关于西泉眼水库坝体质量问题的分析与评价

郭永权

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 工程概况

西泉眼水库位于松花江右岸一级支流阿什河上游，距阿城区约45 km。是一座以防洪、灌溉、排涝为主，兼顾养鱼、旅游、发电等综合利用的大(Ⅱ)型水利枢纽工程。水库正常蓄水位为209.9 m，正常蓄水位以下库容为3.06×108m3，枢纽工程主要由土坝、溢洪道、输水洞、电站等组成，最大坝高为39.20 m，坝型为黏土心墙砂壳坝。

西泉眼水库工程于1992年开始动工建设，1997年投入试运行，在蓄水运行过程中，先后发现上游坝坡大面积不均匀沉陷变形、坝顶防浪墙倾斜开裂、溢洪道两侧下游坝坡在冬季出现“挂霜”、下游局部坝坡出现裂缝滑坡、溢洪道边墙局部倾斜并渗水等现象，存在安全隐患。

2 地质概况

坝址位于张广才岭支脉大青山西南麓，阿什河的上游，坝址处滩地狭窄，两岸极不对称。左岸为坡洪积台地，台面向河谷微倾，坡度在10°～15°，由黏土夹碎石和含泥砂卵石构成;右岸为低山，地面高程在300～500 m，相对高差在100 m左右，山坡较陡，在30°～70°，坝肩处近于直立;岩石裸露。并于山前发育有小规模的坡积裙;河床宽约50～60 m，两侧发育有狭长条带漫滩，由黏土、中粗砂、砂卵石等构成。

坝址区地层主要有二迭系上统五道岭组(P2w)和第四系松散堆积层。

二迭系主要有流纹岩及安山岩，第四系松散堆积层主要有5层:

1)卵石混合土(含泥砂卵石)，褐黄色～青灰色，较密实，颗粒大小极不均匀，以卵石为主，砂砾石次之，并含有较多黏粉粒，即所谓“泥砾”;埋藏于坡洪积台地底部碎石混合土层以下，厚度8 m左右。

2)级配不良粗砂:褐黄色，密实，以粗砂为主，砾石次之，含少量中细砂和卵石，断续分布于碎石混合土层之下，厚度在2.30～5.90 m。

3)碎石混合土(黏土夹碎石):褐棕色～灰黄色，密实，黏性强，颗粒大小极不均匀，以碎石为主，砂砾石次之，并含有较多黏粉粒;分布于坡洪积台地上部，厚度2～35 m。

4)卵石混合土:黄褐色～灰褐色，密实;颗粒以卵石为主，砾石次之，中粗砂少量;分布于河床及漫滩下部，厚度连续稳定，在3.0～5.8 m，顶面高程在186～187 m。

5)低液限黏土:黄色，稍湿，可塑状，黏性中等;分布于两岸滩地表层，厚度为0.5～2.5 m。表层见有厚度为0.20～0.50 m的有机质土，其下局部见有含砂低液限黏土透镜体。

3 坝体质量

3.1 黏土心墙

黏土心墙主要由含砾低液限黏土构成，以低液限黏土为主，含有少量碎石，局部见有块石;局部碎块石含量较大且有碎石集中现象。颗粒分析试验中粗粒含量 ＞40%的占18.8%;密度测试干密度指标未达到设计标准的占56%。

心墙料的最优含水率在17.0%～18.6%，塑限在19.2%～22.3%。含水率测定试验中含水率大于塑限的占31%。

室内渗透试验渗透系数指标＞1×10－5cm/s的占测试样品总数的37.5%;钻孔注水试验渗透系数指标＞1×10－5cm/s的占测试孔段总数的59.5%。

室内三轴饱和固结不排水剪切试验和饱和压缩试验，抗剪参数平均值为C=51.6 kPa、φ=13.3°，范围值为C=31.8 kPa～75.9 kPa、φ=8.5°～20.0°;压缩性指标平均值为 a1－3= 0.25 MPa－1、Es=7.19 MPa，范围值为 a1－3=0.11 MPa－1～0.40 MPa－1、Es=4.30 MPa～14.00 MPa。室内天然快剪试验和饱和压缩试验，抗剪参数平均值为C=49 kPa、φ=16.1°，范围值为C=11 kPa～72 kPa、φ=10.0°～25.0°;压缩性指标平均值为a1－3=0.34 MPa－1、Es=5.21 MPa，范围值为a1－3=0.18 MPa－1～0.56 MPa－1、Es=3.31 MPa～9.31 MPa。

