西邊水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核與大壩安全評價(jià)

關(guān)英華，孫宇群，梁宏晨

(北安市水務(wù)局，黑龍江北安164000)

1 工程概況

西邊水庫位于通肯河六道溝右側(cè)支流上，壩址在北安市通北鎮(zhèn)西11 km，水庫控制流域面積19.60 km2，總庫容約為300.3萬m3。該水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(1)型水庫，設(shè)計(jì)灌溉面積80 hm2，水庫保護(hù)下游通克公路、立業(yè)村2 000人及400 hm2耕地。

西邊水庫始建于1958年，由人民公社組織群眾自行施工，施工質(zhì)量很差。1967年基本建成投入使用。水庫由大壩、溢洪道和輸水洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩長541 m，現(xiàn)狀壩頂高程為218.16～218.51 m，上游坡比為 1∶2.6～1∶3.0，下游坡比為1∶1.7 ～1∶2.1，壩頂有交通要求。輸水洞為鋼筋混凝土方涵，洞身斷面尺寸為1.2 m×1.2 m，設(shè)一扇木板閘門，設(shè)計(jì)最大引水流量為8 m3/s。溢洪道為開敞式漿砌石結(jié)構(gòu)，堰頂凈寬15 m，堰頂高程為215.80 m，最大泄量為33 m3/s。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

2.1 水庫規(guī)模復(fù)核

2.1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

西邊水庫原按20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，200 a一遇洪水校核。本次根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核后，西邊水庫屬于Ⅳ等工程，建筑物為4級，復(fù)核采用20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，100 a一遇洪水校核，灌溉保證率為75%。

2.1.2 興利規(guī)模

水庫原設(shè)計(jì)死水位213 m，死庫容31萬m3。根據(jù)水庫現(xiàn)有規(guī)模，考慮水庫淤積的影響以及冬季冰厚較大的因素，原定死水位偏低，不利于水庫養(yǎng)魚，本次復(fù)核將水庫死水位確定為214.8 m，相應(yīng)死庫容為118萬m3。

興利規(guī)模復(fù)核按死水位和年徑流計(jì)算及灌溉用水年內(nèi)分配確定水庫興利水位。經(jīng)計(jì)算水庫設(shè)計(jì)年來水量為86.2萬m3，年灌溉用水量約為80萬m3，年來水量大于用水量，興利庫容按年調(diào)節(jié)計(jì)算為44.9萬m3，水庫興利總庫容為162.9萬m3，相應(yīng)興利水位215.42 m。低于原設(shè)計(jì)興利水位，因此仍采用原設(shè)計(jì)興利水位215.8 m，相應(yīng)庫容191.6 萬 m3。

2.1.3 洪水調(diào)節(jié)

水庫現(xiàn)有溢洪道凈寬15 m，以堰頂高程215.8 m作為起調(diào)水位。按泄流公式計(jì)算水庫泄流量:

式中:取m=1.5;b=15m;H為堰上水頭，m。

采用水量平衡公式:

調(diào)洪計(jì)算成果見表1。

表1 調(diào)洪計(jì)算成果表

復(fù)核水庫設(shè)計(jì)洪水位216.47 m，校核洪水位217.07 m。

2.2 壩頂高程復(fù)核

壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和，分別按設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高和校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高計(jì)算，并選用其中較大值。

按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂在水庫靜水位以上的超高由下式確定:

經(jīng)計(jì)算壩頂高程:

正常情況:V正=設(shè)計(jì)水位+y正=218.40 m

非常情況:V非=校核洪水位+y非=218.60 m

壩頂高程計(jì)算成果見表2。

表2 壩頂高程計(jì)算成果表

設(shè)計(jì)壩頂高程取218.60 m，水庫大壩現(xiàn)有壩頂高程為218.16 m，未滿足設(shè)計(jì)要求需加高。

根據(jù)《大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定，經(jīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，大壩安全級別為C級。

3 工程質(zhì)量評價(jià)

3.1 壩體質(zhì)量及評價(jià)

工程地質(zhì)勘察所揭露的土層表明，壩體填筑土基本為低液限黏土，為黃色－黃黑色，出現(xiàn)了多個(gè)大孔隙比高壓縮性土。壩體填筑土的垂直滲透系數(shù)大部分為＜10－4cm/s，基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。壩體施工填料不均一，壓實(shí)固結(jié)質(zhì)量一般。

3.2 壩基穩(wěn)定性及滲透性評價(jià)

