碾盘山水库地质问题及评价

2016-10-17郭净芳葛仁涛陈平货汝阳县水利局河道管理所河南省水利勘测有限公司

河南水利与南水北调 2016年8期

□郭净芳　□葛仁涛　□陈平货（汝阳县水利局河道管理所；河南省水利勘测有限公司）

碾盘山水库地质问题及评价

□郭净芳1□葛仁涛2□陈平货2（1汝阳县水利局河道管理所；2河南省水利勘测有限公司）

碾盘山水库淮河支流潢河下游右岸，是一座防洪、灌溉等综合利用的小型水库，为均质土坝，坝体填筑土料主要为粉质粘土。坝址区清基处理不彻底，坝体填土质量差。文章针对坝体与坝基接触带渗漏、坝基渗漏等工程地质问题进行分析、评价，对类似工程的建设管理具有借鉴作用。

水库；地质问题；评价

1　工程概况

碾盘山水库位于潢川县谈店乡老店村，处在淮河支流潢河下游右岸处,水库建成于1972年，控制流域面积1.44 km2，总库容137.20万m3。是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖、人畜饮水等综合利用的小（1）型水库。主要建筑物有大坝、溢洪道、输水洞等。

2　坝址区工程水文地质条件

2.1地形地貌

发育坝址区位于小潢河右岸，冲沟内，沟宽200～400m，坝址处沟底最低高程33.20m。该处小潢河河谷呈“U”型，河床宽约400m，河底高程30～32m左右。

2.2不良地质现象

主坝左坝肩下游桩号0+200～0+240、高程43.44～46.18m之间存在滑塌现象，滑塌体约500m3。

2.3地层岩性及其结构特征

据地质测绘及钻孔揭露，坝址区地层岩性为第四系上更新统冲、坡积（alplQ3）粉质粘土、第四系全新统冲洪积（alplQ4）粉质粘土。根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征，现由老到新分述如下：

2.3.1第四系上更新统（alplQ3）

粉质粘土：在库岸坡顶呈棕黑色，硬塑状，在库岸坡脚、两岸坝肩和部分坝基，呈棕黄色、棕红色，局部褐黄色，可塑～坚硬状，含少量铁锰质结核，粒径一般2～3mm，裂隙面可见黑色铁锰质薄膜，土质较均匀；主要分布于水库库岸、两岸坝肩和主、副坝坝基，最大揭示厚度为16.50m（未揭穿）。

2.3.2第四系全新统（alplQ4）

粉质粘土：灰色，可塑状，含灰色砖碎块及红瓦片，土质不均匀；分布于主坝河床，揭示最大厚度为6m左右。

2.4地质构造

工程区位于秦岭-大别山隆起区东北部，由于厚层第四系沉积物的覆盖，库址区及其附近地表无地质构造形迹出露。2.5土体物理力学性质

勘察取原状土样作了室内物理、力学性试验，经综合分析整理，各土体单元物理和力学性指标统计成果列于表1、表2。依据试验成果，各土体单元物理力学特征评价如下：第①层粉质粘土（alplQ4）：天然含水量w平均值为28.5%，天然干密度平均值1.50g/cm3；液性指数范围值-0.10～0.29，平均值0.20，为硬～可塑状；压缩系数平均值0.22MPa-1，具中等压缩性。第②层粉质粘土（aldlQ3）：天然含水量w平均值为24.00%，天然干密度范围值1.46～1.71g/cm3，平均值1.58g/cm3；液性指数范围-0.10～0.24，平均值0.05，主要呈硬塑～坚硬状，局部呈可塑状；压缩系数范围值0.11～0.38MPa-1，平均值0.22MPa-1，具中等压缩性。

2.6水文地质条件

坝址区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要赋存于第四系孔隙中；枯水期地下水补给河水，汛期地下水受河水、大气降水补给，向下游排泄。