部分心墙料的粗粒含量＞40%，不符合设计标准;大部分心墙料的含水率接近塑限或最优含水率，有一部分心墙料含水率大于塑限最大值;大部分心墙料干密度没有达到设计的压实度指标;大多数心墙料渗透系数指标没有达到设计防渗料的渗透性指标。

3.2 黏土心墙下游反滤层

反滤料为级配不良砾，砾石含量在62%～66%，且含有13%左右的卵石，其颗粒组成与下游坝壳料基本接近，从其密实性指标来看，开挖深度内的干密度为1.69 g/cm3～1.99 g/cm3，相对密度在0.65～0.78。由此可知反滤层局部不满足设计要求的控制相对密度≥0.70～0.75的要求。

3.3 上游坝壳

上游坝壳主要由碎石混合土构成，局部为碎石、含碎石低液限黏土、粉土质砾或低液限黏土，偶见有块石;上游坝壳料的填料粒径基本满足设计要求，局部上游坝壳的压实度不够，没有达到设计要求。

3.4 下游坝壳

下游坝壳料表层主要由卵石混合土构成，局部为级配不良砾，并含有块石、漂石，个别地段为块(漂)石层。坝壳料的密实度差异性较大，无规律可言。局部漂石粒径达100 cm以上，块(漂)石间空隙较大，结构松散，有架空现象，可见空洞，并见有含细粒土砾薄层。

下游坝壳密度试验未达到设计标准的占试验组数的40%，相对密度指标分别为0.21、0.46，远小于设计标准。

3.5 溢洪道两侧下游坝壳

溢洪道右侧表层为碎石护坡，其下为碎石混合土(局部为级配不良砾)，主要由碎石、砾及风化碎屑等构成，含少量块石和黏土，较松散，碎石含量在20%左右。溢洪道左侧表层为碎石护坡，灰色，松散，以碎石为主，可见块石，粒径最大可达50 cm，厚0.50 m;其下为级配不良砾，黄褐色，松散，厚度为1.00 m;下部为混合土碎石，灰色，较松散，主要由碎石、砾及风化碎屑等构成，含少量块石和黏土。

溢洪道下游坝壳探坑测试左侧天然湿密度1.80 g/cm3，相对密度为0.56;右侧天然湿密度1.70 g/cm3，相对密度为0.32，远小于设计标准。

4 分析与评价

黏土心墙主要由含砾低液限黏土构成，含有少量碎石，并局部见有块石，个别孔段有碎石局部集中现象;一部分心墙料的粗粒含量＞40%，不符合设计标准;大部分心墙料的含水率接近塑限或最优含水率，有一部分心墙料含水率大于塑限最大值;大部分心墙料干密度没有达到设计的压实度指标;大多数心墙料渗透系数指标没有达到设计防渗料的渗透性指标。因此，可以认为，局部地段黏土心墙施工质量控制不严，填筑质量较差，没有达到设计要求。

黏土心墙后反滤层上部表层由级配不良砾构成，反滤层的颗粒组成未按设计要求的中粗砂颗粒进行填筑，其表层的相对密度在0.65～0.78，不完全满足设计要求。

上游坝壳主要由碎石混合土构成，局部为碎石、含碎石低液限黏土、粉土质砾或低液限黏土，偶见有块石;上游坝壳料的填料粒径基本满足设计要求，但压实度不够，没有达到设计要求。

下游坝壳主要由级配不良砾构成，局部为级配不良砂，个别地段为含砂砾低液限黏土。不均匀性较大，密实度差异性较大。下游坝壳局部地段施工质量控制不严，填筑质量较差。

溢洪道两侧下游坝壳主要为碎石混合土或混合土碎石，局部级配不良砾，并见有块石，左侧相对密度为0.56，右侧为0.32，基本未经碾压或碾压不实，回填质量较差。

［1］ 黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省哈尔滨市西泉眼水库大坝安全评价工程地质勘察报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2005.

［2］ 黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省哈尔滨市西泉眼水库应急维修工程地质勘察报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2007.

［3］ GB 50287—99，水利水电工程地质勘察规范［S］.