嚴把生態環保閘門推動高質量發展
——關于北朱解水庫大壩質量的研究

季珊，季金銘

1.濰坊市水利建筑設計研究院有限公司；2.北京市市政工程設計研究總院有限公司

一、區域地質

北朱解水庫位于諸城市密州街辦北朱解村南100m，水庫附近在地貌單元上屬剝蝕殘丘-沖洪積地貌，南朱解向東至高疃附近為剝蝕殘丘，北朱解村附近屬山前沖洪積扇，水庫位于該沖洪積扇的末端。水庫位于濰河水系蘆河支流的末端，下距蘆河干流僅1.3km，該支流呈東南—西北走向。流域內地層巖性較簡單，出露的地層主要為白堊系下統青山群及上統王氏群及全新統松散堆積物。

據《山東省區域地質》，北朱解水庫所處的大地構造單元屬華北板塊(Ⅰ)-膠北地塊(Ⅱ)-膠北隆起及坳陷區(Ⅲ)-膠萊坳陷(Ⅳ)-諸城凹陷(Ⅴ)。

庫區位于諸城凹陷內，水庫南距郝戈莊斷裂5km左右，北距百尺河斷裂8km左右。前者為早、中更新世活斷層，后者為第四紀不活動斷層或隱伏斷層，庫區8km范圍內無全新統或晚更新統活斷層，地震基本烈度Ⅶ度半，屬構造較穩定區～較不穩定區。

據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），樞紐附近地震動峰值加速度等于0.15g。

水庫附近地下水包括基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。

二、壩體工程質量

（一）壩體外觀

通過2009年除險加固，大壩(主壩與副壩)上游坡采用漿體塊石護砌，上游坡坡比1：2.4，坡面坡率比較均一，曲面處理比較好，塊石形狀較規劃，尺寸較均一，砂漿勾縫飽滿，無脫落、塌陷、淘蝕等現象，僅在防浪墻底處未用塊石填充，不影響水庫的正常運行(圖1)。

圖1 上游坡

下游坡坡比1：2.3，全坡面用草皮護坡，局部坡面缺土；局部后坡堆放建筑垃圾；大壩排水溝漿砌石砂漿剝蝕脫落；大壩在2009年除險加固前，近50年間的運行，壩后一直無排水體。通過上次除險加固，壩后加設了貼坡排水，長度自放水洞向東直至河漫灘處。經過近10年的運行，以及受當時施工質量的影響，排水體部分塊石已松動，甚至脫落，且不密實，孔隙率過大。大壩無沉陷現象。

（二）壩體滲漏

壩體主要滲漏區分為兩部分，一部分是河床段，一部分是放水洞以西至上壩路段。

1.河床段滲漏

河床段滲漏范圍自右河漫灘處0+050附近始，向西直至0+250附近，長度200m左右，可聽到壩后潺潺流水聲，滲漏水流通過排水體排至壩后的樹林中。壩后0+125～0+175的護坡草皮在高程94m左右明顯不同于別處，勘察期間雖是陰歷臘月十八～十九(陽歷2017年1月15-16日)，其高度至少有50cm，可見在盛夏時節其長勢異常茂盛，由此可推斷壩體滲漏點不是一處或幾處，而是已連成片，且出逸點或滲漏點高程遠高于正常情況下均質壩體的出逸點高程(圖2)。

2.放水洞以西至上壩路段滲漏

放水洞以西段滲漏范圍自放水洞始，向西至上壩路，即樁號0+375～0+525，滲漏長度150m左右。壩后通過縱橫向排水溝將滲漏水排至壩后樹林處，受滲漏影響，同時受壩后草皮護坡局部損壞的影響，可見草皮下壩體土呈洇濕狀態(圖3)。

勘察期間水庫水位97.34m，已達興利水位，壩后河床段與放水洞以西段普遍出逸，尤其河床段0+125～0+175護坡的草皮在高程94m左右明顯不同于別處，勘察期間呈洇濕狀態，滲漏水流沿河漫處的排水溝排至壩后樹林。通過放水溝排滲水與草皮異常茂盛，說明壩體存在滲漏現象，因存在滲漏，排水體未起到應有的作用。

