棘洪滩水库大坝工程表观及内部质量检测技术研究

金帮琳

（山东省水利勘测设计院，山东济南250013）

0 前言

目前，山东省引黄济青工程现状不能满足青岛供水、胶东调水和南水北调的输水任务。为查明引黄济青工程的质量现状，2010年6月山东省水利勘测设计院受山东省胶东调水局的委托，负责对该工程进行安全鉴定质量检测。针对棘洪滩水库大坝上游护坡工程的表观及内部质量缺陷形式，研究采用量测检测仪器和地质雷达探测相结合的方法进行检测，并对该检测方法的适宜性和有效性进行了评价分析。

1 工程现状

棘洪滩水库是山东省引黄济青工程的调蓄水库，坐落在青岛市崂山棘洪滩镇西北原桃源河低洼区，为土石坝结构型式，坝长14.264km，坝顶宽度8m，最大坝高15.2m；库区面积14.5km2，总库容1.58亿m3。

棘洪滩水库大坝上游干砌块石护坡缝隙过大，造成反滤料流失、局部塌陷；主风向坝段坝高不足，蓄水能力下降；工程沿线安全防护设施缺失，水质保护设施不完善，水质保护能力不足；通信调度系统落后，水库大坝安全监测系统不完善，存在较大的安全隐患。目前，水库工程现状已经不能满足青岛供水、胶东调水和南水北调的输水任务要求，当地各级水利行政主管部门已经批准该工程的改扩建方案，前期工作基本完成，正在等待实施。

2 检测目的

应山东省引黄济青改建工程需要，对棘洪滩水库大坝进行安全鉴定质量检测。通过检测确定该工程有关参数指标是否满足相关技术规范要求，并对工程各部件技术状况进行综合评定，确定工程的技术状况等级，对该工程的质量现状做出客观、准确、科学、公正的评价，并提出工程治理措施。

3 检测方法

通过对棘洪滩水库大坝上游护坡工程的表观及内部质量检测方法进行专题研究，确定选用量测检测仪器与地质雷达探测相结合的综合检测方法，其中地质雷达检测方法在山东省水利行业属首次使用。地质雷达的探测原理与探空雷达相似，地质雷达是用一对天线进行工作的。它是由发射天线T向地下介质发射一定主频的电磁脉冲波，电磁脉冲波在地层介质中传播时，遇到地下介质中的物性分界面（主要是指电导率和介电常数的差异分界面）时，发生波的反射和透射；被反射的电磁波传回地表，被接收天线R所接收，由主控台控制并接收从接收天线传回的地下反射回波的信息，在存储器中存储每一测点的波形序列、振幅及波的旅行时间（t=/v）；沿测线等间隔移动天线，在每一观测点上可以获得一个波形序列；对于整条测线就可以形成一条雷达剖面。当地下介质中的波速v已知时，就可根据反射波组的反射时间，按z=（t×ν）/2推算反射体的深度。坝体存在浅层空洞或者软弱层等，与正常坝体形成电磁性差异，这种电磁性差异不仅会引起电磁波的反射，而且还会使电磁波发生衰减和相位等特征的变化。根据所获得的地质雷达剖面的反射波同相轴特征、能量衰减、相位变化等信息，便可查明浅层坝体的内部质量状况。

4 检测结果

4.1 表观质量检测结果

（1）大坝护坡砌石为块石，体积最大砌石尺寸为40cm×30cm×25cm，体积最小砌石尺寸32cm×21cm×20 cm，砌石厚度20～30 cm，砌石尺寸偏小，重量轻，抗风浪冲刷能力差。经现场检查，大坝护坡砌缝顺缝情况严重，实测砌缝宽度10～80 mm，宽度大于15 mm的砌缝连续长度164～936 mm，所检80条砌缝，合格率46.2%，砌缝宽度不满足规范要求。

（2）现场开挖桩号9+300、9+200、8+000、7+530、6+920、6+810、4+700、4+100、3+600、3+050部位护坡，砂垫层厚度29.1～38.8 cm，大小粒径碎石混杂，碎石垫层厚度17.4～25.6 cm，垫层总厚度41.2～60.3 cm，垫层总厚度偏小值占设计值的24.6%～48.5%，垫层结构与厚度不满足设计及相关规范要求。坡面平整度局部大于2 cm，不满足规范要求。

（3）经现场检查，大坝高程14.0～18.0 m范围内护坡砌石脱落、护坡沉陷严重，沉陷深度10～30 cm不等，选择护坡表面完整部位测其表面平整度，测得值12～92 mm，合格率41.0%，大坝护坡表面平整度差，不满足规范要求。

表观质量检测部分结果示例详见表1-4。

表1 砌石尺寸检测结果一览表Table 1 Size of the masonry stone

表2 砌缝宽度检测结果一览表Table 2 Width of the joint

表3 表面平整度检测结果一览表Table 3 Surface planeness

4.2 上游坝坡内部质量检测结果

通过探地雷达检测大坝桩号7+590断面可以发现（见图1）：测线里程0.5～3.0 m、7.0～9.0 m、10.5～12.0 m、14.0～16.0 m检测表面以下1.5 m以内，电磁波同相轴出现多处断裂和凹陷现象，并有环状异常，表明上游坝坡内部存在4处异常。经计算分析，可判断在上述4处坝坡内部存在不同程度的塌陷或小空洞。地质雷达检测结果与设计部门的推测相互印证，因抢施工工期，反滤层未按设计要求施工，在渗透水流的作用下反滤料流失，被保护土层的颗粒被渗流带走形成坍陷，块石被架空形成小空洞。

5 检测结论

检测结果表明，大坝上游干砌石护坡砌石尺寸偏小，重量轻，护坡顺缝情况严重，砌缝宽度大，砌石易松动，砌石下碎石垫层易被风浪淘出，护坡石下碎石垫层混杂，垫层厚度仅达到原设计值的51.5%～75.4%，其中，大坝高程14.0～18.0 m范围内护坡砌石脱落、护坡沉陷尤为严重，并局部存在小空洞。根据棘洪滩水库大坝上游护坡工程现场质量检测结果，依据相关规范评定棘洪滩水库大坝工程安全性属B级，基本安全，但有缺陷。水库大坝安全属二类坝，基本安全，可在加强监控下运行。

表4 垫层结构与厚度检测结果一览表Table 4 Structure and thickness of cushion layer

图1 地质雷达检测剖面解释图Fig.1 Inspection profile of the ground penetrating radar

6 结语

山东省山丘区共建成各类水库5 470座，其中大型33座，中型156座，小型5 281座。由于大多数小型水库始建于20世纪五六十年代，工程建设标准低、质量差，多数为半拉子工程。据统计，全省山丘区有3 735座小型水库（不包含青岛）属重点危险库，是防洪安全和正常运行安全的心腹之患。上述水库工程都已运行20多年，带病工作，急需安全鉴定质量检测，本工程所采用的检测方法对于同类工程质量检测具有一定的借鉴意义和推广应用价值。

[1]吴铭江.土石坝安全监测技术规范[M].中国水利水电出版社，2012．

[2]金帮琳.既有水利工程安全鉴定质量检测研究[J].水利天地，2011（5）．