螺塘水庫大壩安全評價分析

張祥明

（江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 江門 529030）

1 工程背景

螺塘水庫位于江門市新會區(qū)崖門鎮(zhèn)白水帶坑上游,是一座以發(fā)電為主、結(jié)合防洪的?。?）型水庫。水庫主要建筑物包括土壩一座,輸水涵管一座,溢洪道一座,發(fā)電站二座。該水庫于20 世紀(jì)70 年代初建成并投產(chǎn)使用。螺塘水庫經(jīng)過30 多年的運(yùn)行出現(xiàn)了一些安全問題,水庫于2007 年進(jìn)行了隱患排查和加固,同年12 月通過竣工驗(yàn)收后運(yùn)行至今,各主要水工建筑物基本運(yùn)行正常。

水庫壩頂為石粉路面,頂寬5 m,長139 m,最大壩高為19 m,路面高程369.50 m。上游壩坡坡比為1∶2.2,高程359.20 m以上為漿砌石護(hù)坡,以下為土坡；下游壩坡坡比為1∶2.5,全部為草皮護(hù)坡；壩腳設(shè)有排水棱體及排水溝,排水棱體頂高程352.50 m,頂寬2.1 m,邊坡1∶1.5,內(nèi)坡1∶1。

溢洪道位于大壩左壩肩,為單孔無閘門控制的開敞式實(shí)用堰,堰頂高程364.64m,控制段為等寬式矩形槽,槽寬8 m,泄槽段底坡1∶6。泄洪為自由出流,當(dāng)水庫水位高于正常蓄水位364.64 m時開始泄洪。溢洪道主要由進(jìn)水段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎組成,全段為矩形橫斷面,總長81.5 m,其中進(jìn)水段長9 m、控制段7.5 m、泄槽段62.5 m、挑流鼻坎長2.5 m。

輸水涵管為石拱涵結(jié)構(gòu),其位于大壩左側(cè),輸水涵管寬0.5 m,高0.7 m,長90 m。進(jìn)口閘門為轉(zhuǎn)動門蓋,手動卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉,設(shè)有啟閉房。

水庫上次加固至2019 年已有12 年,根據(jù)《水庫大壩安全評價辦法》（水建管【2003】271 號）文件的有關(guān)規(guī)定：水庫大壩實(shí)行定期安全評價制度。為摸清水庫大壩的安全狀況,根據(jù)有關(guān)規(guī)范需對螺塘水庫大壩進(jìn)行一次全面的安全評價。

2 工程質(zhì)量與運(yùn)行管理評價

2.1 工程質(zhì)量評價

2.1.1 大壩

（1）壩體填筑土大部分為以硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)為主的砂質(zhì)粘土,經(jīng)過多年固結(jié),壩體局部已沉降穩(wěn)定,壩體填筑土中無軟弱土層,水庫大壩壩體未發(fā)現(xiàn)較大的裂縫、變形和滑動痕跡。壩體整體無較大的變形,發(fā)生滑動的可能性微小。

（2）鉆探揭露壩基下伏巖土層為全風(fēng)化二長花崗巖。經(jīng)現(xiàn)場查勘,水庫經(jīng)過多年的正常運(yùn)行,未發(fā)現(xiàn)壩基有變形和滑動的痕跡。綜上所述,可認(rèn)為水庫沿壩基產(chǎn)生滑動和變形的可能性較小。

（3）壩基為弱透水性的全風(fēng)化巖層,現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)壩坡底部存在幾處集中滲漏點(diǎn),但不渾濁,未發(fā)現(xiàn)壩肩兩側(cè)有滲漏情況,綜合分析,推斷壩體存在輕微滲漏問題。

