变形。根据历年的观测结果，坝面在正常蓄水位时可量测的的渗漏量为36.4L/S。致使1997年6月在922米至923米之间发生坝体塌陷，形成塌坑，面积4.9平方米，体积20.58立方米。

主坝体、坝基工程地质剖面图

（3）右付坝：坝体分为中部水力冲填区和坝壳碾压区，坝体密实程度差，呈松散～稍密状，标贯击数5.5～9.7击，坝壳碾压区由于土取自不同料区，局部夹薄层含泥花岗岩、紫红色砂岩强风化物碎块，施工时碾压质量差，存在明显差异，分层明显，结合性差。压实度为0.79～0.95，属中偏高压缩性土，坝体渗透系数为4.7331×10-4～1.4087×10-3 cm/s。因而在正常蓄水位的情况下,在921.65m高程以下，背水坡出现了不同程度的散浸现象。（主坝体、坝基工程地质剖面图见附图）

2、坝基工程地质问题分析

2.1坝基工程地质条件

（1）主坝

主坝清基不彻底，原河床部位虽已清除第四系松散地层，但仍存在有0～2.0m厚第三系粘土岩透镜体，该层为灰、灰黑色，薄层粉砂质粘土。硬塑状，属坝基中软弱结构体。对坝基抗滑稳定不利。

主坝岩性为上第三系砂砾岩，主要为含泥花岗岩、粉细砂岩全风化物，呈砂砾土状，厚度较大，结构松散～密实。下段局部夹有弱风化花岗岩、砂岩、石英岩等次棱状卵石、块石。透水率为15.47Lu～52.37Lu,平均29.33Lu，具中等透水性。

坝基地层为上第三系砂砾土，液限指数均小于0.75，粘粒含量大于18％，不存在地震液化问题。

左坝肩山体宽厚，下游无横向冲沟存在，自然地形坡度20～40°，岸坡稳定性好，无大的不良物理地质现象。岩性为上第三系砂砾岩全风化砂土层。结构松散～中密，N63.5标贯值6～8击，具中等透水性，钻孔压水试验透水率最大为52.37Lu，最小为25.76Lu。粘土岩呈透镜状夹于砂砾土中，遇水易软化，为软弱夹层。

右坝肩山体圆滑平缓，较左坝肩山体约低8m，山体略显单薄，山坡平缓，自然地形坡度15～30°，为砂性土边坡，岸坡稳定性好，无不良物理地质现象。岩性为上第三系砂砾土，结构松散～密实，N63.5标贯值9.8～21.0击，透水率最大为33.32Lu，最小为20.88Lu，室内试验渗透系数为3.45×10-4～5.03×10-4 cm/s。属中等到透水地层。

（2）左付坝：左付坝无防渗齿墙，清基不彻底，两岸坝体与山体结合部仍分布有第四系松散地层，厚0～1.2m，大坝下游出露有上第三系粘土岩透镜体，厚度1.4m，可～硬塑状，属坝基中软弱土层。对坝基抗滑稳定极为不利。

坝基基础为上第三系全风化砂砾岩，主要为含泥花岗岩、粉细砂岩的全风化物，呈砂砾土状，结构松散～密实。局部夹有弱风化花岗岩、砂岩、石英岩等次棱状卵石、块石。

左坝肩山体单薄，下游有一横向深切冲沟存在，谷底高程915.57m。山体自然地形坡度20～30°，岸坡稳定性好，无大的不良物理地质现象。地表为第四系残坡积红粘土，厚约1.5～3m，稍密，具中等～弱透水；下伏为上第三系砂砾土夹粘土岩。为含泥花岗岩、砂岩强风化物，结构松散～中密，中等～强透水性，钻孔压水试验透水率最大为35.90Lu，最小为4.61Lu，土样室内渗透试验渗透系数为1.01×10-4 cm/s。

右坝肩山顶圆滑，较左坝肩山体低，山体相对宽厚，岸坡较左坝肩略陡，自然地形坡度30～40°，为砂性土边坡，岸坡稳定性好，无不良物理地质现象存在。地表出露有：第四系残坡积红粘土，厚2～3m，稍密，弱～中等透水。下伏为上第三系砂砾土，结构松散～密实，透水率最大为23.23Lu，最小为0.77Lu，属中等透水地层。

