楚楼水库除险加固工程地质问题分析

王妍妍，孙丽，张建全，陈平货

（1.桐柏县龙潭河水库管理所，河南 桐柏 474750；2.桐柏县应急管理局，河南 桐柏 474750；3.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

1 工程概况

楚楼水库位于河南省荥阳市区南2.50 km，为淮河流域贾鲁河支流索河中游梯级开发的三座中型水库之一。水库设计最大库容1 564 万m3，主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水管等。大坝坝顶高程156.20 m，最大坝高26.20 m，现坝顶宽27 m。

溢洪道位于大坝西侧约100 m 处，现状仅有陡坡段已衬砌。陡坡段上游进口未衬砌，下游消力池、海鳗及尾水渠段为一自然冲沟，两岸为植被苗圃，岸坡陡立，多处岸坡出现坍塌现象。输水管位于大坝桩号0+295处。

2 工程水文地质条件

2.1 工程地质条件

2.1.1 地形地貌

楚楼水库属淮河流域贾鲁河支流索河中游的一座中型水库，水库左岸为阶地，右岸为陡壁，库区两岸为第四系黄土状土；溢洪道处自陡坡以下为一自然冲沟，近呈“V”字型，沟深切约10 m，沟壁陡立，多处有坍塌现象。

2.1.2 地层岩性

坝址区在勘探深度范围内揭露地层除坝体人工填土外，主要为第四系全新统冲积成因的低液限粘土、砾石、上更新统冲积成因及中更新统坡洪积成因的低液限粘土。坝址区地层根据时代、成因、岩性及其物理力学性特征，共划分为4个土体单元。一是人工堆积：主要为筑坝土，岩性以低液限粘土为主。二是第四系全新统（Q4al）：冲积成因，主要分布于河床段坝基，岩性主要为低液限粘土及含细粒土砾。三是第四系上更新统（Q3al）：低液限粘土，主要分布于沟两岸上部，层底高程135.56～139.65 m。四是第四系中更新统（Q2dl+pl）：低液限粘土，浅棕红色，硬塑至坚硬状，可见黑色铁锰质斑点，略显镜面，干强度高，该层未揭穿。

2.1.3 土体物理力学性质

第①层素填土（低液限粘土）：液性指数范围值-0.50～0.43，平均值0.04，为硬至可塑状；压缩系数平均值0.26 MPa-1，具中等压缩性；标贯击数平均值9 击。第②层低液限粘土：液性指数0.38；压缩系数0.30 MPa-1，属中等压缩性；标贯击数平均值5 击；土静探锥尖阻力qc=1.12 MPa，侧壁摩擦力fs=46.80 kPa。第③层低液限粘土：液性指数范围值-0.29～0.14，平均值-0.05；压缩系数范围值0.19～0.47 MPa-1，平均值0.30 MPa-1，属中等压缩性土；标贯击数平均值7击；湿陷系数范围值6.00×10-3～6.90×10-2，其中不小于1.50×10-2的占71.40%，为轻微～中等湿陷性土；静探锥尖阻力平均值2.24 MPa，侧壁摩擦力平均值96 kPa。第④层低液限粘土：液性指数范围值-0.17～0.43，平均值0.13；压缩系数范围值2.20×10-2～7×10-2MPa-1，平均值4.60×10-2MPa-1，属低压缩性土；标贯击数平均值13击；自由膨胀率平均值24.80%，不具膨胀潜势；静探锥尖阻力平均值5.26 MPa，侧壁摩擦力平均值239.90 kPa。

2.2 水文地质条件

工程场区地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水，测得地下水位高程129.88～129.95 m。场区库水位高程约145.10 m，坝址区在勘探深度范围内所测得坝顶钻孔地下水位高程138.96～139.45 m。这些水位均不是场区天然地层中的水位，而是库水渗入坝体的结果。对工程区各粘性土层取原状土作室内渗透性试验，并对河床段坝基下部Q4al砾石作了现场钻孔注水试验。

由试验可知，第①层素填土（低液限粘土）为弱透水，第②层低液限粘土为中等透水，第③层含细粒土砾为强透水，第④层低液限粘土均为弱至中等透水层。

3 坝址区工程水文地质问题及评价

3.1 坝体填土质量评价

水库大坝填土击实试验结果，干密度Pd=1.74（g/cm3），碾压合格标准为Pd=1.67（g/cm3），根据干密度统计成果，考虑到总体填筑情况，将填土干密度作为填筑土质量评定依据，将Pd≥1.67（g/cm3）定为填筑质量较好，Pd＜1.67（g/cm3）的定为填筑质量差。

填土天然干密度Pd范围值1.54～1.81（g/cm3），其中Pd≥1.67（g/cm3）者占44%，Pd＜1.67（g/cm3）者占56%。大坝填土填筑质量差异较大，由于碾压不均，总体评价填筑质量较差。

3.2 坝基渗漏问题

河床段坝基为第②层低液限粘土及第③层含细粒土砾，其渗透系数分别为2.60×10-4和8.80×1.50×10-3～1.50×10-2（cm/s），具中等～强透水性。筑坝时靠近右岸主河床段虽做粘土心墙处理，但处理宽度较窄，靠近左岸台地下部没有清至第④层低液限粘土。因此存在库水通过第②层低液限粘土及第③层含细粒土砾渗漏问题，为坝基渗漏主要原因。

该水库开始蓄水，库水位高程超过143 m时，在大坝背水坡左岸台地上（现大坝桩号0+90～0+150段）即有渗浸现象，在水位高程达到145 m时渗水严重，成管涌状，渗漏通道主要为第②层低液限粘土及第③层含细粒土砾。后来对此作了临时导渗处理，并将库水位控制在高程145 m。经过该次处理，渗水现象有所改善，但并没有从根本上得到治理，大坝仍潜伏着危险。

坝体下部河床两岸坡分布的第④层Q3al低液限粘土渗透系数为6.70×10-6～7.30×10-4（cm/s），具弱～中等透水性，存在库水通过第④层低液限粘土渗漏问题。

综上所述，河床段坝基第②层低液限粘土及第③层含细粒土砾为大坝渗漏的主要原因，但两岸第④层低液限粘土局部具中等透水性，因而防渗处理措施应主要针对河床段坝基及两岸坝肩渗漏原因综合考虑。

3.3 黄土状土的湿陷性问题

溢洪道两岸广泛分布的第④层低液限粘土，具黄土状土特征。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》，由表2 可知，湿陷系数≥1.50×10-2的占57.10%；湿陷系数范围值为6.00×10-3～6.90×10-2，具轻微～强湿陷性。汛期时，两岸的黄土状土长期在水力作用下会产生沉陷导致岸坡的坍塌。作为溢洪道的岸坡，需对该层进行削坡，并同时进行护坡衬砌处理。

4 各土体单元物理力学指标建议值

经勘探试验和分析，各土体单元物理力学指标建议值见表1、表2。

表1 各土体单元的物理性指标建议值表

表2 各土体单元力学性指标建议值表

5 结语

场区地层除坝体人工填土外，主要为第四系全新统冲积成因的低液限粘土、含细粒土砾、上更新统冲积成因及中更新统坡洪积成因的低液限粘土。主要存在坝体填土质量差、坝基渗漏问题、溢洪道场区黄土状土湿陷等工程地质问题。需对大坝坝体进行灌浆处理，对大坝河床段进行坝基防渗处理；对溢洪道场区黄土状土进行削坡并夯实处理，边坡高宽比建议采用1∶1.50～1∶1.75，并对边坡进行衬砌。