青墩水庫主壩安全性能分析

王立偉 王麗麗

（1.諸城市青墩水庫運(yùn)營維護(hù)中心，山東 諸城262200；2.諸城市舜王街道農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心，山東 諸城262200）

1 工程概況

青墩水庫位于山東省諸城市，工程于1959年11月開工，1960年7月建成。其后經(jīng)過多次加固處理。目前水庫遺留問題主要有：主壩壩基清基不夠徹底，其心墻底部的截水槽距離基巖高度為3.2m左右，水庫壩基的滲漏量比較大。主壩的背水坡存在凹陷缺土，設(shè)計(jì)壩坡不足等問題。

根據(jù)實(shí)地情況調(diào)查，結(jié)合施工及運(yùn)行管理資料，并進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)、滲透性試驗(yàn)等，整理出安全鑒定綜合評價(jià)報(bào)告，對青墩水庫安全評價(jià)結(jié)果為：主壩的壩頂高程、防浪墻頂高程兩項(xiàng)均不滿足1000年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)；主壩心墻頂部高程也不滿足1000年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，壩體黏土心墻的壓實(shí)度、滲透系數(shù)等指標(biāo)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，大壩填筑砂殼的相對密度、滲透系數(shù)也達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范的要求；主壩大壩的清基不夠徹底，黏土心墻底部的截水槽與壩基基巖間存在貫通的滲漏通道，水庫歷年滲漏量普遍較大；心墻截水槽、壩后坡滲流出逸點(diǎn)滲透的比降不滿足規(guī)范要求，存在滲透破壞的風(fēng)險(xiǎn)；在地震工況下，主壩的上游壩坡、上下游壩腳均會出現(xiàn)大面積的液化區(qū)域，有震動液化風(fēng)險(xiǎn)；壩后坡的局部缺土，壩頂交通路面也存在損壞現(xiàn)象。綜合評定，青墩水庫大壩的安全類別，應(yīng)為三類壩。

根據(jù)以上安全鑒定的結(jié)論，以及運(yùn)行管理單位的核查意見，需盡快對青墩水庫實(shí)施除險(xiǎn)加固工程，消除隱患，保證工程正常運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的綜合效益。

2 主壩壩體

2.1 基本情況

大壩壤土心墻：在92.00m高程以上，結(jié)構(gòu)形式為豎直心墻，根據(jù)歷史資料，屬于后期填筑的心墻，對兩次填筑心墻的接觸部位進(jìn)行綜合性注水試驗(yàn)，測得滲透系數(shù)為3.16×10-4cm/s，超過規(guī)范規(guī)定，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)某U(xiǎn)加固工程處理措施，以消除隱患。在92.00m高程以下，經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，心墻壤土壓實(shí)度為0.93左右，不滿足規(guī)范0.96的要求，壓實(shí)度不足；滲透試驗(yàn)的結(jié)果，心墻壤土的滲透系數(shù)在2.33×10-5～3.62×10-5cm/s，不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求；心墻壤土的黏粒含量、塑性指數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)，均能符合現(xiàn)行防滲土料技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)要求。

上下游壩殼：填筑上游壩殼土質(zhì)為粉土質(zhì)細(xì)砂，狀態(tài)為松散到稍密，含泥量（主要成分為黏粒、粉粒）偏大，不符合壩殼填筑料顆粒技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，其相對密度在0.58～0.72，小于0.70的占83.3%，不符合現(xiàn)行SL274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的填筑標(biāo)準(zhǔn)；同時上游壩殼粉土質(zhì)細(xì)砂存在地震工況下的液化問題。下游壩殼填筑土主要為黏土質(zhì)粗砂，狀態(tài)稍密，其含泥量（主要成分為黏粒、粉粒）較大，經(jīng)滲透試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)小于1×10-3cm/s，不符合壩殼填筑料質(zhì)量要求。相對密度在0.61～0.66，均小于于0.70，達(dá)不到SL274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的填筑標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 壩體存在的問題

根據(jù)勘察結(jié)果，對心墻工程地質(zhì)條件進(jìn)行評價(jià)。壓實(shí)度方面：通過對現(xiàn)場取心墻原狀樣15組進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為干密度范圍值在1.52～1.69g/cm3，最大干密度為1.76g/cm3，按規(guī)范壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為0.96時，對應(yīng)干密度應(yīng)達(dá)到1.69g/cm3；本次參與統(tǒng)計(jì)的土樣有73.3%達(dá)不到壓實(shí)度0.96要求。滲透性方面：采用注水試驗(yàn)的方法，確定滲透系數(shù)在2.33×10-5～3.62×10-5cm/s，壩體柱狀心墻段的滲透系數(shù)為3.16×10-4cm/s，根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范中心墻防滲土料滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s的規(guī)定，主壩心墻的滲透性偏大，滲透系數(shù)不符合規(guī)范要求。心墻土壓實(shí)度、滲透性、黏粒含量等質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)按SL251—2015《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》有關(guān)防滲體土料質(zhì)量指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：黏粒含量、塑性指數(shù)符合防滲土料技術(shù)要求。心墻與防浪墻接觸部位，通過壩頂探坑探測顯示，防浪墻嵌入心墻約0.2m，防浪墻與心墻接觸良好，沒有滲漏隱患。

