江西省新干縣窯里水庫安全評價(jià)分析

鄧升，王都，裴世強(qiáng)，3

（1.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330029；2.九江市水利電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 九江 332000；3.江西省洪圖水利水電設(shè)計(jì)有限公司，江西 南昌 330029）

新中國成立以來，我國新建大量水庫，在防洪、灌溉、發(fā)電等方面取得了巨大效益，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平做出了巨大貢獻(xiàn)[1，2]。由于大多水庫建于新中國成立初期，物資設(shè)備有限，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)相對落后，工程質(zhì)量相對較差，致使大部分水庫存在病情險(xiǎn)情和其他不安全因素，從而影響水庫效益的發(fā)揮，甚至造成垮壩的危險(xiǎn)[3，4]。對大壩及時(shí)進(jìn)行安全鑒定，診斷病險(xiǎn)隱患，采取加固措施是十分必要的。

從地質(zhì)情況、防洪標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行管理、滲流及結(jié)構(gòu)安全等方面，對江西省新干縣窯里水庫的安全性進(jìn)行全面復(fù)核和評價(jià)，找出工程存在的問題，提出加固建議。

1 工程概況

窯里水庫位于江西省新干縣城上鄉(xiāng)河陂村，處于東經(jīng)115040′、北緯27041′，距離縣城約45 km，是以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的中型樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積74.2 km2，總庫容3 846×104m3，興利庫容2 576×104m3，死庫容90×104m3。水庫正常蓄水位136.50 m，設(shè)計(jì)洪水位139.05 m，校核洪水位140.72 m。樞紐主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道、灌溉發(fā)電隧洞、導(dǎo)流放空涵（已封堵）和電站等。主壩為均質(zhì)土壩，2009年除險(xiǎn)加固時(shí)增設(shè)混凝土防滲墻，壩頂長420.0 m，最大壩高36.25 m。

水庫于1965年8月動(dòng)工，1969年春竣工，后經(jīng)1979、2010年加高加固至現(xiàn)有規(guī)模。在原設(shè)計(jì)、施工以及地質(zhì)勘察等資料基礎(chǔ)上，以水庫多年來的運(yùn)行、檢查記錄和監(jiān)測資料為依托，同時(shí)進(jìn)行一定數(shù)量和范圍的檢查、檢測，依據(jù)《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017）、《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）和其他相關(guān)規(guī)程規(guī)范，進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，全面評價(jià)水庫大壩安全狀況。其主要內(nèi)容包括：現(xiàn)場安全檢查及安全檢測、安全監(jiān)測資料分析、工程質(zhì)量評價(jià)、運(yùn)行管理評價(jià)、防洪能力復(fù)核、滲流安全評價(jià)、結(jié)構(gòu)安全評價(jià)等。

2 工程存在的主要問題

窯里水庫因施工準(zhǔn)備工作不充分、勘察設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，投入運(yùn)營后暴露出不同程度險(xiǎn)情，存在很多安全隱患。管理單位采取了適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，受資金等因素制約，工程安全隱患不能根除。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研及分析，工程存在以下主要問題：①壩頂防浪墻墻體出現(xiàn)貫穿性裂縫，下游排水溝淤塞嚴(yán)重；②溢洪道溢流面混凝土抹面剝落、裂縫，局部出現(xiàn)析鈣現(xiàn)象；③隧洞出口靠近副壩下游坡腳的地面出現(xiàn)沼澤地及滲漏量較大滲漏點(diǎn)；④隧洞閘門止水失效、漏水嚴(yán)重且洞身有多處滲水；⑤管理設(shè)施不完善，大壩無安全監(jiān)測設(shè)施，部分滲流監(jiān)測設(shè)施失效，量水堰布置數(shù)量不足，通信報(bào)訊設(shè)備落后，無交通工具等。

3 工程的安全分析與評價(jià)

針對水庫工程存在的以上問題，從工程地質(zhì)、防洪能力復(fù)核、滲流安全和結(jié)構(gòu)安全4方面進(jìn)行分析評價(jià)。

3.1 工程地質(zhì)分析

庫區(qū)處于華南褶皺系，華夏褶皺帶贛中南拱褶斷束。基底是一單斜或小褶皺構(gòu)造，伴有燕山早期花崗巖侵入體，位于桐林—七秦向斜的東南翼，產(chǎn)狀變化不大，巖層一般傾向西北，傾角60～80°。工程區(qū)西北和東南各有一區(qū)域斷裂，延伸十幾千米，擠壓帶寬3～15 m，分別屬壓扭性和張性，并切割基底震旦系巖層，距庫區(qū)2～3 km，對庫區(qū)影響不是很大。

工程區(qū)植被茂密，固體徑流來源少，水庫淤積不嚴(yán)重。庫區(qū)周圍沖溝、階地較發(fā)育，但未發(fā)現(xiàn)滑坡、坍塌、溶洞、低陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象，庫岸邊坡較穩(wěn)定。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），庫區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震烈度為VI度，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

