黄壁庄水库副坝塌坑原因分析.doc

黄壁庄水库副坝塌坑原因分析【摘要】黄壁庄水库副坝地基地质条件比较复杂，卵石层 下部与基岩顶部有集中渗漏带；大理岩岩溶发育，存在渗漏 通道副坝防渗墙施工过程中施工工艺与地质条件不相适 应，导致造孔至集中漏失层或基岩面时孔内浆液急剧严重漏 失，致使部分孔壁失稳、塌落、脱空，形成坝体沉陷或塌坝关键词】地质条件；岩溶；渗漏通道；塌坑1工程概况黄壁庄水库副坝位于漳沱河右岸，由东向西跨越古贤三 沟、古运粮河、及永乐沟，全长6907. 3m,坝顶高程129. 2m, 是黄壁庄水库建筑物中存在问题最多、最严重、危险性最大 的一座建筑物，坝基下伏基岩以上均为第四系地层，岩性以 卵石层为主，分布厚度较大（厚15〜20m）自1999年10月至2002年11月，在副坝混凝土防渗墙 施工中先后共发生了 6次塌坑险情塌坑均发生在桩号 4+026. 70m〜4+360. 00m之间，长度约330m的范围内历次 塌坑简况见表lo表1历次塌坑简况一览表2坍塌段地质条件通过对坝体质量检查，副坝施工为水中倒土填筑坝 体，部分质量达不到设计要求，存在冻土、废土等不合格土根据地质勘察得知，副坝修建在源沱河古河床上，主 要地层有人工填筑坝体土、壤土、砂性土、砾质土及基岩。

由于古河床宽阔，受过水大小、河床摆动影响，局部地段地 层缺失、厚度不同、沉积颗粒变化较大等，造成地层、岩性、 构造等局部地段地质条件复杂卵砾石渗透性差别较大，其渗透系数可相差数倍土 层、砂层中夹有细砂、砂壤土透镜体，存在软塑状土、松散 状砂，较为薄弱，稳定性差大理岩属碳酸盐类，受地下水侵蚀，溶蚀现象发育， 勘探中多处发现有溶蚀裂隙、溶洞等，部分溶蚀裂隙、溶洞 充填有含碎石红粘土；大理岩夹千枚岩岩面部位多见全风化 岩或断续分布的碎石粘土层上述疏松的填充物和软弱的风 化岩，在高水头等外力作用下，内部结构极易发生变化，形 成局部连通较好的渗漏通道3坍塌前后地层对比⑴塌坑以外受影响范围的岩性层位没有变化，塌坑内近 边缘的孔层位也没有变化；近塌坑中心的孔上部砂层的顶面 下沉明显，在塌槽部位呈漏斗状，塌落深度达5. 7〜15. 3m 坍塌及扰动发生在卵石层以上的砂层和坝基、坝体土中⑵卵石层顶面多较平缓，仅IV76+1槽位塌坝中心孔卵石 层顶面低约1〜4m,上部0.5m范围混杂泥状壤土，分析是该 部位卵石层顶部受到扰动其它段卵石层均无扰动和混入其 它成分的痕迹，层位稳定⑶含碎石粘土层在基岩面以上断续分布，坍塌后勘探证 实局部段顶面平缓，未受扰动。

仅IV76+1槽位塌坝段近塌坑 中心范围该层见有软土层和疏松带，为施工扰动地带，由于 上部卵石层层位稳定，因此认为该软土层为施工期长时间浸 泡、漏浆破坏所致，与上部坍塌无关⑷与初设阶段的钻孔对比认为，基岩面没有发生坍塌变 化4塌坑原因分析根据坍塌段大量的勘探、试验、施工资料，截至IV76+1 槽（6#）塌坝，随着工程的进展，塌坑的不断出现，地质情 况的不断揭示，对地层地质条件认识的不断深化，对塌坑原 因的认识也不断加深，并趋于统一⑴复杂的地质条件是塌坑的主要原因地基基岩岩溶发育该段基岩以大理岩为主，大理岩与千枚岩为辅若以K6 钻孔（桩号A4+088. 7,防渗墙下游22. 5m） NE50方向为中 心，则6#塌坝大理岩分布于上游侧，大理岩与千枚岩互层在 下游侧小范围分布大理岩表层溶蚀现象严重，并有溶洞或 为较大的溶蚀裂隙发育根据地质资料统计，在塌坝段进入 岩层的56个钻孔中，发现溶洞的孔数为总孔数的28.57%, 钻孔岩溶线性发育率4. 6%,表明该段属岩溶发育地段从岩 溶发育条件分析，副坝建在源沱河古河床地段，古水文网条 件复杂，有利于岩溶发育，尤其是沿岩体表层的地质构造面 和层面易形成岩溶。