上游壩殼的質(zhì)量評價(jià)。液化區(qū)域判別方面：上游壩殼砂的細(xì)小粒徑（指小于5mm顆粒）含量按質(zhì)量百分率為94.4%～98.7%，普遍大于30%；其中黏粒（指粒徑小于0.005mm顆粒）含量質(zhì)量百分率為2.2%～4.2%，而規(guī)范規(guī)定地區(qū)動峰值加速度0.15相對應(yīng)的17%，初判為液化土。采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法對上游壩殼砂液化可能性進(jìn)行復(fù)判，并結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行計(jì)算，判定上游壩殼砂為液化土層。

下游壩殼存在的問題及工程地質(zhì)評價(jià)：下游壩殼黏土質(zhì)粗砂按SL251—2015《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》規(guī)定，青墩水庫填筑料質(zhì)量指標(biāo)評價(jià)為：含泥量（主要成分為黏粒、粉粒）偏大，不符合現(xiàn)行規(guī)范壩殼砂礫料質(zhì)量要求；經(jīng)滲透試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)為6.72×10-4cm/s，小于1×10-3cm/s，不符合現(xiàn)行規(guī)范壩殼砂礫料質(zhì)量要求。下游壩殼材料為粒土質(zhì)粗砂，其相對密度在0.61～0.66，均小于0.70。根據(jù)SL274—2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、SL260—2014《堤防工程施工規(guī)范》要求，不符合壓實(shí)度要求。

防浪墻與心墻情況：主壩為2002年除險(xiǎn)加固時修建，目前墻體完整，不存在墻體松動、開裂、破損等情況，整體狀況良好。通過對兩次心墻接觸段進(jìn)行綜合注水試驗(yàn)，得滲透系數(shù)為3.16×10-4cm/s，滲透性較大，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)募庸坦こ烫幚泶胧?。下部心墻壤土壓?shí)度不滿足0.96的要求，達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范要求；滲透系數(shù)不符合要求；黏粒含量、塑性指數(shù)范圍值符合防滲土料技術(shù)要求。

2.3 壩基存在的問題

壩基的松散堆積物：壩基第四系松散沉積物為黏土質(zhì)中粗砂，主要分布于主壩樁號0+385～0+750段，厚度3.90～4.80m，密室狀態(tài)為稍密到中密狀態(tài)，當(dāng)年清基工作不夠徹底，上下游已經(jīng)形成貫穿性通道，形成了集中透水帶，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時處理。

壩基基巖：壩基巖體為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化狀態(tài)白堊系角礫巖組成。強(qiáng)風(fēng)化帶巖芯破碎，屬于中等透水，透水率為17.6Lu；中等風(fēng)化帶巖芯為單柱長度可達(dá)80cm的柱狀分布，屬于弱透水，透水率在7.1～8.8Lu。

滲透變形：壩基中粗砂按規(guī)范允許水利比降值為0.35，為流土型滲透變形。在地震工況下，壩基的中粗砂層為可液化土層，應(yīng)采取加固處理措施。

3 主壩擬采用的加固工程措施

3.1 壩基及心墻隱患加固處理

壩基及心墻的加固，擬采用塑性混凝土防滲墻型式，其加固范圍為設(shè)計(jì)樁號0+000～0+510，防滲墻的軸線位于壩軸線的上游約3.0m處，底部的入巖深度為1.5m，墻頂高程為94.85m，其頂部采用方塊石防浪墻，用M10砂漿砌筑，周圍采用黏土包裹，寬2m厚1m。根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊及其他典型工程經(jīng)驗(yàn)，青墩水庫加固工程的塑性混凝土防滲墻厚度，經(jīng)計(jì)算分析確定為0.5m，施工參數(shù)控制為：孔斜率小于3‰。施工工藝為液壓抓斗配合沖擊鉆施工。

3.2 上游壩坡液化區(qū)域處理

對主壩上游砂殼的液化區(qū)域，采用翻壓加固結(jié)合壓重方案進(jìn)行處理。擬定對青墩水庫主壩上游部分壩段采用風(fēng)化料壓重，范圍為設(shè)計(jì)樁號0+000～0+492，一部分壩段采用拋石壓重范圍為設(shè)計(jì)樁號0+000～0+467。

主壩局部的壩軸線調(diào)整及護(hù)坡加固：現(xiàn)狀壩頂?shù)姆姥绰反嬖诩睆澏危瑥澋赖妮S線半徑為18.5m，范圍為樁號D0+021～D0+240.2（設(shè)計(jì)樁號0+000～0+194）段，不滿足規(guī)范要求。壩軸線經(jīng)調(diào)整后設(shè)計(jì)樁號為0+000～0+194，防汛道路彎道半徑變?yōu)?10m，大壩軸線長度縮短25.2m。斷面尺寸與主壩形同，在東放水洞中軸線的左右各20m的范圍采用壤土填筑，其控制壓實(shí)度大于0.98，其余部位采用砂殼筑壩，同老壩段相同，控制相對密度大于0.8，兩側(cè)采用塑性混凝土，防滲墻插入壤土壩段長度均為18m。