3.2 防洪能力復(fù)核

3.2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）及《水利樞紐工程除險(xiǎn)加固近期非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)的意見》，水庫樞紐主體工程等別為Ⅲ等，永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇，近期非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 a一遇。

3.2.2 洪水復(fù)核

利用瞬時(shí)單位線法推求水庫設(shè)計(jì)洪水過程，各頻率設(shè)計(jì)洪峰、洪量詳見表1。

表1 各頻率設(shè)計(jì)洪峰、洪量

本次設(shè)計(jì)洪水與歷次設(shè)計(jì)洪水相差較大，分析認(rèn)為：歷次設(shè)計(jì)洪水與本次設(shè)計(jì)洪水推求方法一致，但歷次采用1986版《江西省暴雨查算手冊》，本次采用2010版《江西省暴雨查算手冊》，新舊版手冊暴雨參數(shù)取值與產(chǎn)匯流分區(qū)有所差別，分別屬于Ⅳ區(qū)和Ⅲ區(qū)，匯流參數(shù)的取值不同，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果相差較大。比較鄰近流域水庫與窯里水庫設(shè)計(jì)洪水，洪水模數(shù)基本在合理范圍內(nèi)，認(rèn)為水庫設(shè)計(jì)洪水合理。

3.2.3 調(diào)洪演算成果

根據(jù)窯里水庫水位—庫容曲線和溢洪道水位—泄流關(guān)系曲線，對溢洪道進(jìn)行調(diào)洪演算，不同頻率的設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果詳見表2—3。

表2 窯里水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果（正常運(yùn)用情況）

《窯里水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中，校核水位140.68 m，設(shè)計(jì)水位139.02 m，本次復(fù)核成果均比原初步設(shè)計(jì)成果略大，偏安全考慮，安全評價(jià)采用本次復(fù)核成果，即校核洪水位140.72 m、設(shè)計(jì)洪水位139.05 m，相應(yīng)泄量分別為963.64、427.99 m3/s。

表3 窯里水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果（非常運(yùn)用情況）

3.2.4 壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）及《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定：當(dāng)壩頂上游設(shè)有防浪墻時(shí)，壩頂超高可改為對防浪墻頂?shù)囊蟆７览藟數(shù)母叱痰扔谠O(shè)計(jì)洪水位與正常運(yùn)用條件的壩頂超高和校核洪水位與非常運(yùn)用條件的壩頂超高的高者。壩頂超高及壩頂高程計(jì)算結(jié)果詳見表4—5，現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求。

表4 大壩安全超高計(jì)算結(jié)果m

表5 壩頂高程計(jì)算結(jié)果 m

3.2.5 復(fù)核結(jié)論

（1）窯里水庫原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)滿足《中華人民共和國防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》要求，不需要調(diào)整。

（2）原設(shè)計(jì)洪水成果需調(diào)整為設(shè)計(jì)洪水位139.05 m（原設(shè)計(jì)139.02 m），校核洪水位140.72 m（原校核140.68 m）。

（3）溢洪道泄槽段邊墻高度不滿足規(guī)范要求，下游未修建泄洪渠，泄洪時(shí)易使下游兩岸受到?jīng)_刷，水庫泄洪建筑物泄流能力不滿足安全泄洪要求。

（4）水庫洪水調(diào)度運(yùn)用方式符合水庫特點(diǎn)，滿足大壩安全運(yùn)行要求，不需要修訂。

（5）大壩現(xiàn)狀防浪墻頂高程及防滲體頂高程滿足規(guī)范要求。

依據(jù)《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），窯里水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)及大壩抗洪能力滿足規(guī)范要求，但洪水不能安全下泄，大壩防洪安全性評為B級。

3.3 大壩滲流安全復(fù)核

根據(jù)壩區(qū)地質(zhì)，同時(shí)考慮滲流監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)情況，滲流計(jì)算選取最大壩斷面為計(jì)算斷面。按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001），滲流計(jì)算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，復(fù)核計(jì)算成果詳見表6，正常蓄水位穩(wěn)定滲流計(jì)算成果如圖1所示。

表6 大壩穩(wěn)定滲流計(jì)算結(jié)果

圖1 正常蓄水位下穩(wěn)定滲流計(jì)算成果

副壩滲流監(jiān)測設(shè)施少于3個(gè)監(jiān)測橫斷面，不滿足規(guī)范要求。自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)失效，監(jiān)測數(shù)據(jù)不足，無法判斷大壩運(yùn)行過程中是否存在異常。壩體整體滲流穩(wěn)定，混凝土防滲墻及帷幕灌漿防滲效果較好，各土層滲透坡降均小于允許值，壩體局部滲透穩(wěn)定性滿足要求。主壩排水設(shè)施完善，壩腳排水體塊石較平整，無明顯沉陷、架空等現(xiàn)象。副壩壩腳未按除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)新建貼坡式排水體、排水溝、集滲溝，反濾排水設(shè)施不完善，不利于排水。壩基、兩岸壩肩帷幕灌漿質(zhì)量較好，抽檢結(jié)果顯示主、副壩帷幕灌漿透水率變幅分別在0.37～5.9、3.0～7.7 Lu，均小于設(shè)計(jì)指標(biāo)（10 Lu），大壩自除險(xiǎn)加固后未發(fā)現(xiàn)壩基、壩肩滲漏現(xiàn)象，滲流安全滿足要求。經(jīng)綜合評定，大壩滲流安全為B級。

