關(guān)于西泉眼水庫(kù)壩體質(zhì)量問題的分析與評(píng)價(jià)

郭永權(quán)

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

西泉眼水庫(kù)位于松花江右岸一級(jí)支流阿什河上游，距阿城區(qū)約45 km。是一座以防洪、灌溉、排澇為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游、發(fā)電等綜合利用的大(Ⅱ)型水利樞紐工程。水庫(kù)正常蓄水位為209.9 m，正常蓄水位以下庫(kù)容為3.06×108m3，樞紐工程主要由土壩、溢洪道、輸水洞、電站等組成，最大壩高為39.20 m，壩型為黏土心墻砂殼壩。

西泉眼水庫(kù)工程于1992年開始動(dòng)工建設(shè)，1997年投入試運(yùn)行，在蓄水運(yùn)行過程中，先后發(fā)現(xiàn)上游壩坡大面積不均勻沉陷變形、壩頂防浪墻傾斜開裂、溢洪道兩側(cè)下游壩坡在冬季出現(xiàn)“掛霜”、下游局部壩坡出現(xiàn)裂縫滑坡、溢洪道邊墻局部?jī)A斜并滲水等現(xiàn)象，存在安全隱患。

2 地質(zhì)概況

壩址位于張廣才嶺支脈大青山西南麓，阿什河的上游，壩址處灘地狹窄，兩岸極不對(duì)稱。左岸為坡洪積臺(tái)地，臺(tái)面向河谷微傾，坡度在10°～15°，由黏土夾碎石和含泥砂卵石構(gòu)成;右岸為低山，地面高程在300～500 m，相對(duì)高差在100 m左右，山坡較陡，在30°～70°，壩肩處近于直立;巖石裸露。并于山前發(fā)育有小規(guī)模的坡積裙;河床寬約50～60 m，兩側(cè)發(fā)育有狹長(zhǎng)條帶漫灘，由黏土、中粗砂、砂卵石等構(gòu)成。

壩址區(qū)地層主要有二迭系上統(tǒng)五道嶺組(P2w)和第四系松散堆積層。

二迭系主要有流紋巖及安山巖，第四系松散堆積層主要有5層:

1)卵石混合土(含泥砂卵石)，褐黃色～青灰色，較密實(shí)，顆粒大小極不均勻，以卵石為主，砂礫石次之，并含有較多黏粉粒，即所謂“泥礫”;埋藏于坡洪積臺(tái)地底部碎石混合土層以下，厚度8 m左右。

2)級(jí)配不良粗砂:褐黃色，密實(shí)，以粗砂為主，礫石次之，含少量中細(xì)砂和卵石，斷續(xù)分布于碎石混合土層之下，厚度在2.30～5.90 m。

3)碎石混合土(黏土夾碎石):褐棕色～灰黃色，密實(shí)，黏性強(qiáng)，顆粒大小極不均勻，以碎石為主，砂礫石次之，并含有較多黏粉粒;分布于坡洪積臺(tái)地上部，厚度2～35 m。

4)卵石混合土:黃褐色～灰褐色，密實(shí);顆粒以卵石為主，礫石次之，中粗砂少量;分布于河床及漫灘下部，厚度連續(xù)穩(wěn)定，在3.0～5.8 m，頂面高程在186～187 m。

5)低液限黏土:黃色，稍濕，可塑狀，黏性中等;分布于兩岸灘地表層，厚度為0.5～2.5 m。表層見有厚度為0.20～0.50 m的有機(jī)質(zhì)土，其下局部見有含砂低液限黏土透鏡體。

3 壩體質(zhì)量

3.1 黏土心墻

黏土心墻主要由含礫低液限黏土構(gòu)成，以低液限黏土為主，含有少量碎石，局部見有塊石;局部碎塊石含量較大且有碎石集中現(xiàn)象。顆粒分析試驗(yàn)中粗粒含量 ＞40%的占18.8%;密度測(cè)試干密度指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的占56%。

心墻料的最優(yōu)含水率在17.0%～18.6%，塑限在19.2%～22.3%。含水率測(cè)定試驗(yàn)中含水率大于塑限的占31%。

室內(nèi)滲透試驗(yàn)滲透系數(shù)指標(biāo)＞1×10－5cm/s的占測(cè)試樣品總數(shù)的37.5%;鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)指標(biāo)＞1×10－5cm/s的占測(cè)試孔段總數(shù)的59.5%。

室內(nèi)三軸飽和固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)和飽和壓縮試驗(yàn)，抗剪參數(shù)平均值為C=51.6 kPa、φ=13.3°，范圍值為C=31.8 kPa～75.9 kPa、φ=8.5°～20.0°;壓縮性指標(biāo)平均值為 a1－3= 0.25 MPa－1、Es=7.19 MPa，范圍值為 a1－3=0.11 MPa－1～0.40 MPa－1、Es=4.30 MPa～14.00 MPa。室內(nèi)天然快剪試驗(yàn)和飽和壓縮試驗(yàn)，抗剪參數(shù)平均值為C=49 kPa、φ=16.1°，范圍值為C=11 kPa～72 kPa、φ=10.0°～25.0°;壓縮性指標(biāo)平均值為a1－3=0.34 MPa－1、Es=5.21 MPa，范圍值為a1－3=0.18 MPa－1～0.56 MPa－1、Es=3.31 MPa～9.31 MPa。

