摘 要:在水利工程建设中,水库粘土均质坝体的质量评价主要有坝体土的含水率、干密度、渗透性、压缩性能、抗剪强度等重要指标。筑坝土体的这些指标直接影响着坝体的稳定性,坝体的稳定性对于水库的蓄水能力和防洪排涝能力是有着直接影响的,直接涉及到水库下游居民的生命财产安全。为确定水库坝体的质量是否达到规程规范和设计的技术要求,宜按坝体的不同部位区段进行质量评价。 
关键词:水库;坝体;浸润线;质量;评价方法 
  1 前言 
  水库大坝是水利工程水库的主要结构形式,为水库安全稳定运行充分发挥其职能作用。为了查明坝体的稳定性,就必须要对水库坝体质量进行相应的评价。本文以海伦市的几座小Ⅱ型水库为例,对水库的坝体进行了分析评价。 
  2 工程概况 
  几座水库位于黑龙江省海伦市境内,基本都属于克音河、扎音河、通肯河的支流,地理位置大概位于东经126°,北纬47°。其枢纽工程大都由土坝(均质粘土坝)、泄洪闸、输水洞等组成,为已建小型水库,集水面积大概是50(K)m2~70(K)m2,水库设计原主要指标为:校核洪水位(190m~196m),设计洪水位(188m~198m), 校核总库容(500×104m 3~600×104m 3),正常蓄水位(185m~195m),相应的库容(160×104m 3~175×104m 3),死水位(180m~191.0m),死库容(60×104m 3~100×104m 3),坝长约350m~650m,最大坝高约8.50m,土坝坝顶宽度4.50 m~11.5m,上游边坡1:1.5~1:3.5,下游边坡1:2.0~1:4.5。坝上游护坡局部出现沉陷,坝坡受风浪淘刷破坏较严重,坝顶路面凸凹不平,下游无排水设施,坝体与坝基接触处清基不彻底,水库存在着淤积现象。 
  3 水库区地质概况 
  该区地势平坦开阔,地面高程为194m~207m,地形起伏不大,呈岗阜状微起伏。微地貌景观较发育,主要有冲沟、湿地、洼地、沼泡等。该区位于松嫩平原北部地区,第四系松散层总厚度<50m,岩性为低液限粘(粉)土,含砾级配不良中粗砂,其下为白垩系泥岩砂岩。 
  该区地震动峰值加速度为<0.05g;该区地震动反应谱特征周期为0.35s;地震基本烈度值为<Ⅵ度,工程区内地壳总体是稳定的。 
  地下水主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水,第四系孔隙水为潜水类型,水量贫乏,补给来源为上游含水层的侧向径流和大气降水,以向下游含水层和蒸发方式排泄,潜水水位埋藏较深,十几米~几十米不等。 
  库岸由相对隔水岩体组成,表层有一定厚度的低液限黏土,其下岩性为泥岩,水库基本无渗漏问题,库岸基本稳定。库岸大部分地段岩性由低液限黏土组成,虽有零星居民住宅和耕地,但所处地势相对较高,库区村屯及农田一般不会发生浸没。库区及上游河床两侧地势相对较缓,固体径流物来源不多,水库不易发生淤积问题。 
  坝基基本可视为单一粘性土地基,岩性主要为低液限粘土(包括有机质土),为微弱透水性,中等压缩性土,不存在渗漏和渗透稳定问题。 
  4 现场取筑坝土样的方法和位置 
  现场采用SH-30型钻机进行钻探,采用孔内锤击法厚壁取土器,取土器为封闭式结构,壁厚为0.5cm, 高为75cm,直径为10.8cm, 在坝体选定的钻孔内,根据坝体浸润线高程进行取样,其中:在浸润线上部自坝顶面以下平均每2.0m取原状土一组;在浸润线0.5米以下开始,每2.0m取原状土一组,直至坝基顶部(详见坝体横断取原状图样示意图)。取出的土样及时用蜡密封,标明孔号位置,贴上标签,做好记录,不振动、不日晒、不雨淋、不冻结,直至送到有关实验单位。 坝体横断取原状图样示意图 
  5 土体的统计方法与土坝质量评价 
  5.1 土体的统计方法 
  在土体的各项力学指标统计上,是用土样所在浸润线上下区段进行分区统计的,即在浸润线以上的土体样放到一起统计,在浸润线以下的土体样放到一起统计,分别统计出各项指标的最大值、最小值、平均值。在浸润线以上部分的土样抗剪强度与固结试验均为天然状态下的,在浸润线以下部分的土样抗剪强度与固结试验均为饱和、固结、快剪条件下的数值。 
  5.2 土坝质量评价 
  5.2.1 坝体浸润线以上填土质量评价 
  坝体岩性为低液限粘土,总体呈可塑~硬塑状态,为微弱透水性,土的含水率(ω)最大值为33.3%,最小值为18.8%;平均值为24.2%;孔隙比(e)最大值为1.008,最小值为0.615,平均值为0.846;干密度(ρd)最大值为1.56g/cm3,最小值为1.36g/cm3,平均值为1.47g/cm3,密实程度偏低且差异较大;渗透系数(K)最大值为5.55×10-7 cm/s,最小值为7.10×10-8cm/s,平均值为1.42×10-7cm/s;压缩系数(αV(1~3))最大值为0.610MPa-1,最小值为0.234MPa-1,平均值为0.495MPa-1,为中等压缩性土;压缩模量(Es)最大值为6.54MPa,最小值为3.12MPa,平均值为4.07MPa;抗剪强度凝聚力(C)最大值为48.7KPa,最小值为10.0KPa,平均值为21.6KPa,内摩擦角(φ)最大值为23.6°,最小值为13.7°,平均值17.0°。 
  5.2.2坝体浸润线以下填土质量评价 
  坝体浸润线以下填土含水率(ω)最大值为38.9%,最小值为24.7%,平均值为27.8%;孔隙比(e)最大值为0.968,最小值为0.612,平均值为0.823;干密度(ρd)最大值为1.63g/cm3,最小值为1.31g/cm3,平均值为1.50g/cm3,密实程度偏低且差异较大;渗透系数(K)最大值为1.12×10-7 cm/s,最小值为1.36×10-5cm/s,平均值为1.45×10-6cm/s;压缩系数(αV(1~3))最大值为0.850MPa-1,最小值为0.223MPa-1,平均值为0.382MPa-1为中等压缩性土;压缩模量(Es)最大值为7.28MPa,最小值为2.55MPa,平均值为5.11MPa;抗剪强度凝聚力(C)最大值为34.8KPa,最小值为13.2KPa,平均值为20.5KPa;相对应的内摩擦角(φ)最大值为22.4°,最小值为15.1°,平均值17.8°。详见坝体土的物理力学性质指标一览表5-1。 
  6 结论 
  综上所述:坝体浸润线以上填土质量与坝体浸润线以下填土质量的各项力学指标有一定的区别。坝体浸润线以上含水率低,压缩模量较小,压缩系数较大;坝体浸润线以下含水率相对较高,压缩模量相对较大,压缩系数相对较小。建议设计部门针对坝体不同部位区段采用合理的指标,以免给工程带来不必要的经济损失。 
  参考文献 
  [1]SL274―2001,碾压式土石坝设计规范[S]. 
  [2]GB50287―99,水利水电工程地质勘察规范[s].