楚樓水庫除險加固工程地質問題分析

王妍妍，孫麗，張建全，陳平貨

（1.桐柏縣龍潭河水庫管理所，河南 桐柏 474750；2.桐柏縣應急管理局，河南 桐柏 474750；3.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

楚樓水庫位于河南省滎陽市區南2.50 km，為淮河流域賈魯河支流索河中游梯級開發的三座中型水庫之一。水庫設計最大庫容1 564 萬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，現壩頂寬27 m。

溢洪道位于大壩西側約100 m 處，現狀僅有陡坡段已襯砌。陡坡段上游進口未襯砌，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，多處岸坡出現坍塌現象。輸水管位于大壩樁號0+295處。

2 工程水文地質條件

2.1 工程地質條件

2.1.1 地形地貌

楚樓水庫屬淮河流域賈魯河支流索河中游的一座中型水庫，水庫左岸為階地，右岸為陡壁，庫區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，多處有坍塌現象。

2.1.2 地層巖性

壩址區在勘探深度范圍內揭露地層除壩體人工填土外，主要為第四系全新統沖積成因的低液限粘土、礫石、上更新統沖積成因及中更新統坡洪積成因的低液限粘土。壩址區地層根據時代、成因、巖性及其物理力學性特征，共劃分為4個土體單元。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（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粒土礫。三是第四系上更新統（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（Q2dl+pl）：低液限粘土，淺棕紅色，硬塑至堅硬狀，可見黑色鐵錳質斑點，略顯鏡面，干強度高，該層未揭穿。

2.1.3 土體物理力學性質

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

2.2 水文地質條件

工程場區地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水，測得地下水位高程129.88～129.95 m。場區庫水位高程約145.10 m，壩址區在勘探深度范圍內所測得壩頂鉆孔地下水位高程138.96～139.45 m。這些水位均不是場區天然地層中的水位，而是庫水滲入壩體的結果。對工程區各粘性土層取原狀土作室內滲透性試驗，并對河床段壩基下部Q4al礫石作了現場鉆孔注水試驗。

由試驗可知，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層含細粒土礫為強透水，第④層低液限粘土均為弱至中等透水層。

3 壩址區工程水文地質問題及評價

3.1 壩體填土質量評價

水庫大壩填土擊實試驗結果，干密度Pd=1.74（g/cm3），碾壓合格標準為Pd=1.67（g/cm3），根據干密度統計成果，考慮到總體填筑情況，將填土干密度作為填筑土質量評定依據，將Pd≥1.67（g/cm3）定為填筑質量較好，Pd＜1.67（g/cm3）的定為填筑質量差。

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%。大壩填土填筑質量差異較大，由于碾壓不均，總體評價填筑質量較差。

3.2 壩基滲漏問題

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

該水庫開始蓄水，庫水位高程超過143 m時，在大壩背水坡左岸臺地上（現大壩樁號0+90～0+150段）即有滲浸現象，在水位高程達到145 m時滲水嚴重，成管涌狀，滲漏通道主要為第②層低液限粘土及第③層含細粒土礫。后來對此作了臨時導滲處理，并將庫水位控制在高程145 m。經過該次處理，滲水現象有所改善，但并沒有從根本上得到治理，大壩仍潛伏著危險。

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為6.70×10-6～7.30×10-4（cm/s），具弱～中等透水性，存在庫水通過第④層低液限粘土滲漏問題。

綜上所述，河床段壩基第②層低液限粘土及第③層含細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主要針對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《濕陷性黃土地區建筑規范》，由表2 可知，濕陷系數≥1.50×10-2的占57.10%；濕陷系數范圍值為6.00×10-3～6.90×10-2，具輕微～強濕陷性。汛期時，兩岸的黃土狀土長期在水力作用下會產生沉陷導致岸坡的坍塌。作為溢洪道的岸坡，需對該層進行削坡，并同時進行護坡襯砌處理。

4 各土體單元物理力學指標建議值

經勘探試驗和分析，各土體單元物理力學指標建議值見表1、表2。

表1 各土體單元的物理性指標建議值表

表2 各土體單元力學性指標建議值表

5 結語

場區地層除壩體人工填土外，主要為第四系全新統沖積成因的低液限粘土、含細粒土礫、上更新統沖積成因及中更新統坡洪積成因的低液限粘土。主要存在壩體填土質量差、壩基滲漏問題、溢洪道場區黃土狀土濕陷等工程地質問題。需對大壩壩體進行灌漿處理，對大壩河床段進行壩基防滲處理；對溢洪道場區黃土狀土進行削坡并夯實處理，邊坡高寬比建議采用1∶1.50～1∶1.75，并對邊坡進行襯砌。