部分心墻料的粗粒含量＞40%，不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);大部分心墻料的含水率接近塑限或最優(yōu)含水率，有一部分心墻料含水率大于塑限最大值;大部分心墻料干密度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的壓實(shí)度指標(biāo);大多數(shù)心墻料滲透系數(shù)指標(biāo)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)防滲料的滲透性指標(biāo)。

3.2 黏土心墻下游反濾層

反濾料為級(jí)配不良礫，礫石含量在62%～66%，且含有13%左右的卵石，其顆粒組成與下游壩殼料基本接近，從其密實(shí)性指標(biāo)來(lái)看，開挖深度內(nèi)的干密度為1.69 g/cm3～1.99 g/cm3，相對(duì)密度在0.65～0.78。由此可知反濾層局部不滿足設(shè)計(jì)要求的控制相對(duì)密度≥0.70～0.75的要求。

3.3 上游壩殼

上游壩殼主要由碎石混合土構(gòu)成，局部為碎石、含碎石低液限黏土、粉土質(zhì)礫或低液限黏土，偶見有塊石;上游壩殼料的填料粒徑基本滿足設(shè)計(jì)要求，局部上游壩殼的壓實(shí)度不夠，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4 下游壩殼

下游壩殼料表層主要由卵石混合土構(gòu)成，局部為級(jí)配不良礫，并含有塊石、漂石，個(gè)別地段為塊(漂)石層。壩殼料的密實(shí)度差異性較大，無(wú)規(guī)律可言。局部漂石粒徑達(dá)100 cm以上，塊(漂)石間空隙較大，結(jié)構(gòu)松散，有架空現(xiàn)象，可見空洞，并見有含細(xì)粒土礫薄層。

下游壩殼密度試驗(yàn)未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的占試驗(yàn)組數(shù)的40%，相對(duì)密度指標(biāo)分別為0.21、0.46，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 溢洪道兩側(cè)下游壩殼

溢洪道右側(cè)表層為碎石護(hù)坡，其下為碎石混合土(局部為級(jí)配不良礫)，主要由碎石、礫及風(fēng)化碎屑等構(gòu)成，含少量塊石和黏土，較松散，碎石含量在20%左右。溢洪道左側(cè)表層為碎石護(hù)坡，灰色，松散，以碎石為主，可見塊石，粒徑最大可達(dá)50 cm，厚0.50 m;其下為級(jí)配不良礫，黃褐色，松散，厚度為1.00 m;下部為混合土碎石，灰色，較松散，主要由碎石、礫及風(fēng)化碎屑等構(gòu)成，含少量塊石和黏土。

溢洪道下游壩殼探坑測(cè)試左側(cè)天然濕密度1.80 g/cm3，相對(duì)密度為0.56;右側(cè)天然濕密度1.70 g/cm3，相對(duì)密度為0.32，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 分析與評(píng)價(jià)

黏土心墻主要由含礫低液限黏土構(gòu)成，含有少量碎石，并局部見有塊石，個(gè)別孔段有碎石局部集中現(xiàn)象;一部分心墻料的粗粒含量＞40%，不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);大部分心墻料的含水率接近塑限或最優(yōu)含水率，有一部分心墻料含水率大于塑限最大值;大部分心墻料干密度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的壓實(shí)度指標(biāo);大多數(shù)心墻料滲透系數(shù)指標(biāo)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)防滲料的滲透性指標(biāo)。因此，可以認(rèn)為，局部地段黏土心墻施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，填筑質(zhì)量較差，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

黏土心墻后反濾層上部表層由級(jí)配不良礫構(gòu)成，反濾層的顆粒組成未按設(shè)計(jì)要求的中粗砂顆粒進(jìn)行填筑，其表層的相對(duì)密度在0.65～0.78，不完全滿足設(shè)計(jì)要求。

上游壩殼主要由碎石混合土構(gòu)成，局部為碎石、含碎石低液限黏土、粉土質(zhì)礫或低液限黏土，偶見有塊石;上游壩殼料的填料粒徑基本滿足設(shè)計(jì)要求，但壓實(shí)度不夠，沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

下游壩殼主要由級(jí)配不良礫構(gòu)成，局部為級(jí)配不良砂，個(gè)別地段為含砂礫低液限黏土。不均勻性較大，密實(shí)度差異性較大。下游壩殼局部地段施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，填筑質(zhì)量較差。

溢洪道兩側(cè)下游壩殼主要為碎石混合土或混合土碎石，局部級(jí)配不良礫，并見有塊石，左側(cè)相對(duì)密度為0.56，右側(cè)為0.32，基本未經(jīng)碾壓或碾壓不實(shí)，回填質(zhì)量較差。

［1］ 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005.

［2］ 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼水庫(kù)應(yīng)急維修工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2007.

［3］ GB 50287—99，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.