經(jīng)鉆孔取樣分析，壩基施工時(shí)清基一般，壩基主要為灰黃色－黑色低液限黏土，含有少量有機(jī)質(zhì)，壩基土穩(wěn)定性一般;壩基土為弱透水的黏性土層，未發(fā)現(xiàn)透水，壩基滲透穩(wěn)定。

3.3 溢洪道及輸水洞工程地質(zhì)條件及評價(jià)

通過勘察揭露發(fā)現(xiàn)，工程所在地區(qū)的巖土層為沖洪積低液限黏土，為微弱透水層，不可發(fā)生滲透破壞。

1層:壩體填筑低液限黏土，黃色－黃黑色，可塑厚度4.5 m。

2層:低液限黏土，可塑，弱透水，承載力特征值［R］=170 kPa，厚度2.8～3.0 m。

3層:低液限黏土，灰色，可塑，弱透水，承載力特征值［R］=170 kPa，厚度4.5～4.7 m。

工程基礎(chǔ)底板置于低液限黏土上，地基承載力特征［R］=170 kPa，與混凝土底板的摩擦系數(shù)建議值為f=0.25，地基的抗滑穩(wěn)定性一般。

綜上，壩體填筑基本為低液限黏土，質(zhì)量一般，土料不均一，施工質(zhì)量差，大壩上游只有部分干砌石護(hù)坡并且質(zhì)量很差，已不能起到保護(hù)壩體的作用。溢洪道和輸水洞堰體、消能防沖設(shè)施均已被沖毀，其他部分也毀壞嚴(yán)重，不能正常運(yùn)用，嚴(yán)重威脅大壩的安全。根據(jù)《大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定，水庫主體工程質(zhì)量綜合評價(jià)為不合格。

4 滲流安全評價(jià)

4.1 大壩滲流量計(jì)算

該水庫壩體和壩基上部均為低液限黏土，根據(jù)地質(zhì)資料分析，滲流采用不滲水地基計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，通過壩體總滲流量:①設(shè)計(jì)洪水位時(shí)Q總=3 256 m3/a;②校核洪水位時(shí)Q總=5 131 m3/a;③1/3壩高水位:Q總=289 m3/a。壩體滲漏量很小，不需做防滲處理。

4.2 滲透穩(wěn)定評價(jià)

大壩工程按壩后無水，壩前最大作用水頭下的出逸高度情況計(jì)算，經(jīng)計(jì)算:背水坡逸出口段J出逸=0.46;壩腳處比降:J=0.52;允許比降:J允=0.43。該背水坡出逸段及壩腳處均不滿足滲透穩(wěn)定要求，易發(fā)生流土現(xiàn)象，需在大壩背水坡做防滲處理，以增加滲透穩(wěn)定性。

輸水洞地基雖為低液限黏土，但洞身分縫處已脫節(jié)，引水流量較大時(shí)，產(chǎn)生接觸沖刷破壞，此處壩體滲流不穩(wěn)定。

根據(jù)《大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定，滲流安全綜合評價(jià)為C級。

5 大壩安全綜合評價(jià)

1)經(jīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，工程現(xiàn)有壩頂高程低于設(shè)計(jì)壩頂高程0.44 m。

2)大壩填筑質(zhì)量差，上游干砌石護(hù)坡質(zhì)量差，下游無貼坡排水，壩頂無通車路面，大壩工程質(zhì)量不合格。

3)壩下游坡出逸段及壩腳處滲透比降大于允許值，可發(fā)生滲透破壞，壩坡滲流不穩(wěn)定;輸水洞與壩體接觸處沖刷破壞，滲流狀態(tài)不安全。

4)溢洪道和輸水洞工程進(jìn)口段、消能防沖設(shè)施均已毀壞，閘門啟閉設(shè)備無法使用，整體工程不能正常使用。并且嚴(yán)重威脅著大壩的安全，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

5)無大壩觀測設(shè)施，運(yùn)行中工程有關(guān)指標(biāo)不能測定。

根據(jù)《大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》(SL258－2000)規(guī)定，綜合專項(xiàng)安全性級別，西邊水庫大壩安全綜合評價(jià)為C級，綜合評定為三類壩。鑒定為重點(diǎn)小(1)型病險(xiǎn)水庫。

［1］歷洪雨，馬妮娜，王宏光.水庫大壩安全評價(jià)實(shí)例剖析［J］.黑龍江水利科技，2006，34(5):43 －46.