（三）壩體土巖性特征

1.河床段

針對河床段壩體滲漏問題，相應在河床段壩體的壩頂布置3孔，ZK 1與ZK 2位于河床，ZK 3位于河床與右漫灘處共布置3孔。

ZK 1揭露壩體土質壓實不均一，固結程度極低，甚至未固結。巖芯1.8m～5.2m，淺黃褐色，基本呈松散狀，質軟，手捏即散、碎，固結度極低，填筑質量差；巖芯5.2m～9.4m，淺黃褐色，呈短柱狀，具一定固結度，手捏不散、碎，填筑質量較好；巖芯9.4m～10.6m，淺灰色、淺褐灰色，具極大的泥臭味，以淤泥夾層形式產出，手捏即軟，填筑質量差，土質差；巖芯10.6m～11.6m，黃褐色、巖芯呈短柱狀，具一定固結度，填筑質量較好；巖芯11.6m～15.2m，黃褐色、深黃褐色，巖芯部分呈長柱狀，為泥質砂巖的全風化產物。

ZK 2揭露壩體土質壓實程度低，土質不均一。巖芯0～2.8m，淺黃褐色，土質不均一，夾雜泥巖碎屑；巖芯2.8～5.3m，淺黃褐色，呈碎塊狀，土質不均一，夾雜泥巖碎屑，壓實程度低，固結度低，呈松、散狀；巖芯5.3～7.2m，淺黃褐色，呈短柱狀，土質較均一，具一定固結度，填筑質量較好；巖芯7.2～10.3m，黃褐色，土質較均一，巖芯呈長柱狀，為泥質砂巖的全風化物。

ZK 3揭露壩體土壓實程度低，土質不均一。巖芯0～2.8m，深黃褐色，局部呈短柱狀，壓實程度低，固結度低，填筑質量差；巖芯2.8m～5.2m，淺黃褐色，土質不均一，混雜大量泥巖碎屑，其表面被泥皮包裹，可定為碎石土，壓實程度低，固結度低，填筑質量差，土質差；巖芯5.2m～8.1m，淺黃褐色，土質較均一，呈碎塊狀，壓實程度低，固結度低，填筑質量差；巖芯8.1m～10.5m，黃褐色，土質較均一，巖芯呈長柱狀，為泥質砂巖的全風化物。

2.放水洞以西至上壩路段

ZK 4與ZK 5位于放水洞以西至上壩段，ZK 4位于放水洞西30m處，ZK 5位于上壩路東50m，分別控制壩體滲漏與揭露壩體土巖性特征。ZK4揭露壩體土質不均一，呈柱狀，巖芯7.2m～8.0m為粉土，其余為黏性土，填筑質量較好。ZK5揭露壩體土質不均一，呈短柱狀，壓實度較差，固結度低，填筑質量較差。

（四）壩體填筑土工程性質

河床段布置3孔。分別從標準貫入試驗、干密度、壓縮性與飽和度四個方面評價壩體填筑土工程性質或填筑質量。

1.標準貫入試驗

通過原位測試揭露壩體土標準貫入擊數分布不均一(表1)。據SL 274-2020《碾壓式土石壩設計規范》，貫入擊數≤4擊的為軟黏土。該土具有天然含水率高、透水性小、抗剪強度低、壓縮性大、靈敏度高的特點。

表1 河床段壩體土標準貫入擊數

3孔均揭露壩體土部分具軟黏土特征，其他指標雖不能完全確認為軟黏土，但作為評價其工程質量優劣最有力方法的原位測試方法，即標準貫入試驗，充分說明其壩體土因施工質量差，填筑不密實，具軟黏土特征。