（4）根據(jù)地質(zhì)鉆探結(jié)果,壩體與壩基接觸部位未發(fā)現(xiàn)有雜物,表明當(dāng)初建壩時清基比較徹底。

綜上,大壩工程質(zhì)量基本合格。

2.1.2 溢洪道

溢洪道兩側(cè)擋墻未見傾斜或裂縫,進(jìn)水段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎均完整未見砼剝落或裂縫,挑流鼻坎與下游天然河道連通,暫未發(fā)現(xiàn)溢洪道各部位存在安全隱患。本次勘察溢洪道采取現(xiàn)場地質(zhì)測繪,由溢洪道開挖面及鉆孔揭露,溢洪道地基以全風(fēng)化花崗巖為主,承載力滿足要求,溢洪道工程質(zhì)量合格。

2.1.3 輸水涵管

根據(jù)CCTV涵管內(nèi)部視頻顯示輸水涵管閘門存在滲漏,管周也發(fā)現(xiàn)有滲漏、鈣質(zhì)析出等異?，F(xiàn)象,但都不嚴(yán)重,手動卷揚(yáng)式啟閉機(jī)拉閘門時費(fèi)時費(fèi)力。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪及結(jié)合鉆孔揭露地層,輸水涵管周圍土體為全風(fēng)化巖,可達(dá)到其對周圍土體的承載要求,地基無滲漏、無變形與抗滑穩(wěn)定問題,輸水涵管工程質(zhì)量基本合格。

根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》（SL 258-2017）（以下簡稱《導(dǎo)則》）結(jié)合各建筑物的外表情況、工程除險加固情況,大壩工程質(zhì)量綜合評定為“基本合格”。

2.2 運(yùn)行管理評價

（1）水庫各種制度完善,專人專責(zé),管理人員職責(zé)明晰。

（2）水庫有滲流量安全監(jiān)測設(shè)施,無大壩位移觀測設(shè)施[1],防汛路滿足防汛交通要求,有防汛物料儲備,備有通訊設(shè)備,基本滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（3）根據(jù)實(shí)地調(diào)查,水庫大壩左右岸山體發(fā)現(xiàn)白蟻和紅火蟻活動跡象,主要集中在大壩左、右壩頭的山體部位,未發(fā)現(xiàn)白蟻穴、鼠洞。

（4）水庫大壩備有防洪搶險應(yīng)急救援預(yù)案、水庫調(diào)度運(yùn)用方案和大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案。

（5）水庫大壩可按現(xiàn)行規(guī)定運(yùn)行但沒有完整的預(yù)防監(jiān)測設(shè)備[1],庫區(qū)安全狀況無法及時更新。

（6）水庫上次加固至今運(yùn)行狀況良好。

按照《導(dǎo)則》的規(guī)定,該水庫大壩運(yùn)行管理綜合評價為較規(guī)范。

3 防洪能力復(fù)核

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核資料

新會區(qū)多年平均降水量為1978 mm,各站多年平均值在1650 mm和3136 mm之間,多年平均相對濕度78%,多年平均蒸發(fā)量（E601 蒸發(fā)皿）1048 mm,多年平均日照時數(shù)1735.2 h。亞熱帶海洋季節(jié)性氣候,多年平均氣溫22.1℃,多年平均最大風(fēng)速14.9m/s。

3.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）及《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）,螺塘水庫為Ⅳ等工程,小（1）型水庫,主要建筑物為4級,螺塘水庫大壩為均質(zhì)土壩,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年～30年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年～300 年一遇,溢洪道消能防沖標(biāo)準(zhǔn)20 年一遇。水庫原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 年一遇,溢洪道消能防沖標(biāo)準(zhǔn)20 年一遇,水庫原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)滿足規(guī)范要求,不需要調(diào)整。

3.3 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

（1）因沒有實(shí)測數(shù)據(jù),故以《廣東省暴雨徑流查算圖標(biāo)使用手冊》（以下簡稱《手冊》）中提供的兩種計(jì)算方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。

從表1 可以看出,兩者計(jì)算方法所計(jì)算的一日洪量和三日洪量結(jié)果都十分接近,洪峰流量差值均在廣東省水文局所規(guī)定的20%差值范圍以內(nèi),處于9.06%~13%之間。根據(jù)《手冊》規(guī)定采用綜合單位線的計(jì)算結(jié)果,該方法能較好地反映降雨變化過程及洪水特點(diǎn),因此本次洪水計(jì)算采用綜合單位線法。

