觀頂水庫(kù)安全鑒定及評(píng)價(jià)

白瑩瑩

（寧波市鄞州區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 寧波 315192）

0 引言

觀頂水庫(kù)在前期安全鑒定的基礎(chǔ)上進(jìn)行了除險(xiǎn)加固工作,主要作業(yè)內(nèi)容為壩體加固、壩體及壩基接觸帶防滲、溢洪道治理、大壩觀測(cè)設(shè)施布置及啟閉設(shè)備更換等。為持續(xù)掌握水庫(kù)安全運(yùn)行狀況,驗(yàn)證除險(xiǎn)加固工作成效和監(jiān)測(cè)設(shè)施水平,決定開展加固作業(yè)后的安全評(píng)價(jià)工作。

1 工程概況

觀頂水庫(kù)位于寧波市海曙區(qū),始建于1958 年,2015 年完成水庫(kù)除險(xiǎn)加固竣工驗(yàn)收。觀頂水庫(kù)上游流域面積2.202 km2,主流長(zhǎng)度2.682 km,總庫(kù)容222.53 萬(wàn)m3,正常庫(kù)容175.59 萬(wàn)m3,是一座以灌溉為主,結(jié)合防洪、發(fā)電的小（1）型水庫(kù),水庫(kù)灌溉農(nóng)田1200 畝,發(fā)電260 萬(wàn)kW·h,保護(hù)下游龍峰村、龍谷村及五龍?zhí)讹L(fēng)景區(qū)。水庫(kù)樞紐工程主要由大壩、溢洪道、放水隧洞及引水隧洞等組成。水庫(kù)樞紐平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 水庫(kù)樞紐平面布置圖

2 安全鑒定

2.1 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

工程質(zhì)量評(píng)價(jià)是在基礎(chǔ)資料收集整理分析、現(xiàn)場(chǎng)安全檢查的基礎(chǔ)上,了解大壩基礎(chǔ)處理、壩體壩基防滲處理的有效性,大壩結(jié)構(gòu)的完整性、耐久性與安全性[1]。

2.1.1 壩肩壩基

壩肩、壩基建基面均為弱風(fēng)化基巖,建基面處理效果較好,右壩肩套井土與Ⅱ?qū)尤躏L(fēng)化基巖接觸段滲透系數(shù)為1.47×10-4cm/s；壩基段壩體土與Ⅱ?qū)尤躏L(fēng)化基巖接觸段滲透系數(shù)為1.29×10-4cm/s~2.40×10-3cm/s,平均值為7.19×10-4cm/s,均為中等透水性,長(zhǎng)期運(yùn)行存在滲漏隱患。弱風(fēng)化基巖現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)測(cè)得透水率為q=0.8 Lu~2.1 Lu,屬微～弱透水性。水庫(kù)大壩右側(cè)排水溝有漏水現(xiàn)象,大壩防滲土體、防滲土體與弱風(fēng)化基巖接觸段均為中等透水性（巖）土體,不能滿足規(guī)范要求,且套井土填筑不均一,局部斜墻厚度較?。╖K102號(hào)孔揭露厚度僅為1.9 m）。庫(kù)水存在通過(guò)壩體土、壩體土與壩基接觸段向下游滲漏的可能性。

2.1.2 防滲體

大壩防滲體由套井土、斜墻土及壩體土共同組成。滲透性：套井土現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為3.42×10-4cm/s~1.22×10-3cm/s,為中等透水性；斜墻土現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.43×10-4cm/s~2.21×10-3cm/s,為中等透水性；壩體土現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.15×10-4cm/s~2.60×10-3cm/s,為中等透水性。

2.1.3 壩體結(jié)構(gòu)