水文地质试验资料表明，溶洞或溶蚀裂隙贯通性差，有 一定封闭性，分布高程不等，局部连通较好防渗墙施工中, 若槽孔段与其连通性强且具一定规模的溶洞裂隙连通，会突 发漏浆，引起坍塌地层存在强渗漏通道钻孔资料揭示：大理岩表层强风化，溶蚀现象严重据 统计，25%溶洞顶板在基岩下Im处；千枚岩浅层大部分为全 风化；卵石层局部松散或架空；T5 （防渗墙下游12m）物探 孔测得最大渗透流速143m/d,水样为泥汤，直接来自施工泥 浆；K5、K8、K10 （IV76+1槽下游2. 9m）钻孔溶洞中发现防 渗墙施工堵漏材料；几次塌坑均是施工造孔深入基岩接触带 等部位，突发严重漏浆以上地质和物探揭示的情况与施工 中严重漏浆并引起塌坑的现象表明：卵石层、卵石层与基岩 接触带、含碎石粘土层与基岩接触带及岩溶发育的基岩部分 存在强渗漏通道，造成防渗墙施工中易发生严重漏浆，致使 砂层及土层细颗粒大量塌落形成脱空，是几次塌坑的主要原 因含碎石粘土层施工中漏浆较为少见，而IV76+1槽位塌坝 段施工中该层位漏浆较为严重，勘探中多见漏浆现象推测 在该范围内碎石粘土层下部疏松，而基岩顶部溶蚀或裂隙发 育，并在一定范围内形成渗漏通道，造成含碎石粘土层局部 漏浆，并逐渐扩大破坏范围，形成一定范围的软土。

施工资 料反映，在碎石粘土层与基岩接触带漏浆过程中，反复漏浆 的位置会随着堵漏向上发展，说明集中渗漏对碎石粘土层的 破坏存在易失稳地层塌坑段的地层结构从上至下依次为坝体土、坝基土、砂 层、卵石层、含碎石粘土层和基岩坝体及坝基壤土和砂层 为薄弱地层：坝体土和坝基土质量不均，局部软弱，长时间 浆液析水浸泡会发生抗剪强度降低、性能恶化、孔壁失稳的 问题；砂层层厚在20m左右，多呈稍密〜中密状态，局部呈 疏松状态，稳定性较差，在固壁浆液流失后易造成孔壁失稳 发生坍塌；勘探表明，卵石层在塌坑后层位基本上没有变化, 流失的地层主要是卵石层上部的砂层和土层合拢段水流流态恶化6#塌坝段为防渗墙合拢口，过水断面缩窄，地下水流速 加大，恶化了水文、地质条件防渗墙造槽施工中，遇强渗 漏通道，槽孔内严重漏浆，将失稳层细颗粒及部分槽壁坍塌 物快速带走，常规的堵漏方法不奏效，成为本工程规模最大 的塌坑⑵施工工艺与复杂地质条件不完全适应是外因防渗墙施工采用冲击钻造孔成槽的施工工艺在施工 过程中持续强烈的震动，使原本已固结的地层遭到破坏，宜 引发槽孔壁坍塌和地层位移；防渗墙造槽施工采用膨润土泥浆固壁，护壁泥浆顶面 与地下水面高差20多米，且泥浆比重大于水，故形成了较 大的压力差。

当冲击造孔至渗漏及强渗漏地层，护壁泥浆在 高压作用下大量流失，形成的“负压”，将槽内部分坍塌物 及失稳层细颗粒带走防渗墙施工采用的大口径护壁管造孔、堵漏措施，存 在管径小，机械填料困难，人工填料堵漏速度慢，延误堵漏 时间，以及在护壁管内用小钻头（4）400mm）造孔，对槽壁 挤压范围小，扩孔后被破坏等不足之处，影响堵漏效果成槽时间过长IV76+1槽孔2001年8月24日开钻， 到11月底尚未完成，又越冬三个月越冬期间，用土料回 填槽孔，土料与槽内施工泥浆混合，形成了浆泥，对槽壁支 撑效果差，使其稳定性下降5结论（1） 地基地质条件比较复杂，卵石层下部与基岩顶部有 集中渗漏带；大理岩岩溶发育，存在渗漏通道2） 坝体土填筑主要采用水中填土方法，坝体局部比较 软弱，稳定性较差，易发生坍塌⑶施工工艺与地质条件不相适应采用冲击钻造孔对 坝体、坝基扰动大，存在轻微架空的地层会受到破坏，增加 通道建议一期槽孔要拉开距离，必须在完成一个槽孔浇注 好后再进行邻近下一个槽孔的施工4）因地质条件复杂，导致造孔至集中漏失层或基岩面 时孔内浆液急剧严重漏失，致使部分孔壁失稳、塌落、脱空, 进而引起上部槽孔附近土层坍塌，形成坝体沉陷或塌坝。

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