表1 螺塘水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

（2）調(diào)洪計(jì)算

經(jīng)復(fù)核,螺塘水庫水位~庫容關(guān)系曲線基本未發(fā)生變化,螺塘水庫調(diào)洪成果見表2。

表2 螺塘水庫調(diào)洪演算成果表

本次計(jì)算成果與2005 年除險加固計(jì)算成果相比較,設(shè)計(jì)洪水位相差0.05 m,校核洪水位相差0.12 m,故認(rèn)為本次復(fù)核計(jì)算符合實(shí)際情況,可采用本次計(jì)算成果進(jìn)行評價。

（3）大壩抗洪能力復(fù)核

按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,本次實(shí)測大壩壩頂高程為369.5 m,滿足要求。靜水位高程滿足超高0.5 m的正常條件。根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果,水庫30 年一遇設(shè)計(jì)洪水位366.29 m對應(yīng)下泄流量33.8 m3/s,500 年一遇校核洪水位366.88 m對應(yīng)下泄流量55.4 m3/s。參照壩頂高程復(fù)核結(jié)果可知,現(xiàn)狀壩頂高程遠(yuǎn)高于規(guī)范要求高程,滿足規(guī)范要求,因此溢洪道過水?dāng)嗝鎯魧? m可滿足水庫的安全泄洪要求。綜上,螺塘水庫防洪安全等級評定為A級。

4 滲流安全與結(jié)構(gòu)安全評價

4.1 滲流安全評價

螺塘水庫大壩上下游壩坡設(shè)有兩排共 8 孔測壓管,本次取螺塘水庫2017 年1 月～2019 年10 月的記錄資料進(jìn)行分析,測壓管實(shí)測水位過程線,除極個別數(shù)據(jù)點(diǎn)之外,水庫水位和測壓管之間相關(guān)性極為穩(wěn)定。但為進(jìn)一步驗(yàn)證大壩滲流安全情況仍然需要采用理論分析計(jì)算的方法進(jìn)行復(fù)核。經(jīng)計(jì)算,各工況出逸點(diǎn)均從排水棱體逸出,浸潤線正常,逸出段的水力比降均大于允許滲流比降,結(jié)合現(xiàn)場檢查情況發(fā)現(xiàn)大壩壩體有輕微滲漏。

溢洪道及涵管地基以全風(fēng)化花崗巖為主,地基承載力高,為良好的持力層,溢洪道及涵管地基滲透性能為弱透水性,且現(xiàn)場查勘時未發(fā)現(xiàn)溢洪道和涵管地基有集中滲漏現(xiàn)象。綜上所述,溢洪道及涵管地基不存在滲漏問題。涵管涵身及進(jìn)口閘門雖有滲漏但不嚴(yán)重。

綜上,本次定級將螺塘水庫滲流安全等級評定為B級。

4.2 結(jié)構(gòu)安全評價

4.2.1 大壩結(jié)構(gòu)安全評價

由表3可知,大壩在5種工況下計(jì)算出的迎水坡及背水坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值[2],結(jié)果滿足規(guī)范要求。

表3 大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

4.2.2 溢洪道結(jié)構(gòu)安全評價

溢洪道控制段岸墻頂部高程滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；溢洪道邊墻高度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；消能設(shè)施尺寸滿足規(guī)范要求；邊墻穩(wěn)定性滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；交通橋結(jié)構(gòu)安全滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；現(xiàn)場檢查溢洪道整體外觀良好,暫未發(fā)現(xiàn)溢洪道各部位存有安全隱患。

