青墩水庫大壩液化處理方案比選

徐 菁 （宿遷學院建筑工程學院，江蘇 宿遷 223800）

青墩水庫位于山東省諸城市東南13km皇華鎮青墩子村南，于1960年建成，是一座集防洪、供水、灌溉等綜合利用于一體的中型平原水庫。水庫的控制流域面積為102km2，工程級別為Ⅲ等，主要建筑物為三級。設計洪水標準為50年一遇；校準供水標準為1000年一遇。相應設計洪水位93.08m，校核洪水位94.82m，水庫興利水位91.20m（汛限水位），死水位84.75m。總庫容4389萬m3，調整庫容2331萬m3，興利庫容1899萬m3，死庫容159萬m3。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）,地震動峰值加速度0.15g，反應譜特征周期0.4s，相應的地震基本烈度為Ⅶ度，抗震設防烈度為7度。

1 工程地質條件

青墩水庫大壩上游砂殼填筑土主要為粉土質細砂，黃褐色，局部夾雜少量灰土，含少量碎石及巖石碎屑，標準貫入擊數為9～13擊，松散～密實，粘粒含量2.20～4.20%，粉粒含量17.40～40.60%，礫石含量1.30～8.40%，相對密度0.58～0.72。滲透系數為2.17×10-3cm/s，屬于中等透水。

下游壩殼的主要成分為粘土質中粗砂，分布在主壩河床中，黃褐色，局部灰色，含少量礫石，礫石的直徑均小于6cm。上部1.00～1.50m厚度內含碎石及風化巖碎屑較多，重型圓錐動力觸探擊數6～9擊，稍密，含泥量 11.70～14.70%，礫石含量 10.80～12.20%。通過野外注水試驗得到滲透系數為6.72×10-4cm/s，屬于中等透水。

2 液化判別

2.1 上游壩殼

上游壩殼的粒徑＜5mm顆粒含量質量百分率為94.40～98.70%，大于30%；其中粒徑＜0.005mm顆粒含量質量百分率為2.2～4.2%，小于該地區動峰值加速度0.15相對應的17%，初判為液化土。

采用標準貫入錘擊數法對上游壩殼液化可能性進行復判，其成果見表1。

上游壩殼液化判別成果表 表1

存在的問題包括含泥量偏高，不符合壩殼砂礫料質量要求，相對密度中大于0.70的僅占16.7%，不符合85%的合格率標準，經判定，上游壩殼為液化土層。

2.2 下游壩殼

下游壩殼黏土質粗砂按《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》（SL 251-2015）表4.3.1-1填筑料質量指標評價為：含泥量（粘、粉粒）偏高，達不到壩殼砂礫料質量要求；滲透系數為 6.72×10-4cm/s，≯1×10-3cm/s，不符合壩殼砂礫料質量要求。

下游壩殼黏土質粗砂相對密度0.60～0.66，均不大于0.70。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）和《堤防工程施工規范》（SL260-2014），不符合85%的合格率標準。經分析發現在地震情況下下游壩殼中粗砂層易產生液化。

壩體及壩基液化后造成的后果會引起壩坡的“流滑”失穩致使大壩喪失基本功能。

3 設計方案比選

3.1 方案一，填料振沖密實加固結合拋石壓重方案

圖1 現狀主壩下游壩坡

振沖法適用于松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土層的振密。根據施工期所在水庫水位得出拋石體平臺高程及壩殼振沖底高程，采用東放水洞導流，按現狀東放水洞閘底高程83.12m作為起調水位，5年一遇最高洪水位為84.13m，死水位84.75m，結合施工及上述因素，上游壩腳壓重平臺高程確定為85.50m，平臺頂寬20.00m，壩體振沖底高程確定為84m。

大壩上游壩殼采用振沖法進行加固，振沖底高程84.00m，要求振沖后大壩上游壩殼中粗砂相對密度Dr≥0.80。

主要優點：①施工功效高、速度快、工期較短；②通過振沖使原有砂殼顆粒重新排列，減少孔隙，提高砂殼的相對密度、抗剪強度和抗液化力度。

主要缺點：①方案預算造價1605萬元，投資巨大；②施工難度大，且振沖質量難以保證。

3.2 方案二，翻壓加固結合拋石壓重方案

上游砂殼85.00m以上采用翻壓方案，翻壓后要求相對密度Dr≥0.80。對85.00m高程以下在上游壩腳采用風化料和拋石壓重，以防止壩基粗砂及上游壩殼下部液化。

主要優點：①采用常規施工機械施工，可充分拌和揀除孤石，減少砂殼中雜志的影響，有效控制砂殼的相對密度；②施工工藝簡單；③翻壓范圍內施工質量易于檢查和控制，分層進行填筑碾壓，加固效果好，且發現質量問題易于補救；④工程預計總造價1270萬元，相對投資較小。

主要缺點：上游砂殼沿中心島向向兩端運倒，作業范圍廣，施工進度慢，工期較長。

考慮經濟技術和施工綜合情況，根據以上兩個方案的特點，著重從工程投資、施工質量、工藝方面考慮。青墩水庫主壩右岸存在坡度較為平緩的山包可作為倒土場地，翻壓措施處理砂殼液化施工質量有保證。綜上所述，選擇方案二，即翻壓加固結合風化料和拋石壓重方案。

4 結束語

本文介紹了青墩水庫大壩基本地質情況及存在的液化問題，主要從工程施工難度、施工的可行性、預算造價和施工后的效果幾個方面來進行方案比較，從而更好地為關于中型平原水庫除險加固中出現的液化問題提供參考意見。