（3）右付坝：大坝上游设有一防渗齿墙，大坝基础为上第三系砂砾土，主要为含泥花岗岩，粉细砂岩的全风化物，呈砂砾土状，结构松散～密实。下部夹有粘土层，灰黑色，可塑～硬塑状，属坝基中软弱夹层。对坝基抗滑稳定有一定影响。

左坝肩山体圆滑平缓，较右坝肩山体略低，山体单薄，岸坡平缓，自然地形坡度15～20°，为砂性土边坡，岸坡稳定性好，无不良物理地质现象存在。岩性为上第三系砂砾土，结构松散～密实,属中等透水地层。

右坝肩为一凸出平缓山脊，较左坝肩山体高，山体单薄，山坡较左坝肩略陡，自然地形坡度约30°，为砂性土边坡，岸坡稳定性好，无不良物理地质现象存在。岩性为上第三系砂砾土，结构松散～密实，属中等到透水地层。

岩（土）物理力学性质指标统计成果表

（1）主坝

水库坝基地层主要为上第三系砂砾土、含泥砂土层，坝基清基不彻底，局部为第三系未成岩全风化含泥砂土，偶夹粉砂质，结构稍密，透水性弱～中等。下卧上第三系未成岩砂砾岩，全风化成砂砾土状，具中等透水性，存在坝基渗漏问题。

由于坝基砂砾土、含泥质砂土的存在，为坝基产生管涌、流土渗透变形破坏提供了必要条件，根据蚌相水库与麻栗坝水库均处于第三、第四系地层上，坝基出露地层相近似，按工程类比法，蚌相水库砂砾土为管涌型土，安全系数取1.5，允许比降0.23，；坝体粘性岩土为流土型土，安全系数取2～3，允许比降1.0。主坝正常高蓄水比降为0.344，坝基比降为0.296，因此不存在坝体流土破坏，但存在坝基管涌破坏问题。

左坝肩，山体宽厚，坡度略陡，最大约40°，斜坡表层为第四系残坡积粉砂质粘土覆盖，厚度相对略大，3～8米，透水性弱～中等，虽可起到一定的天然防渗作用，但该处下部为透水性中等的上第三系砂砾土，且地形坡度陡，因此仍存在一定的绕坝渗漏问题。

右坝肩，山体单薄，地下水分水岭低，坡度平缓，第四系覆盖层薄，由于筑坝时已取走部份红土，下游山坡大面积出露有第三系全风化砂砾土，这为绕坝渗漏的产生提供了条件。

（2）左付坝

左付坝坝基地层主要为上第三系砂砾土、含泥砂土。从大坝各钻孔资料分析，坝基清基不彻底，坝体下游位于上第三系含泥砂土层上，其局部夹粉砂质，结构松散～稍密，透水性弱～中等。下卧上第三系未成岩砂砾岩，全风化成土状，具中等透水性，存在坝基渗漏问题。

由于坝基砂砾土、含泥砂土的存在，为坝基产生管涌、流土渗透变形破坏提供了必要条件，根据蚌相水库与麻栗坝水库均处于第三、第四系地层上，坝基出露地层相近似，按工程类比法，蚌相水库砂砾岩土为管涌型土，安全系数取1.5，允许比降0.23，；粘性岩土为流土型土，安全系数取2～3，允许比降1.0。左付坝正常高蓄水比降为0.332，坝基比降为0.158，坝体不存在流土破坏问题，但坝肩接合部存在管涌破坏问题。

左坝肩，山体为一突出山脊，较为单薄，地下分水岭单薄且低，坡度略显平缓，最大约30°，斜坡表层为第四系残坡积粉砂质粘土覆盖，厚度薄，约1～2米，透水性弱～中等。斜坡与坝体接合部清基不彻底，存在第四系松散地层，岩性为红黄色粉质粘土，局部含褐色细砂岩及黄灰色花岗岩强风化物，厚1.2米，下部为透水性中等的第三系全风化为砂土状的砂砾岩，形成了坝肩集中渗漏和绕坝渗漏。