4.2.3 輸水涵管結(jié)構(gòu)安全評價

輸水涵管進(jìn)口、涵身及出口等各部位均未發(fā)現(xiàn)砼開裂,變形沉降等異常情況,涵管進(jìn)口及涵身有滲漏但不影響結(jié)構(gòu)安全,涵管能正常使用,可滿足原設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 近壩岸坡穩(wěn)定性評價

水庫庫周岸坡基本為殘積土岸坡,局部出露全～強(qiáng)風(fēng)化二長花崗巖,庫岸坡比較緩,多以20°～30°為主,植被茂盛,灌木叢生,坡岸較穩(wěn)定。水庫運(yùn)行多年未發(fā)現(xiàn)近壩岸坡有滑坡現(xiàn)象,可認(rèn)為水庫近壩岸坡產(chǎn)生滑動和變形的可能性較小,岸坡穩(wěn)定。

在風(fēng)浪作用下正常庫水位以下的局部岸坡可能會產(chǎn)生輕微崩解,現(xiàn)狀庫岸大多基本穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模坍塌或滑坡。庫區(qū)無大面積松散堆積體,未發(fā)現(xiàn)泥石流現(xiàn)象,庫區(qū)部分山坡滑塌規(guī)模微小。

綜上,本次定級將螺塘水庫結(jié)構(gòu)安全等級評定為B級。

5 抗震安全評價與金屬結(jié)構(gòu)安全評價

5.1 抗震安全評價

螺塘水庫大壩抗震穩(wěn)定分析考慮下列2 種工況:

（1）上游正常蓄水位364.64 m遇地震+下游無水的上游壩坡穩(wěn)定；

（2）上游正常蓄水位364.64 m遇地震+下游無水的下游壩坡穩(wěn)定。

表4 大壩抗震計(jì)算成果表

表5 計(jì)算工況及邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

上述計(jì)算結(jié)果表明大壩在地震+不泄洪工況下抗滑穩(wěn)定性系數(shù)Kc計(jì)算值為1.347,大于規(guī)范允許值；抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Ko為5.859,大于規(guī)范允許值1.3,綜上所述,螺塘水庫大壩抗震安全評價為A級。

5.2 金屬結(jié)構(gòu)安全評價

螺塘水庫金屬結(jié)構(gòu)主要是輸水涵管轉(zhuǎn)動門蓋及啟閉設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)合管理人員反映,閘門密封不嚴(yán)存在輕微滲漏,啟閉設(shè)備均運(yùn)行較好,閘門拉桿輕微銹蝕,但有防銹維護(hù),采用手動卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉閘門時費(fèi)時費(fèi)力。綜上所述,螺塘水庫金屬結(jié)構(gòu)安全評價為B級。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

根據(jù)對螺塘水庫工程質(zhì)量、運(yùn)行管理、防洪能力、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、抗震安全、金屬結(jié)構(gòu)安全等復(fù)核結(jié)果,按照《導(dǎo)則》的評價標(biāo)準(zhǔn),新會區(qū)崖門鎮(zhèn)螺塘水庫大壩評定為二類壩。

6.2 建議

新會區(qū)崖門鎮(zhèn)螺塘水庫大壩被評為二類壩,存在一定的安全隱患,建議水庫管理單位對大壩進(jìn)行維修。

具體建議如下：

（1）按要求配備水庫沉降、位移及其它監(jiān)測設(shè)施。

（2）建議運(yùn)行管理單位加強(qiáng)涵管運(yùn)行觀測,并定期做涵管內(nèi)部CCTV視頻影像檢查,并對比涵管滲漏、鈣鐵質(zhì)析出變化,及時掌握涵管運(yùn)行情況。

（3）建議安排專項(xiàng)資金進(jìn)行白蟻、紅火蟻及鼠患專項(xiàng)防治工作,將螺塘水庫建設(shè)成為“無蟻害”水利工程。

（4）建議水庫管理單位跟進(jìn)大壩管理深化措施,建立有序的工程全生命周期運(yùn)行管理機(jī)制,確保施工安全,規(guī)避大規(guī)模風(fēng)險要素,最大程度發(fā)揮工程效益。