良西水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)分析

梁小龍

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

良西水庫(kù)位于恩平市的北部，庫(kù)區(qū)跨良西鎮(zhèn)和大田鎮(zhèn)交界山區(qū)，庫(kù)址所在水系屬潭江左岸一級(jí)支流良西河上游，是一座以灌溉為主結(jié)合防洪、發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)總集雨面積 34.63 km2，總庫(kù)容 3667萬(wàn)m3，防洪限制水位 52.50 m，相應(yīng)庫(kù)容為 2152萬(wàn)m3； 設(shè)計(jì)洪水位(P=2%)為54.77 m，相應(yīng)庫(kù)容為2753萬(wàn)m3；校核洪水位(P=0.1%)為 58.043 m，相應(yīng)庫(kù)容為 3667萬(wàn)m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)[1]和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)[2]的規(guī)定，良西水庫(kù)工程等別為Ⅲ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇(P=2%)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 1000 年一遇(P=0.1%)。2002年經(jīng)江門、恩平兩地多位專家對(duì)良西水庫(kù)的安全鑒定，一致認(rèn)為水庫(kù)大壩安全類別為二類壩。

2 工程安全評(píng)價(jià)與分析

針對(duì)良西水庫(kù)當(dāng)前工程所存在的問(wèn)題，本文從地質(zhì)、滲流安全、防洪標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)構(gòu)安全等方面進(jìn)行安全評(píng)價(jià)與分析。

2.1 工程地質(zhì)分析

2.1.1 壩體工程地質(zhì)

根據(jù)鉆孔揭露情況，水庫(kù)壩體填筑土(層號(hào)：①1多由花崗巖風(fēng) 化殘積土回填而成，局部夾含風(fēng)化碎石，土質(zhì)不均勻，黃褐、紅褐色，稍濕， 松散～稍密狀態(tài)，揭露層厚 4.3～30.5 m。現(xiàn)場(chǎng)注水 23 段，得出壩體填筑土，滲透系數(shù)k介于 1.02×10-4～6.71×10-4cm/s，平均值為 4.25×10-4cm/s， 滲透性能屬于中等透水性?，F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn) 22 次，修正后標(biāo)貫擊數(shù)N=6.1～12.6 擊，平均值為 8.8 擊。取壩體原狀土樣 18 件，得出填筑土的天然密度平均值 為 1.94 g/cm3,天然含水率平均值為 22.9%，平均孔隙比e為 0.678，抗剪強(qiáng)度(慢剪)小值平均值為cc q=17.9 kPa、φc q=27.1°，壓縮系數(shù)大值平均值為α0.1-0.2=0.461 MPa-1、壓縮模量小值平均值Es0.1-0.2=3.76 MPa。

壩體背水坡及左右壩肩均未發(fā)現(xiàn)漏水、散浸跡象，但在壩體背水坡反濾體下部局部可見滲漏現(xiàn)象，滲出物質(zhì)主要為紅色銹水，但滲漏量不大。推測(cè)滲透位置主要發(fā)生在壩體、壩體與壩基接觸部位，需要通過(guò)計(jì)算復(fù)核其滲流安全性以及變形和抗滑穩(wěn)定性。

2.1.2 壩基工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔揭露的情況，水庫(kù)壩基巖土層按地質(zhì)成因從上向下依次為： 第四系坡積層(Q4 dl) ②1砂質(zhì)黏土：灰綠色、灰黃色等；主要由粉黏粒和石英砂礫等組成，干強(qiáng)度高，韌性中等；第四系殘積層(Q4 el) ③殘積土：黃褐色、紅褐色；稍濕；硬塑狀態(tài)；主要由花崗巖風(fēng)化殘積形成，石英和長(zhǎng)石等已風(fēng)化為黏土礦物含石英質(zhì)細(xì)礫，含量約 20%～30%，及少量長(zhǎng)石細(xì)礫；燕山期花崗巖(γ52(3)) ④2 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃、灰褐色；主要由未完全風(fēng)化的長(zhǎng)石、石英、云母及暗色礦物等組成，巖芯呈碎塊狀，敲擊聲啞，結(jié)構(gòu)基本破壞；④3弱風(fēng)化花崗巖：灰黃、灰褐色；主要由長(zhǎng)石、石英、云母及暗色礦物等組成，裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱狀，敲擊聲脆，結(jié)構(gòu)部分破壞。

壩基下伏地層無(wú)強(qiáng)透水砂層分布,壩基清基質(zhì)量較好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)，砂質(zhì)黏土、殘積土、強(qiáng)～弱風(fēng)化花崗巖滲透性能以弱透水為主；砂質(zhì)黏土僅在背水坡左壩頭靠近原山體位置鉆孔有揭露，根據(jù)壩體滲漏情況可判斷，水庫(kù)沿壩基發(fā)生滲漏的可能性較小。壩基基本無(wú)軟弱土層分布，可認(rèn)為良西水庫(kù)主壩沿壩基產(chǎn)生滑動(dòng)和變形的可能性較小。

