青墩水库主坝安全性能分析

王立伟 王丽丽

（1.诸城市青墩水库运营维护中心，山东 诸城262200；2.诸城市舜王街道农业农村服务中心，山东 诸城262200）

1 工程概况

青墩水库位于山东省诸城市，工程于1959年11月开工，1960年7月建成。其后经过多次加固处理。目前水库遗留问题主要有：主坝坝基清基不够彻底，其心墙底部的截水槽距离基岩高度为3.2m左右，水库坝基的渗漏量比较大。主坝的背水坡存在凹陷缺土，设计坝坡不足等问题。

根据实地情况调查，结合施工及运行管理资料，并进行室内击实试验、渗透性试验等，整理出安全鉴定综合评价报告，对青墩水库安全评价结果为：主坝的坝顶高程、防浪墙顶高程两项均不满足1000年一遇的防洪标准；主坝心墙顶部高程也不满足1000年一遇防洪标准，坝体黏土心墙的压实度、渗透系数等指标不满足现行规范要求，大坝填筑砂壳的相对密度、渗透系数也达不到现行规范的要求；主坝大坝的清基不够彻底，黏土心墙底部的截水槽与坝基基岩间存在贯通的渗漏通道，水库历年渗漏量普遍较大；心墙截水槽、坝后坡渗流出逸点渗透的比降不满足规范要求，存在渗透破坏的风险；在地震工况下，主坝的上游坝坡、上下游坝脚均会出现大面积的液化区域，有震动液化风险；坝后坡的局部缺土，坝顶交通路面也存在损坏现象。综合评定，青墩水库大坝的安全类别，应为三类坝。

根据以上安全鉴定的结论，以及运行管理单位的核查意见，需尽快对青墩水库实施除险加固工程，消除隐患，保证工程正常运行，发挥其应有的综合效益。

2 主坝坝体

2.1 基本情况

大坝壤土心墙：在92.00m高程以上，结构形式为竖直心墙，根据历史资料，属于后期填筑的心墙，对两次填筑心墙的接触部位进行综合性注水试验，测得渗透系数为3.16×10-4cm/s，超过规范规定，应该采取适当的除险加固工程处理措施，以消除隐患。在92.00m高程以下，经击实试验结果，心墙壤土压实度为0.93左右，不满足规范0.96的要求，压实度不足；渗透试验的结果，心墙壤土的渗透系数在2.33×10-5～3.62×10-5cm/s，不满足现行规范的要求；心墙壤土的黏粒含量、塑性指数两项指标，均能符合现行防渗土料技术质量指标要求。

上下游坝壳：填筑上游坝壳土质为粉土质细砂，状态为松散到稍密，含泥量（主要成分为黏粒、粉粒）偏大，不符合坝壳填筑料颗粒技术指标的标准；经室内试验，其相对密度在0.58～0.72，小于0.70的占83.3%，不符合现行SL274—2020《碾压式土石坝设计规范》的填筑标准；同时上游坝壳粉土质细砂存在地震工况下的液化问题。下游坝壳填筑土主要为黏土质粗砂，状态稍密，其含泥量（主要成分为黏粒、粉粒）较大，经渗透试验结果，渗透系数小于1×10-3cm/s，不符合坝壳填筑料质量要求。相对密度在0.61～0.66，均小于于0.70，达不到SL274—2020《碾压式土石坝设计规范》规定的填筑标准。

2.2 坝体存在的问题

根据勘察结果，对心墙工程地质条件进行评价。压实度方面：通过对现场取心墙原状样15组进行室内击实试验，试验结果为干密度范围值在1.52～1.69g/cm3，最大干密度为1.76g/cm3，按规范压实度标准为0.96时，对应干密度应达到1.69g/cm3；本次参与统计的土样有73.3%达不到压实度0.96要求。渗透性方面：采用注水试验的方法，确定渗透系数在2.33×10-5～3.62×10-5cm/s，坝体柱状心墙段的渗透系数为3.16×10-4cm/s，根据碾压式土石坝设计规范中心墙防渗土料渗透系数不大于1×10-5cm/s的规定，主坝心墙的渗透性偏大，渗透系数不符合规范要求。心墙土压实度、渗透性、黏粒含量等质量评价指标按SL251—2015《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》有关防渗体土料质量指标评价标准：黏粒含量、塑性指数符合防渗土料技术要求。心墙与防浪墙接触部位，通过坝顶探坑探测显示，防浪墙嵌入心墙约0.2m，防浪墙与心墙接触良好，没有渗漏隐患。