3.4 結(jié)構(gòu)安全分析

3.4.1 壩體結(jié)構(gòu)安全性分析

根據(jù)規(guī)范要求并結(jié)合水庫大壩壩體結(jié)構(gòu)、工程運(yùn)行狀況和地質(zhì)條件等具體情況，選取最大壩高斷面作為典型斷面用于壩坡穩(wěn)定分析，如圖2所示。

圖2 壩體計(jì)算分區(qū)

壩體上、下游坡在各種可能的不利工況下的抗滑穩(wěn)定性計(jì)算成果見表7。在各工況下，大壩的上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表7 主壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

3.4.2 溢洪道結(jié)構(gòu)安全性分析

經(jīng)過對溢洪道泄流能力、消能防沖能力及邊墻穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核分析，得出以下結(jié)論。

（1）溢洪道整體結(jié)構(gòu)較好，進(jìn)口段、控制段及泄槽段底板平整，堰體結(jié)構(gòu)完整，未見明顯破損、大裂縫等，邊墻穩(wěn)定性較好，安全檢測結(jié)果顯示所檢部位的堰體、底板及邊墻的混凝土強(qiáng)度平均值基本達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，滿足設(shè)計(jì)要求。溢洪道整體結(jié)構(gòu)安全性較好。

（2）在設(shè)計(jì)及校核工況下，溢洪道泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求；能夠承載校核情況下的最大下泄流量，泄流能力能夠滿足規(guī)范要求。

（3）溢洪道泄槽底板抗浮穩(wěn)定及邊墻抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定均滿足要求，邊墻基底應(yīng)力滿足要求，但泄槽段邊墻高度不滿足規(guī)范要求，泄洪渠未做襯砌，泄洪時(shí)下游兩岸易受到?jīng)_刷。

（4）溢洪道控制段堰基抗滑穩(wěn)定及堰基面應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，邊墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3.4.3 灌溉發(fā)電隧洞結(jié)構(gòu)安全性分析

啟閉豎井、鋼筋混凝土襯砌段整體結(jié)構(gòu)較好，未見蜂窩、麻面等，洞身局部有漏水點(diǎn)，但基本在施工縫處，涵管鋼襯段局部發(fā)現(xiàn)銹蝕，未嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全；經(jīng)復(fù)核，進(jìn)水口閘室抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；所選斷面的配筋面積、鋼筋應(yīng)力和裂縫控制均滿足規(guī)范要求；涵管鋼襯厚度和環(huán)向鋼筋應(yīng)力滿足規(guī)范要求。隧洞出口靠近副壩下游坡腳處發(fā)現(xiàn)沼澤地與滲漏點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場檢查與安全檢測，滲漏是由于涵管段伸縮縫處止水橡皮安裝不良或老化破損、失去止水功能、導(dǎo)致伸縮縫成為滲漏通道造成的，影響副壩下游坡腳穩(wěn)定。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過分析復(fù)核，水庫現(xiàn)存問題尚不嚴(yán)重影響大壩運(yùn)行，根據(jù)《水庫大壩安全鑒定辦法》（水建〔2003〕271號）、《江西省大中型水庫定期安全鑒定實(shí)施辦法》（贛水建管〔2017〕44號）及《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），評定窯里水庫大壩為二類壩。

4.2 建議

窯里水庫已運(yùn)行逾50 a，為確保安全運(yùn)行和充分發(fā)揮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，建議盡快采取如下處理措施。

（1）對施工縫錯(cuò)縫及漏水的隧洞鋼筋混凝土襯砌段進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿處理，采用環(huán)氧砂漿填塞施工縫漏水位置。

（2）建議挖除伸縮縫漏水的涵管段，新建鋼襯鋼筋混凝土涵管，并將鋼襯段向隧洞進(jìn)口方向延長數(shù)米。

（3）建議根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整及校正事故檢修閘門的中心位置，并更換止水橡皮。

（4）按規(guī)范要求完善大壩安全監(jiān)測設(shè)施，修復(fù)滲流監(jiān)測設(shè)施，增設(shè)變形監(jiān)測設(shè)施、量水堰等。

（5）加固前，加強(qiáng)檢查觀測、科學(xué)管理和合理調(diào)度，確保大壩安全運(yùn)行。