水庫安全鑒定諸單元分析和對策

邵美嬌

(廈門市汀溪水庫管理處 361100)

1 工程概況

東山水庫位于廈門市開元區(qū)蓮前街道辦事處西林村東山峽云頂山邊，東山支流，樞紐工程由均質(zhì)土壩、溢洪道和壩下輸水涵洞等工程組成。

水庫土壩工程于1957年12月25日動工興建，1958年12月16日竣工。由于興建年代早，運行時間長，雖然先后實施了幾次除險加固，但工程仍存在輸水涵洞、溢洪道結(jié)構老化、防汛及其他工程管理設施不完善等問題，這些問題直接威脅到水庫大壩的安全和正常運用，亟須進行安全鑒定。

本次安全鑒定的主要內(nèi)容有:水庫地質(zhì)安全評價、大壩工程質(zhì)量評價、大壩運行管理評價、防洪標準復核、結(jié)構安全評價、滲流安全評價、大壩抗震安全復核、金屬結(jié)構安全評價、綜合安全評價。

2 安全鑒定評價單元

2.1 工程地質(zhì)概況

早期的水庫工程建設，其壩址地質(zhì)狀況主要以目測觀察為主。根據(jù)東山水庫壩址早期地質(zhì)資料和2003年對大壩特征點位置地質(zhì)鉆探成果，壩址基礎地質(zhì)為強風化花崗巖石和弱風化閃長玢巖，局部為粉狀土，庫區(qū)地質(zhì)大部分是花崗石和片狀的火成巖，構造良好，符合大壩、溢洪道、放水涵洞等建筑物的地質(zhì)要求。

2.2 大壩工程質(zhì)量評價

由于歷史原因，東山水庫工程屬于“三邊”工程，施工過程未能嚴格按照規(guī)范進行，填筑土料未經(jīng)過嚴格篩選，作為大壩主要填土的土料是砂壤土，其含砂量超過設計標準，壩體密實度達不到規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，大壩迎水坡護砌體局部塌落，背水坡反濾體也局部塌落;溢洪道出口段高程112.0m 處，當庫水位達到117.10m 時出現(xiàn)滲水現(xiàn)象;放水涵洞進口臥管第10 節(jié)(高程112.46m)處發(fā)現(xiàn)斷裂。但管理單位在1999年對大壩滲漏較嚴重的放水涵洞周圍進行灌漿，并毒殺白蟻，使大壩滲流有所控制。根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2000)規(guī)定，工程質(zhì)量為“合格”。

2.3 大壩運行管理評價

東山水庫已運行54年，目前管理設施落后，人員配備少，大壩無安全監(jiān)測設施，也無觀測資料，大壩處于帶病運行狀態(tài)。根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2000)規(guī)定，運行管理評價為“差”。

2.4 防洪標準復核

東山水庫下游防護對象有:鷹廈鐵路、蓮前大道、駐軍、工礦企業(yè)等，屬于重要水庫。防洪標準:設計洪水頻率為2%、校核洪水頻率為0.1%。

2.4.1 設計洪水

設計洪水計算法采用推理公式試算法。根據(jù)計算得出設計頻率洪水成果，見表1。

表1 設計頻率洪水成果

2.4.2 調(diào)洪計算

調(diào)洪演算原則:起調(diào)水位是溢洪道底高程117.10m;漲洪段控制下泄流量等于上游來水量，直至閘門全開，自由泄洪。

根據(jù)上述原則和方法分別對設計、校核頻率洪水過程進行調(diào)洪演算。

表2 東山水庫復核調(diào)洪成果

2.4.3 壩頂高程復核

根據(jù)《防洪標準》(GB 50201—94)，復核采用50年一遇洪水設計，1000年洪水校核。設計暴雨采用小流域設計洪水計算方法，即由廈門市水文站提供的廈門島內(nèi)24h 降水量設計資料進行分析。原校核水位為119.27m，設計水位為119.00m，正常水位為119.00m，死水位為102.1m。經(jīng)本次調(diào)節(jié)計算，校核水位為119.23m，設計水位為118.74m，正常水位為118.74m，死水位為102.1m。依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)，壩頂超高由波浪爬高、風雍高度和安全超高三部分組成，從而得出東山水庫壩高復核成果并與現(xiàn)狀壩高作比較，見表3。

表3 東山水庫壩頂高程復核成果

計算工況:Ⅰ校核洪水位+非常運用情況;Ⅱ設計洪水位+正常運用情況;Ⅲ正常水位+非正常運用情況+地震安全加高(0.5m)

取“設計洪水位+ 正常運用情況”的壩頂高程120.77m 作為東山水庫壩頂高程，現(xiàn)狀壩頂高程為120.35m，防浪墻高程為121.20m，根據(jù)東山水庫大壩防浪墻的現(xiàn)狀，結(jié)構穩(wěn)定，堅固不透水，按規(guī)范要求壩頂超高可以算至防浪墻頂，因此，復核結(jié)果滿足要求，大壩防洪安全性為A 級。

2.5 結(jié)構安全評價

東山水庫結(jié)構安全評價主要包括三方面:壩體結(jié)構穩(wěn)定分析、溢洪道結(jié)構安全分析和壩內(nèi)輸水涵洞結(jié)構安全分析。

2.5.1 大壩穩(wěn)定復核計算

大壩穩(wěn)定復核計算的工作條件按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)執(zhí)行，采用不計及條塊間作用力的瑞典圓弧法，計算斷面選取最大斷面，公式如下:

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)規(guī)定，正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為K≥1.15，根據(jù)計算，正常運用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為K=1.151 ＞［K］=1.15，滿足規(guī)范要求。

2.5.2 溢洪道結(jié)構安全分析

采用明渠恒定均勻流水面曲線分段試算法復核溢洪道側(cè)墻高度。根據(jù)能量平衡方程原理計算溢洪道槽內(nèi)水面曲線，得知該水庫溢洪道各段泄槽均滿足泄洪要求。

溢洪道側(cè)墻穩(wěn)定復核參照《水工建筑物》一書［2］，計算其抗滑抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《溢洪道設計規(guī)范》(SL 253—2000)的要求。

2.5.3 輸水涵洞泄流復核

本次復核按無壓管流公式分析箱涵流量，經(jīng)過輸水涵洞泄流能力雖然滿足要求，但涵洞臥管頂高程112.46m 處所對應的臥管段存在裂縫，必須進一步加強觀測并采取有效措施進行處理。

2.6 滲流安全評價

東山水庫大壩壩后未設滲流觀測點，存在壩肩繞滲現(xiàn)象，在庫水位113.9m 時，壩后滲流量約0.7L/S;在庫水位117.0m 時，溢洪道閘室出口段112m 高程處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。數(shù)據(jù)表明壩基在施工時，壩體夯填密實度不符合規(guī)范要求，導致大壩存在滲漏現(xiàn)象。1980年對大壩進行灌漿防滲處理后，壩后滲流量明顯減少，但大壩放水涵洞滲流依舊，1999年又對大壩滲漏較嚴重的放水涵洞周圍進行灌漿，并毒殺白螞蟻，使大壩滲流有所控制。

大壩滲流復核計算斷面選用土壩最大斷面進行計算。根據(jù)土壩滲流計算的兩段法公式來計算浸潤線位置。通過計算，大壩在各工況下通過壩體的水力坡降均在允許范圍內(nèi)，小于J允=0.59～0.44的下限值，但在較高水位運行時溢洪道閘室出口段出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。分析原因有三:?大壩的條石心墻在施工中未修至設計高程，失去防滲效果;?大壩壩體的黏土填筑標準偏低;?大壩壩基滲流控制不夠完善。

綜上所述，該工程雖有一定滲流異常，但不影響大壩安全，故滲流性態(tài)為B 級。

2.7 抗震安全復核

東山水庫大壩地震基本烈度為7 度，按《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(DL 5073—2000)規(guī)定，在大壩壩坡穩(wěn)定計算時，應考慮地震力，穩(wěn)定計算斷面選取最大斷面，采用不計及條塊間作用力的瑞典圓弧法。計算結(jié)果表明東山水庫大壩上、下游壩坡在校核洪水位，設計洪水位及死水位三種計算工況下，壩坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)均大于現(xiàn)行規(guī)范容許值，抗滑穩(wěn)定滿足要求。

2.8 金屬結(jié)構安全評價

東山水庫共有泄洪閘兩扇。在鑒定過程中，發(fā)現(xiàn)閘門板有輕微磨損，其余未見異常。但其供電系統(tǒng)不夠完善。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

經(jīng)本次安全鑒定，東山水庫工程質(zhì)量評價為B 級，防洪能力為A 級，結(jié)構安全評價為B 級，運行管理為B級，滲流安全評價為B 級，抗震安全評價為A 級，金屬結(jié)構為B 級。大壩綜合評價為二類壩。

3.2 建議和對策

考慮到水庫綜合情況，針對水庫存在的問題提出如下建議和對策:

a.設置位移和滲流觀測點，建立加強日常觀測管理制度。

b.對大壩存在隱患部位應盡快加固處理:?對放水涵洞進口臥管第十節(jié)臥管徹底翻修，清理輸水涵洞內(nèi)的淤泥雜物;?對輸水涵洞與大壩土體結(jié)合部、溢洪道底和壩體進行灌漿防滲處理;?對塌陷的大壩迎水坡干砌塊石進行重新翻砌，干砌縫灌水泥砂漿，清除大壩背坡雜樹雜草;?溢洪道啟閉設備更新，如更換啟閉機電動機，外電源線路;?經(jīng)常性對白螞蟻毒殺防治;?溢洪道閘門板加高0.2m。

4 結(jié) 語

大壩安全鑒定是水庫工程管理的一項重要工作，對病險土石壩及時進行安全鑒定，對保護下游人民群眾生命財產(chǎn)安全具有十分重要的意義，只有系統(tǒng)進行安全鑒定并及時提出整治對策，才能去偽存真，抓住病險水庫治理的關鍵、要害問題，及早采取除險加固措施，防患于未然，讓水庫工程造福于社會和人民。

1 鄭文康，劉翰湘.水力學［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

2 祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

3 劉輝.土石壩水庫安全鑒定常見問題及處理建議［J］.科技致富向?qū)В?012(14).

4 彭翠生，胡德恒.竹坑水庫大壩安全鑒定分析［J］.江西水利科技，2001(S1).