壩頂為人行道及瀝青路面,壩頂最低高程為544.28 m,壩頂無(wú)明顯裂縫、無(wú)明顯不均勻沉降。壩頂寬度為12 m,防浪墻頂最低點(diǎn)高程為545.37 m。大壩迎水坡為二級(jí)坡,自上而下坡比依次為1∶2.30、1∶3.00,采用干砌塊石護(hù)坡；背水坡為三級(jí)坡,自上至下坡比依次為1∶1.97、1∶2.02、1∶2.08,分別于539.30 m、528.50 m高程處設(shè)5.20 m、1.50 m寬?cǎi)R道,背水坡采用梅園石護(hù)坡,護(hù)坡完整性較好,未發(fā)現(xiàn)有隆起、塌坑現(xiàn)象。溢洪道位于大壩左端,溢洪道進(jìn)口段為C25 砼護(hù)底,控制段為山體基巖開挖而成,泄槽段左側(cè)為山體,右側(cè)為砼導(dǎo)墻,底部為基巖,泄槽末端設(shè)鋼筋砼消力池,后接泄洪渠將水導(dǎo)至下游溪坑。

2.1.4 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論

從以上分析可知,壩區(qū)工程地質(zhì)條件較好,工程質(zhì)量基本滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,在多年運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大壩壩腳處存在漏水現(xiàn)象,水質(zhì)尚清澈,水量較大,但尚不嚴(yán)重影響工程安全,工程質(zhì)量評(píng)為基本合格。

2.2 防洪能力復(fù)核

通過(guò)調(diào)洪演算和大壩防洪能力復(fù)核,匯流歷時(shí)采用實(shí)際匯流歷時(shí),當(dāng)壩頂上游側(cè)設(shè)有防浪墻時(shí),壩頂超高可改為對(duì)防浪墻頂?shù)囊?。?dāng)防滲體頂部設(shè)計(jì)有防浪墻時(shí),防滲體高程不低于正常運(yùn)用條件的靜水位,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 觀頂水庫(kù)防浪墻頂高程計(jì)算成果表 單位：m

表2 觀頂水庫(kù)壩頂、防滲體頂高程計(jì)算成果表 單位：m

（1）經(jīng)復(fù)核,大壩所需需防滲體頂高程為542.85 m,現(xiàn)狀防滲體頂高程為544.10 m,大壩防滲體頂高程滿足規(guī)范要求。

（2）經(jīng)復(fù)核,大壩所需防浪墻頂高程為544.05 m,現(xiàn)狀防浪墻最低點(diǎn)高程為545.37 m,防浪墻頂高程滿足規(guī)范要求。

（3）經(jīng)復(fù)核,大壩所需壩頂高程為543.43 m,現(xiàn)狀壩頂最低點(diǎn)高程為544.28 m,壩頂高程滿足規(guī)范要求。

綜上,大壩防滲體頂高程、防浪墻頂高程、壩頂高程均滿足規(guī)范要求,故評(píng)定本水庫(kù)大壩防洪安全性級(jí)別為A級(jí)。

2.3 滲流安全評(píng)價(jià)

滲流穩(wěn)定分析的目的是復(fù)核當(dāng)前的實(shí)際滲流狀態(tài)能否保證大壩安全運(yùn)行。

2.3.1 計(jì)算工況

選擇典型斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析,計(jì)算工況選取如下：

工況一：正常蓄水位541.33 m,下游無(wú)水；

工況二：設(shè)計(jì)洪水位542.85m（P=3.33%）,下游無(wú)水；

工況三：校核洪水位543.43m（P=0.33%）,下游無(wú)水。

工況四：上游庫(kù)水位降落,上游水位由校核洪水位543.43 m驟降至1/3 壩高處即水位532.20 m,下游無(wú)水。

2.3.2 計(jì)算方法

計(jì)算方法采用有限元法,計(jì)算工具采用河海大學(xué)AutoBank軟件。滲流有限元分析基本方程：

式中：[K]為透水系數(shù)矩陣；{H}為總水頭向量；{Q}為流量向量。

2.3.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3及圖2~圖4。

表3 大壩滲流計(jì)算結(jié)果表

圖2 正常蓄水位水頭等值線圖

圖3 設(shè)計(jì)洪水位水頭等值線

圖4 校核洪水位水頭等值線圖

2.3.4 計(jì)算結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

從單寬滲流量來(lái)看,大壩的滲流量較小。按照上游正常蓄水位、下游無(wú)水的工況,對(duì)大壩一年的滲流量作大致估算：7.38×10-6×127×0.8×3600×24×365/10000=2.36 萬(wàn)m3。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn),右壩肩套井土與弱風(fēng)化基巖接觸段及壩基段壩體土與弱風(fēng)化基巖接觸段均為中等透水性,長(zhǎng)期運(yùn)行存在滲漏隱患。

