楚樓水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)問(wèn)題分析

王妍妍，孫麗，張建全，陳平貨

（1.桐柏縣龍?zhí)逗铀畮?kù)管理所，河南 桐柏 474750；2.桐柏縣應(yīng)急管理局，河南 桐柏 474750；3.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

楚樓水庫(kù)位于河南省滎陽(yáng)市區(qū)南2.50 km，為淮河流域賈魯河支流索河中游梯級(jí)開(kāi)發(fā)的三座中型水庫(kù)之一。水庫(kù)設(shè)計(jì)最大庫(kù)容1 564 萬(wàn)m3，主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水管等。大壩壩頂高程156.20 m，最大壩高26.20 m，現(xiàn)壩頂寬27 m。

溢洪道位于大壩西側(cè)約100 m 處，現(xiàn)狀僅有陡坡段已襯砌。陡坡段上游進(jìn)口未襯砌，下游消力池、海鰻及尾水渠段為一自然沖溝，兩岸為植被苗圃，岸坡陡立，多處岸坡出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。輸水管位于大壩樁號(hào)0+295處。

2 工程水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

楚樓水庫(kù)屬淮河流域賈魯河支流索河中游的一座中型水庫(kù)，水庫(kù)左岸為階地，右岸為陡壁，庫(kù)區(qū)兩岸為第四系黃土狀土；溢洪道處自陡坡以下為一自然沖溝，近呈“V”字型，溝深切約10 m，溝壁陡立，多處有坍塌現(xiàn)象。

2.1.2 地層巖性

壩址區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)揭露地層除壩體人工填土外，主要為第四系全新統(tǒng)沖積成因的低液限粘土、礫石、上更新統(tǒng)沖積成因及中更新統(tǒng)坡洪積成因的低液限粘土。壩址區(qū)地層根據(jù)時(shí)代、成因、巖性及其物理力學(xué)性特征，共劃分為4個(gè)土體單元。一是人工堆積：主要為筑壩土，巖性以低液限粘土為主。二是第四系全新統(tǒng)（Q4al）：沖積成因，主要分布于河床段壩基，巖性主要為低液限粘土及含細(xì)粒土礫。三是第四系上更新統(tǒng)（Q3al）：低液限粘土，主要分布于溝兩岸上部，層底高程135.56～139.65 m。四是第四系中更新統(tǒng)（Q2dl+pl）：低液限粘土，淺棕紅色，硬塑至堅(jiān)硬狀，可見(jiàn)黑色鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，略顯鏡面，干強(qiáng)度高，該層未揭穿。

2.1.3 土體物理力學(xué)性質(zhì)

第①層素填土（低液限粘土）：液性指數(shù)范圍值-0.50～0.43，平均值0.04，為硬至可塑狀；壓縮系數(shù)平均值0.26 MPa-1，具中等壓縮性；標(biāo)貫擊數(shù)平均值9 擊。第②層低液限粘土：液性指數(shù)0.38；壓縮系數(shù)0.30 MPa-1，屬中等壓縮性；標(biāo)貫擊數(shù)平均值5 擊；土靜探錐尖阻力qc=1.12 MPa，側(cè)壁摩擦力fs=46.80 kPa。第③層低液限粘土：液性指數(shù)范圍值-0.29～0.14，平均值-0.05；壓縮系數(shù)范圍值0.19～0.47 MPa-1，平均值0.30 MPa-1，屬中等壓縮性土；標(biāo)貫擊數(shù)平均值7擊；濕陷系數(shù)范圍值6.00×10-3～6.90×10-2，其中不小于1.50×10-2的占71.40%，為輕微～中等濕陷性土；靜探錐尖阻力平均值2.24 MPa，側(cè)壁摩擦力平均值96 kPa。第④層低液限粘土：液性指數(shù)范圍值-0.17～0.43，平均值0.13；壓縮系數(shù)范圍值2.20×10-2～7×10-2MPa-1，平均值4.60×10-2MPa-1，屬低壓縮性土；標(biāo)貫擊數(shù)平均值13擊；自由膨脹率平均值24.80%，不具膨脹潛勢(shì)；靜探錐尖阻力平均值5.26 MPa，側(cè)壁摩擦力平均值239.90 kPa。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，測(cè)得地下水位高程129.88～129.95 m。場(chǎng)區(qū)庫(kù)水位高程約145.10 m，壩址區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)所測(cè)得壩頂鉆孔地下水位高程138.96～139.45 m。這些水位均不是場(chǎng)區(qū)天然地層中的水位，而是庫(kù)水滲入壩體的結(jié)果。對(duì)工程區(qū)各粘性土層取原狀土作室內(nèi)滲透性試驗(yàn)，并對(duì)河床段壩基下部Q4al礫石作了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)。