2.干密度

水庫周邊附近第四系松散沉積物時代為晚更新統，即壩體填筑土成土時代為晚更新統，成因為沖洪積物,其通過輕型擊實試驗可獲得的最大干密度一般為1.65g/cm3，據 SL 189-2013《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》的5.2.2條，合格壓實度為93.33%，相應的合格干密度為不小于1.57g/cm3；水庫附近地震動峰值加速度0.15g，據GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》的表3.2.2，基本烈度或設計烈度Ⅶ度，該度對應的地震動峰值加速度分為兩檔，一檔為0.10g，另一檔為0.15g，前者對應的烈度實為Ⅶ度整，后者對應的烈度實為7度半。若采用四舍五入方法，壩體填筑合格壓實度應為97%，相應的合格干密度為不小于1.60g/cm3。

由此，合格標準若采用1.57g/cm3，共取樣11個，合格數6個，合格率54.33%；合格標準若采用1.60g/cm3，共取樣11個，合格數4個，合格率僅36.4%。壩體土填筑質量差。

3.壓縮性

壩體土壓縮系數介于0.20～0.51MPa-1，除1個樣品數值高于0.50外，其余壓縮等級均為“中等壓縮性”。中等壓縮性是土力學教材關于土的壓縮性普遍分等指標，而軟黏土則是水利規范關于壩體填筑土填筑優劣(與通常意義上的工程性質并不等同)的專用術語。由此，根據后者，可將前者的中等壓縮性等級的上限定為數值(0.40+0.10)MPa-1，超過0.40而小于0.50的可描述為中等偏高壓縮性。由此，河床部分壩體土超過0.40的3個，占比27.3%，再計入呈高等壓縮性的，占比共36.4%。通過鉆探揭露，有三分之一的壩體土呈中等偏高壓縮性，填筑質量差。

4.飽和度

據一般的土力學知識，飽和度大于83.33%的，可視為土體已達到飽和狀態；達到100%時，為完全飽和狀態。共取樣品11個，飽和度介于77.0～96.0%，大于83.33%的占比54.33%，有近一半的樣品未達到飽和狀態。未達到飽和狀態的直接因素有二：一是含水率偏低或偏高，不利于飽和。樣品含水率基本介于22-24%左右，據SL 189-2013的5.2.2條，最優含水率允許偏差為±3%，由此可知，壩體樣品含水率基本在允許范圍之內。二是未壓密、壓實。壩體填筑時由于施工強度過大或壓實機具不合適或虛土厚度過大，導致填筑土含水率雖已達到要求，但由于土體顆粒在外部力量作用下未移動到合適位置以及顆粒間空氣未排出，致使未達到應有的飽和度,導致壩體土填筑質量差。

（五）壩體質量總體評價

根據以上壩體外觀、壩體滲漏、壩體土巖性特征、壩體填筑所用土料與標貫擊數、壓縮系數、壓實度、飽和度等指標，對大壩質量綜合評價如下：

（1）大壩上游壩坡護砌質量較好，水庫能正常運行。

（2）下游坡草皮護坡質量較好，排水體部分塊石已松動，局部脫落，且不密實，孔隙率過大。

（3）河床段滲漏自右河漫灘處0+050附近始，向西直至0+250附近，長度200m左右，可聽到壩后潺潺流水聲。

（4）放水洞以西段滲漏范圍自放水洞始，向西至上壩路，樁號0+375～0+525，滲漏長度150m左右。

（5）壩體填筑所用土料為黏性土，巖性合格。

（6）部分鉆孔揭露壩體土呈灰色，灰褐色，以淤泥夾層形式產出，不合格。

（7）壩體土呈中等偏高壓縮性，基本不合格。

（8）壩體土貫入擊數偏低，干密度偏低，飽和度偏低，壓實度偏低，基本不合格。

通過壩體外觀、壩體土質、壩體土工程性質分析，壩體工程質量不合格。

三、措施建議

（1）對河床段、放水洞以西段滲漏區域上游壩坡設置水泥攪拌樁截滲墻；

（2）下游貼破排水頂高程設在出逸點高程以上；

（3）加固下游縱橫向排水溝；

（4）大壩壩后缺土部位補土加固。