八岔溝水庫(kù)大壩安全分析與評(píng)價(jià)

孟慶宇

(凌海市水利工程移民管理局，遼寧 凌海121200)

1 基本概況

1.1 工程概況

八岔溝水庫(kù)位于長(zhǎng)興島臨港工業(yè)區(qū)八岔溝村西北，地理位置為:E121°28'，N39°31'，是一座集防洪、灌溉用水于一體的小(2)型水庫(kù)。該水庫(kù)始建于1970年10月，壩址以上集雨面積1.7 km2，河道長(zhǎng)2.5 km，最大庫(kù)容為22.2 萬(wàn)m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)，水庫(kù)樞紐工程等級(jí)為Ⅴ等，主要永久性建筑物為5 級(jí)，次要建筑物屬5 級(jí)。防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。2005年安全復(fù)核結(jié)果為，正常高水位27.6 m，水庫(kù)死水位20.7 m，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，設(shè)計(jì)洪水位28.9 m，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a 一遇，校核洪水位29.9 m，相應(yīng)總庫(kù)容為22.2 萬(wàn)m3。

水庫(kù)大壩為黏土心墻壩?，F(xiàn)壩頂平均高程31.4 m，最大壩高16.1 m，頂寬3.0 m，壩頂長(zhǎng)170 m。迎水坡比為1∶2.5，塊石護(hù)坡，背水坡比為1∶2.0，草皮護(hù)坡［1］。

溢洪道位于大壩左側(cè)，型式為正槽開(kāi)敞式，底高程為27.6 m，凈寬7.3 m，深2.3 m，兩側(cè)無(wú)襯砌，校核洪水時(shí)最大下泄流量為37.69 m3/s，溢洪道長(zhǎng)度為127 m。

輸水洞位于大壩右側(cè)，型式為壩下埋管，進(jìn)口底高程為20.7 m，總長(zhǎng)57 m，內(nèi)徑為250 mm混凝土圓管，采用壩后式閘閥放水兼泄洪，現(xiàn)閘閥已損壞，不能正常運(yùn)行［2］。

1.2 工程存在的主要問(wèn)題

八岔溝水庫(kù)始建于1970年10月，施工時(shí)壩基坐落在全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層上，未開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖層上，造成水庫(kù)滲漏，至今蓄不上水;大壩現(xiàn)有防洪能力滿足規(guī)范要求;目前水庫(kù)存在的險(xiǎn)情主要有以下幾個(gè)方面:

1)大壩壩基坐落在全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層上，下游壩腳滲漏明顯。

2)大壩迎水坡護(hù)坡石現(xiàn)已凹凸不平，殘缺不全。

3)溢洪道兩側(cè)無(wú)襯砌，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，末端無(wú)消能設(shè)施。

4)輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴(yán)重，無(wú)法正常運(yùn)行［3］。

5)水庫(kù)無(wú)防汛路。

6)大壩無(wú)管理設(shè)施。

2 大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

八岔溝水庫(kù)自從建成運(yùn)行至今，水庫(kù)大壩滲漏嚴(yán)重，雖然經(jīng)歷了幾次大洪水，每年汛前水庫(kù)處于空庫(kù)狀態(tài)，未出現(xiàn)過(guò)重大責(zé)任事故。

水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行。八岔溝水庫(kù)是以農(nóng)業(yè)用水為主兼有防洪等綜合利用的小(2)型水庫(kù)。為了確保大壩的安全，水庫(kù)每年都實(shí)行嚴(yán)格防汛調(diào)度方案，編制防洪應(yīng)急預(yù)案，有專人負(fù)責(zé)［4］。

大壩運(yùn)行。該工程運(yùn)行多年，工程標(biāo)準(zhǔn)低，質(zhì)量差，大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖深度不夠，基礎(chǔ)坐落于全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖層上，建成運(yùn)行后壩基滲漏嚴(yán)重;大壩迎水坡護(hù)坡石現(xiàn)已破損，下游無(wú)排水體;溢洪道兩側(cè)無(wú)襯砌，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，末端無(wú)消能設(shè)施;輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴(yán)重，無(wú)法正常運(yùn)行，工程存在嚴(yán)重安全隱患?，F(xiàn)有的年份汛期水庫(kù)蓄滿水，到次年汛期前水全部滲漏，水庫(kù)處于空庫(kù)狀態(tài)，并一直未進(jìn)行處理，壩體有發(fā)生滲透破壞的危險(xiǎn)［5］。

3 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

該水庫(kù)為小(2)型水庫(kù)，按1998年《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，采用集水面積小于300 km2的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法，進(jìn)行洪水復(fù)核。大壩壩頂高程安全復(fù)核詳見(jiàn)表1。

表1 大壩壩頂高程安全復(fù)核表

由上表計(jì)算可知，現(xiàn)狀壩頂高程滿足校核洪水所需的高程要求，即現(xiàn)狀的壩頂高程滿足非常運(yùn)用洪水200 a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。

4 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)水庫(kù)大壩運(yùn)行期及現(xiàn)狀質(zhì)量檢查分析，得出大壩現(xiàn)狀質(zhì)量評(píng)價(jià)如下:

1)大壩為黏土心墻壩，施工時(shí)由于全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層較厚，未開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖層，大壩坐落在全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層上。在大壩運(yùn)行期間，壩基漏水嚴(yán)重，下游壩腳滲漏明顯［6］。

2)大壩迎水坡護(hù)坡石現(xiàn)已破損，下游無(wú)排水體。

3)溢洪道兩側(cè)無(wú)襯砌，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，末端無(wú)消能設(shè)施。