由試驗(yàn)可知，第①層素填土（低液限粘土）為弱透水，第②層低液限粘土為中等透水，第③層含細(xì)粒土礫為強(qiáng)透水，第④層低液限粘土均為弱至中等透水層。

3 壩址區(qū)工程水文地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

3.1 壩體填土質(zhì)量評(píng)價(jià)

水庫(kù)大壩填土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，干密度Pd=1.74（g/cm3），碾壓合格標(biāo)準(zhǔn)為Pd=1.67（g/cm3），根據(jù)干密度統(tǒng)計(jì)成果，考慮到總體填筑情況，將填土干密度作為填筑土質(zhì)量評(píng)定依據(jù)，將Pd≥1.67（g/cm3）定為填筑質(zhì)量較好，Pd＜1.67（g/cm3）的定為填筑質(zhì)量差。

填土天然干密度Pd范圍值1.54～1.81（g/cm3），其中Pd≥1.67（g/cm3）者占44%，Pd＜1.67（g/cm3）者占56%。大壩填土填筑質(zhì)量差異較大，由于碾壓不均，總體評(píng)價(jià)填筑質(zhì)量較差。

3.2 壩基滲漏問(wèn)題

河床段壩基為第②層低液限粘土及第③層含細(xì)粒土礫，其滲透系數(shù)分別為2.60×10-4和8.80×1.50×10-3～1.50×10-2（cm/s），具中等～強(qiáng)透水性。筑壩時(shí)靠近右岸主河床段雖做粘土心墻處理，但處理寬度較窄，靠近左岸臺(tái)地下部沒(méi)有清至第④層低液限粘土。因此存在庫(kù)水通過(guò)第②層低液限粘土及第③層含細(xì)粒土礫滲漏問(wèn)題，為壩基滲漏主要原因。

該水庫(kù)開(kāi)始蓄水，庫(kù)水位高程超過(guò)143 m時(shí)，在大壩背水坡左岸臺(tái)地上（現(xiàn)大壩樁號(hào)0+90～0+150段）即有滲浸現(xiàn)象，在水位高程達(dá)到145 m時(shí)滲水嚴(yán)重，成管涌狀，滲漏通道主要為第②層低液限粘土及第③層含細(xì)粒土礫。后來(lái)對(duì)此作了臨時(shí)導(dǎo)滲處理，并將庫(kù)水位控制在高程145 m。經(jīng)過(guò)該次處理，滲水現(xiàn)象有所改善，但并沒(méi)有從根本上得到治理，大壩仍潛伏著危險(xiǎn)。

壩體下部河床兩岸坡分布的第④層Q3al低液限粘土滲透系數(shù)為6.70×10-6～7.30×10-4（cm/s），具弱～中等透水性，存在庫(kù)水通過(guò)第④層低液限粘土滲漏問(wèn)題。

綜上所述，河床段壩基第②層低液限粘土及第③層含細(xì)粒土礫為大壩滲漏的主要原因，但兩岸第④層低液限粘土局部具中等透水性，因而防滲處理措施應(yīng)主要針對(duì)河床段壩基及兩岸壩肩滲漏原因綜合考慮。

3.3 黃土狀土的濕陷性問(wèn)題

溢洪道兩岸廣泛分布的第④層低液限粘土，具黃土狀土特征。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，由表2 可知，濕陷系數(shù)≥1.50×10-2的占57.10%；濕陷系數(shù)范圍值為6.00×10-3～6.90×10-2，具輕微～強(qiáng)濕陷性。汛期時(shí)，兩岸的黃土狀土長(zhǎng)期在水力作用下會(huì)產(chǎn)生沉陷導(dǎo)致岸坡的坍塌。作為溢洪道的岸坡，需對(duì)該層進(jìn)行削坡，并同時(shí)進(jìn)行護(hù)坡襯砌處理。

4 各土體單元物理力學(xué)指標(biāo)建議值

經(jīng)勘探試驗(yàn)和分析，各土體單元物理力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1、表2。

表1 各土體單元的物理性指標(biāo)建議值表

表2 各土體單元力學(xué)性指標(biāo)建議值表

5 結(jié)語(yǔ)

場(chǎng)區(qū)地層除壩體人工填土外，主要為第四系全新統(tǒng)沖積成因的低液限粘土、含細(xì)粒土礫、上更新統(tǒng)沖積成因及中更新統(tǒng)坡洪積成因的低液限粘土。主要存在壩體填土質(zhì)量差、壩基滲漏問(wèn)題、溢洪道場(chǎng)區(qū)黃土狀土濕陷等工程地質(zhì)問(wèn)題。需對(duì)大壩壩體進(jìn)行灌漿處理，對(duì)大壩河床段進(jìn)行壩基防滲處理；對(duì)溢洪道場(chǎng)區(qū)黃土狀土進(jìn)行削坡并夯實(shí)處理，邊坡高寬比建議采用1∶1.50～1∶1.75，并對(duì)邊坡進(jìn)行襯砌。