2.4 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

2.4.1 計(jì)算工況

確定觀頂水庫(kù)穩(wěn)定計(jì)算的工況為：

（1）工況一：正常運(yùn)用時(shí)上游水位達(dá)到正常蓄水位541.33 m,下游無(wú)水時(shí)穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定；

（2）工況二：正常運(yùn)用時(shí)上游水位達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位542.85 m,下游無(wú)水時(shí)穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定；

（3）工況三：非常運(yùn)用時(shí)上游水位達(dá)到校核洪水位543.43 m,下游無(wú)水時(shí)可能形成穩(wěn)定滲流期的下游壩坡穩(wěn)定；

（4）工況四：非常運(yùn)用時(shí)上游水位由校核洪水位543.43 m 驟降至1/3 壩高處即水位532.20 m,下游無(wú)水時(shí)上游壩坡穩(wěn)定。

（5）工況五：上、下游均無(wú)水的情況,上下游壩坡穩(wěn)定。

2.4.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算方法采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法,計(jì)算工具采用河海大學(xué)AutoBank軟件,計(jì)算成果見(jiàn)表4及圖5~圖9。

表 4 大壩穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖5 大壩正常蓄水位下游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

圖6 大壩設(shè)計(jì)洪水位下游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

圖7 大壩校核洪水位下游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

圖8 大壩水位驟降期上游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

圖9 上、下游均無(wú)水時(shí)上、下游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

2.4.3 評(píng)價(jià)結(jié)論

通過(guò)對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)可知大壩上下游壩坡抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；大壩不存在危及安全的異常變形；溢洪道左右側(cè)邊坡穩(wěn)定,泄流安全,輸水建筑物泄流安全,近岸壩坡穩(wěn)定。根據(jù)以上情況,評(píng)定本水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性級(jí)別為A級(jí)。

2.5 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

觀頂水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)主要包括引水隧洞、放水隧洞及其配套設(shè)施等。大壩引水隧洞位于水庫(kù)庫(kù)區(qū)中部左側(cè)山谷,隧洞長(zhǎng)590 m,隧洞進(jìn)口底高程540.95 m,出口底高程538.90 m,隧洞尺寸為2.0 m×1.9 m（寬×高）；放水隧洞位于大壩左端,洞長(zhǎng)105 m,進(jìn)口段為圓形,直徑0.6 m,洞身段為馬蹄形,隧洞尺寸為1.7 m×1.9 m（寬×高）,采用SYZ型600 鑲銅圓閘門及其配套φ30 不銹鋼拉桿及啟閉機(jī),出口底高程526.63 m。

放水隧洞及其配套設(shè)施均未出現(xiàn)腐蝕、變形等現(xiàn)象,啟閉機(jī)運(yùn)行良好,根據(jù)以上情況,評(píng)定本水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)安全性級(jí)別為A 級(jí)。

2.6 水庫(kù)綜合鑒定結(jié)論

觀頂水庫(kù)大壩的工程質(zhì)量基本合格,大壩防洪能力滿足國(guó)家要求的洪水標(biāo)準(zhǔn),滲流性態(tài)基本安全,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定滿足規(guī)范要求,金屬結(jié)構(gòu)安全,尚能正常運(yùn)行,綜合評(píng)定為二類壩。

3 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)安全鑒定首要事項(xiàng)是做好安全評(píng)價(jià),文章詳細(xì)論述了安全評(píng)價(jià)工作的組成事項(xiàng),即包括基礎(chǔ)資料收集整理,現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè),各項(xiàng)復(fù)核計(jì)算與專項(xiàng)評(píng)價(jià),結(jié)合各分項(xiàng)評(píng)價(jià)意見(jiàn)作出樞紐的安全綜合鑒定結(jié)論。同時(shí)應(yīng)依據(jù)鑒定結(jié)論和暴露出的缺陷對(duì)壩體及時(shí)進(jìn)行處理,加強(qiáng)后續(xù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)和科學(xué)管理。