右坝肩，山体略为宽厚，坡度约20～35°，第四系覆盖层薄，山坡表面局部出露有第三系砂砾土，这为绕坝渗漏的产生提供了条件。

结合坝下游沼泽区的存在及左、右岸山体在河谷底部有明显渗水现象，说明左付坝存在严重坝基渗漏和绕坝渗漏问题。

（3）右付坝

右付坝坝基地层主要为第三系全风化未成岩砂砾岩土、含泥砂土。从大坝钻孔资料分析，坝基清基彻底，基础为第三系未成岩砂砾岩，全风化成土状，下部夹有含有泥砂土层，具中等透水性，因而存在坝基渗漏问题。

左坝肩，山体单薄，地下水分水岭低，坡度平缓，第四系覆盖层薄，由于筑坝时已取走部份红粘土，下游山坡出露有第三系砂砾土，这为绕坝渗漏的产生提供了条件。

右坝肩为一凸出平缓山脊，山体单薄，山坡较左坝肩略陡，自然地形坡度约30度，地表出露有：第四系残坡积红粘土，厚3～5米，稍密，弱～中等透水。下卧第三系砂砾土，该层土体结构松散～密实，属中等到透水地层。

右岸第四系红粘土覆盖层稍厚，可起到一定的天然防渗作用，下卧有第三系透水性中等的砂砾土层，存在绕坝渗漏的地质的条件。

3.渗流稳定

大坝存在较为严重的坝体、坝基渗漏，渗漏量随库水位的升高而增大，坝后排水棱体堵塞，部分失效，浸润线位置升高，由于有相对强透水带的存在及土料的分区性，进一步可发展为连续的软化带从而导致坝体渗漏水严重、坝体土料变形量大甚至出现坝坡产生滑动。大坝渗流状态不安全。

4.渗漏对大坝的危害

根据勘探情况，主坝棱体堵塞，部分失效；左副坝棱体全部失效。致使坝体浸润线升高，造成大面积散浸，说明坝体存在层间渗漏，并导致坝体土的强度降低，对坝坡稳定影响极大。

通过对建坝后的渗漏资料分析和本次的现场检查情况的分析，坝后散浸面积随库水位的升高而增加，并且坝后出逸点呈上升趋势。由于长期渗漏水流的浸泡，土料力学指标逐年衰减，并在渗透力的作用下，坝坡的抗滑稳定性显著下降，最终将危及大坝安全。

5、病险水库通病病因分析

通过对蚌相水库工程主、付坝病险实例的论述，可总结出德宏州中小型病险水库通病产生的主要原因：

（1）过去多采用“大兵团”式民工施工，施工机械少，坝体压实质量差，土料分层明显，且为保证工期，创高产，导致施工质量失控或无控，从而造成坝体渗、变形、开裂等病害，最终使得浸润线升高，大坝土体物理力学性能降低，危及坝体的抗滑稳定。

（2）无勘察资料，两岸坝肩结合部位和坝基清基不彻底，存在有松散地层和软弱夹层，因而产生坝肩绕坝渗漏和坝基渗漏，并形成坝体变形、开裂等。

（3）勘测设计不周和投资有限，水库设计当初均未采取有效工程防渗措施，坝体和坝基渗漏量大，致使渗流不稳定，影响大坝运行安全。

6、病险水库加固处理措施

针对德宏州内中小型病险水库的通病，一般采用以下几种方式进行加固处理：

（1）进行整体防渗处理，包括坝体、坝基、坝肩作防渗处理，建立完整的有效防渗体系。其中防渗体主要采用混凝土防渗墙、高压旋喷、摆喷防渗墙、帷幕灌浆等处理方式，通过近几年来德宏州内病险水库的除险加固实例，坝体、坝基防渗尤以混凝土防渗墙、高压旋喷、摆喷防渗墙效果较为显著，典型的有芒市的芒别水库（高压摆喷防渗墙，效果良好）、陇川的红卫水库（混凝土防渗墙，效果最好）。蚌相水库因资金原因，采用帷幕灌浆处理，效果一般。

（2）疏通或翻修排水棱体，有效的降低坝体浸润线高度。

参考文献：

（1）白永年、吴士宁、王洪恩等《土石坝加固》水利电力出版社

（2）《水利水电工程地质手册》水利电力出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。