对工程区各土层取原状土作室内渗透性试验，并对坝体作3组钻孔的注水试验，各土体单元的渗透系数统计成果见表1。

由表1可知，第①层粉质粘土（alplQ4）渗透系数3.60×10-5cm/s，具弱透水性；第②层粉质粘土（Q3），渗透系数范围值1.30×10-6～8.80×10-6cm/s，具微透水性。

3　坝基工程地质条件评价

主、副坝坝基由第四系全新统、上更新统粉质粘土组成，第①层粉质粘土（alplQ4）渗透系数范围值3.6×10-5cm/s，具弱透水性；第②层粉质粘土（aldlQ3）渗透系数1.30×10-6～8.80×10-6cm/s，具微透水性，不存在坝基渗漏问题。坝基各土层均为可塑～硬塑状、中等压缩性，不存在软土层，工程地质条件较好。左岸下游岸坡靠坝肩处长50m左右坡度较陡，坍塌严重，建议对坝肩附近岸坡进行整治防护。

施工时虽然进行了清基，但清基不彻底，在钻进中发现，左坝肩N4孔在4m左右漏水，出现不回水现象，漏水量约120 L/m，漏水部位在坝体于坝肩的结合部位，在其下游坝坡于坝肩的结合部位亦出现散浸现象，并在坝脚部位形成沼泽化；在右坝肩下游坝坡于坝肩结合处亦有渗水现象，说明在坝肩与坝基接触带存在渗漏问题。

表1　各土体单元渗透试验统计成果表

4　坝体填土质量评价

4.1坝体填筑材料

坝体填筑土料主要为粉质粘土，黄色～棕黄色，据坝体填筑施工人员回忆，当时调集当地劳动力修筑大坝，土料含水量滑有检测就上坝。土块块径大的有20～30 cm，填土厚度不一，施工质量差。勘察期间，发现坝体有开裂现象，裂隙宽约0.10～1.00 cm，长约5m，呈锯齿状分布，见图1；坝前混凝土开裂、脱落，见图2。

图1　坝体裂缝图

图2　坝前混凝土开裂、脱落图

4.2坝体填土干密度指标

为了评价坝体填土质量，作了3组击实试验，击实试验成果表明，坝体土的最优含水量19.40%，最大干密度平均值为1.67 g/cm3。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》，粘性土压实度可取0.95～0.97，因此本次坝体质量评价采用压实度0.96、干密度1.60g/cm3进行坝体填筑质量评价。

4.2.1主坝

天然干密度试验组数23组，范围值1.43～1.68 g/cm3，平均值1.58 g/cm3；其中＞1.60 g/cm3的为11组，占47.8%，合格率仅47.80%；大坝填土由于碾压不均，填筑质量差异较大，整体填筑质量较差。

4.2.2副坝

天然干密度试验组数3组，范围值1.51～1.57 g/cm3，均<1.60g/cm3，均不合格，填筑质量很差。

4.3坝体渗透性

大坝填土渗透系数范围值6.60×10-6～3.30×10-4cm/s，平均2.10×10-4cm/s，具微～中等透水性，但钻孔注水试验所得渗透系数较大，原因是填土质量不均或填土存在较大空隙在取土样品中没有反映出来；在钻进中发现，N5孔在8.00m处漏水，出现不回水现象，钻孔漏水量大于泥浆泵流量（浆泵流量为120 L/min），通过钻孔注水试验知该部位渗透系数达3.30×10-4cm/s，钻孔水位高程（41.80m）与漏水部分基本吻合，说明在坝体钻孔水位以上坝体具有较大的浸水性。据现场观察，坝下游坡发现大坝桩号0+050～0+150、41.70m高程以下坝段有渗漏和散浸现象。说明主坝下游出现较多的散浸点与此浸水有关。

4.4坝体质量评价

从坝体填筑材料、坝体压实程度及坝体渗透性等综合分析来看，坝体填筑材料不符合要求，压实不均匀，透水性较强，坝体填筑质量较差，造成大坝沉降变形、坝体渗漏、散浸。各土体单元物理力学性指标建议值见表2。