4)輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴(yán)重，無(wú)法正常運(yùn)行。

5)水庫(kù)無(wú)防汛路。

6)大壩無(wú)管理設(shè)施。

5 抗震穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)中的有關(guān)規(guī)定，水庫(kù)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，地震基本烈度確定為Ⅶ度。

按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DC5073—2000)的規(guī)定，本工程抗震設(shè)防為丁類，因此工程抗震以基本烈度抗震烈度，為Ⅶ度。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，大壩是穩(wěn)定的［7］。

6 大壩滲流安全評(píng)價(jià)

由于八岔溝水庫(kù)大壩無(wú)滲流觀測(cè)資料，本次滲流安全復(fù)核以大壩現(xiàn)場(chǎng)安全檢查及調(diào)查情況為依據(jù)，進(jìn)行滲流安全分析評(píng)價(jià)。

壩肩及壩基巖石以黃褐色——灰褐色薄層狀板巖、薄層板巖夾中厚層板巖以及薄層板巖與中厚層板巖石層為主、屬震旦系長(zhǎng)嶺子組地層，依據(jù)巖層出露，該巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石呈塊狀切割，順節(jié)理面及巖層面差異風(fēng)化明顯具有泥化夾層特征，強(qiáng)風(fēng)化深度10 ～20 m，深度較大［8］。

壩肩及壩基均未發(fā)現(xiàn)有大的構(gòu)造斷裂斷(層)存在，巖石構(gòu)造以風(fēng)化裂隙及成巖裂隙為主，巖層具有波狀起伏，擠壓彎曲特征明顯。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、當(dāng)年施工人員和管理人員的介紹，大壩壩基全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層較厚，未開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖層，運(yùn)行期間下游壩腳有明顯滲漏，水庫(kù)水位較低時(shí)，滲漏量較小，但下游仍可見(jiàn)水流，汛期高水位時(shí)，滲漏量較大，大壩壩腳全線漏水，壩下多處部位出現(xiàn)積水坑并有明流溢出，表明大壩存在滲漏情況，依據(jù)出水點(diǎn)處的部位性狀分析，大壩壩基強(qiáng)風(fēng)化板巖、節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化深度較大，滲透性增強(qiáng)，壩基部位滲漏并具有明顯線狀及面狀滲漏的特征，屬于壩基巖石風(fēng)化層滲漏特征。有的年份即使汛期蓄滿水，到次年汛前漏空。遇大洪水時(shí)，高水位運(yùn)行時(shí)極可能發(fā)生滲透變形。大壩存在嚴(yán)重滲流隱患并嚴(yán)重威脅大壩安全。

7 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)

7.1 計(jì)算參數(shù)確定

八岔溝水庫(kù)大壩為黏土心墻土壩，壩殼土料為沙壤土和一般黏性土，經(jīng)開(kāi)挖取得土樣，并參照已建工程的參數(shù)，確定土料指標(biāo)，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 水庫(kù)土料指標(biāo)表

7.2 計(jì)算工況

1)正常工作條件:正常高水位時(shí)上、下游壩坡(要求安全系數(shù)＞1.15)。

2)非常工作條件:校核洪水位時(shí)上、下游壩坡(要求安全系數(shù)＞1.25)。7.3 計(jì)算原理及公式

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274—01 采用靜力法的瑞典圓弧法進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算公式如下:

八岔溝水庫(kù)大壩為黏土心墻壩。現(xiàn)壩頂平均高程31.4 m，最大壩高16.1 m，頂寬3.0 m，迎水坡比1∶2.5，背水坡比1∶2.0，壩坡穩(wěn)定計(jì)算是采用瑞典園法算出圓弧滑裂面的安全系數(shù)，對(duì)以上兩種工況下的壩坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

從以上計(jì)算工況看，大壩上、下游坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

8 大壩安全綜合評(píng)價(jià)

8.1 綜合評(píng)價(jià)

大壩安全綜合評(píng)價(jià)包含防洪標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)、抗震穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)、大壩滲流安全評(píng)價(jià)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)。

8.1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

經(jīng)復(fù)核，水庫(kù)按20 a一遇洪水設(shè)計(jì)、200 a一遇洪水校核，水庫(kù)現(xiàn)狀大壩壩頂高程滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(GB252—2000)和《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)要求。溢洪道兩側(cè)無(wú)襯砌，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，末端無(wú)消能設(shè)施。輸水洞工作閘閥損壞、漏水嚴(yán)重，無(wú)法正常運(yùn)行。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258—2000)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該水庫(kù)的防洪安全性為B 級(jí)。

8.1.2 抗震穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)

依據(jù)中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖，庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)地震烈度為七度，本壩處于七度地震區(qū)，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，大壩是穩(wěn)定的。

8.1.3 大壩滲流安全評(píng)價(jià)

大壩壩基坐落在風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層上，下游壩腳處常年有流水，壩基滲漏。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258—2000)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大壩滲流安全性為C 級(jí)。

8.1.4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)

經(jīng)復(fù)核計(jì)算，從以上計(jì)算工況看，大壩上、下游坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

8.2 結(jié)論與建議

根據(jù)大壩存在的上述問(wèn)題，按照《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258—2000)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，八岔溝水庫(kù)大壩應(yīng)屬三類壩。

針對(duì)水庫(kù)存在的問(wèn)題，建議對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)。在工程除險(xiǎn)加固之前。水庫(kù)應(yīng)合理調(diào)度運(yùn)行，特別是在汛期高水位時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)安全管理和監(jiān)測(cè)工作，以確保工程安全運(yùn)行。

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