上游坝壳的质量评价。液化区域判别方面：上游坝壳砂的细小粒径（指小于5mm颗粒）含量按质量百分率为94.4%～98.7%，普遍大于30%；其中黏粒（指粒径小于0.005mm颗粒）含量质量百分率为2.2%～4.2%，而规范规定地区动峰值加速度0.15相对应的17%，初判为液化土。采用标准贯入锤击数法对上游坝壳砂液化可能性进行复判，并结合钻孔资料进行计算，判定上游坝壳砂为液化土层。

下游坝壳存在的问题及工程地质评价：下游坝壳黏土质粗砂按SL251—2015《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》规定，青墩水库填筑料质量指标评价为：含泥量（主要成分为黏粒、粉粒）偏大，不符合现行规范坝壳砂砾料质量要求；经渗透试验结果，渗透系数为6.72×10-4cm/s，小于1×10-3cm/s，不符合现行规范坝壳砂砾料质量要求。下游坝壳材料为粒土质粗砂，其相对密度在0.61～0.66，均小于0.70。根据SL274—2020《碾压式土石坝设计规范》、SL260—2014《堤防工程施工规范》要求，不符合压实度要求。

防浪墙与心墙情况：主坝为2002年除险加固时修建，目前墙体完整，不存在墙体松动、开裂、破损等情况，整体状况良好。通过对两次心墙接触段进行综合注水试验，得渗透系数为3.16×10-4cm/s，渗透性较大，应该采取适当的加固工程处理措施。下部心墙壤土压实度不满足0.96的要求，达不到现行规范要求；渗透系数不符合要求；黏粒含量、塑性指数范围值符合防渗土料技术要求。

2.3 坝基存在的问题

坝基的松散堆积物：坝基第四系松散沉积物为黏土质中粗砂，主要分布于主坝桩号0+385～0+750段，厚度3.90～4.80m，密室状态为稍密到中密状态，当年清基工作不够彻底，上下游已经形成贯穿性通道，形成了集中透水带，具有较大的风险，应及时处理。

坝基基岩：坝基岩体为强风化和中等风化状态白垩系角砾岩组成。强风化带岩芯破碎，属于中等透水，透水率为17.6Lu；中等风化带岩芯为单柱长度可达80cm的柱状分布，属于弱透水，透水率在7.1～8.8Lu。

渗透变形：坝基中粗砂按规范允许水利比降值为0.35，为流土型渗透变形。在地震工况下，坝基的中粗砂层为可液化土层，应采取加固处理措施。

3 主坝拟采用的加固工程措施

3.1 坝基及心墙隐患加固处理

坝基及心墙的加固，拟采用塑性混凝土防渗墙型式，其加固范围为设计桩号0+000～0+510，防渗墙的轴线位于坝轴线的上游约3.0m处，底部的入岩深度为1.5m，墙顶高程为94.85m，其顶部采用方块石防浪墙，用M10砂浆砌筑，周围采用黏土包裹，宽2m厚1m。根据水工设计手册及其他典型工程经验，青墩水库加固工程的塑性混凝土防渗墙厚度，经计算分析确定为0.5m，施工参数控制为：孔斜率小于3‰。施工工艺为液压抓斗配合冲击钻施工。

3.2 上游坝坡液化区域处理

对主坝上游砂壳的液化区域，采用翻压加固结合压重方案进行处理。拟定对青墩水库主坝上游部分坝段采用风化料压重，范围为设计桩号0+000～0+492，一部分坝段采用抛石压重范围为设计桩号0+000～0+467。

主坝局部的坝轴线调整及护坡加固：现状坝顶的防汛路存在急弯段，弯道的轴线半径为18.5m，范围为桩号D0+021～D0+240.2（设计桩号0+000～0+194）段，不满足规范要求。坝轴线经调整后设计桩号为0+000～0+194，防汛道路弯道半径变为110m，大坝轴线长度缩短25.2m。断面尺寸与主坝形同，在东放水洞中轴线的左右各20m的范围采用壤土填筑，其控制压实度大于0.98，其余部位采用砂壳筑坝，同老坝段相同，控制相对密度大于0.8，两侧采用塑性混凝土，防渗墙插入壤土坝段长度均为18m。