2.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

2.2.1 防洪能力復(fù)核依據(jù)

本次洪水復(fù)核中，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)SL 252—2017、GB 50201—2014和《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2017)[3]：該水庫(kù)屬Ⅲ等工程，屬中型水庫(kù)，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，永久性次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物為5級(jí)；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50～100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 1000～2000 年一遇。按《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 482—2011)[4]該水庫(kù)泄洪涵消能按 30 年一遇洪水設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 50 年一遇(P=2%)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 1000 年一遇(P=0.1%)。

2.2.2 水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

良西水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)設(shè)有水庫(kù)專用水文觀測(cè)站，人力觀測(cè)，主要觀測(cè)降雨及水庫(kù)水位。但由于良西水庫(kù)沒有實(shí)測(cè)流量資料，本次采用設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，并根據(jù)查圖表法計(jì)算得出設(shè)計(jì)暴雨，分別用廣東省綜合單位線法及推理公式法計(jì)算良西水庫(kù)各頻率下的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，兩種方法下的計(jì)算成果比較見表1。

表1 良西設(shè)計(jì)洪水成果比較

2.2.3 調(diào)洪演算結(jié)果與成果比較

根據(jù)水庫(kù)2002年水位庫(kù)容曲線、泄洪涵水位以及泄量關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果資料，采用廣東省水利廳 1994年編制的(TH-3)程序進(jìn)行調(diào)洪演算，良西水庫(kù)的調(diào)洪演算成果如表2。

表2 良西水庫(kù)調(diào)洪演算結(jié)果

根據(jù)安全鑒定后的結(jié)果與2002年除險(xiǎn)加固調(diào)洪演算成果進(jìn)行對(duì)比(如表3所示)，本次計(jì)算的設(shè)計(jì)水位與 2002 年除險(xiǎn)加固時(shí)相差 0.07 m,校核水位相差0.05 m,這主要是由于本次計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水及水位～泄量關(guān)系曲線與 2002 年加固時(shí)的差異引起的，本次計(jì)算成果基本合理。

表3 良西水庫(kù)調(diào)洪演算成果比較表

2.2.4 壩頂高程復(fù)核

良西水庫(kù)實(shí)測(cè)主壩壩頂高程為59.230～59.543 m，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)[5]規(guī)定：壩頂高程(y)=最大波浪在壩坡上的爬高(R)+最大風(fēng)雍水面高度(e)+安全加高(A)；壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，即壩頂高程=靜水位(Z)+壩頂超高(y)，并分別按設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高、校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，及正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高并加地震安全加高三種計(jì)算結(jié)果，取其大值來(lái)確定壩頂高程。但在正常運(yùn)用條件下壩頂應(yīng)高出靜水位 0.50 m，在非常運(yùn)用條件下壩頂應(yīng)不低于靜水位。

依據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)狀壩頂防浪墻高程均高于計(jì)算所需壩頂高程；正常運(yùn)用條件下，現(xiàn)狀壩頂高程高于靜水位3.94～5.21 m；非常運(yùn)用條件下，現(xiàn)狀壩頂高程高于靜水位0.79～2.06 m。綜上所述，良西水庫(kù)所有大壩壩頂高程均滿足規(guī)范要求。

表4 良西水庫(kù)壩頂高程計(jì)算結(jié)果與復(fù)核情況表

2.3 大壩滲流安全評(píng)價(jià)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察，選取良西水庫(kù)主壩典型斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察，選取良西水庫(kù)主壩典型斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，根據(jù)規(guī)范：SL 274—2001規(guī)定，選取各運(yùn)行水位進(jìn)行滲流分析，土壩在各運(yùn)行工況下的滲流計(jì)算如表5。

表5 主壩滲流浸潤(rùn)線

根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果可知，壩體填土的滲透系數(shù)為 4.25×10-4cm/s>1×10-4cm/s，不滿足規(guī)范的要求，主壩壩體填土的壓實(shí)度為 0.86<0.96，壓實(shí)度未滿足規(guī)范要求。 綜上所述，根據(jù)規(guī)范SL 258—2017，主壩的滲流安全性評(píng)價(jià)為 B 級(jí)。

2.4 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)分析

2.4.1 壩體結(jié)構(gòu)安全分析

根據(jù)良西水庫(kù)現(xiàn)狀情況，水庫(kù)土壩壩坡穩(wěn)定分析按規(guī)范SL 274—2020的相關(guān)規(guī)定，壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算，分析了壩坡抗滑安全穩(wěn)定計(jì)算、壩頂高程及壩頂寬度復(fù)核及下游護(hù)坡復(fù)核得出土壩邊坡的穩(wěn)定性，正常蓄水位洪水位以及設(shè)計(jì)洪水位情況下大壩下游壩坡穩(wěn)定性。

根據(jù)上述計(jì)算成果可知，水庫(kù)土壩下游壩坡在各工況下的抗滑穩(wěn)定滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

2.4.2 溢洪道結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

溢洪道位于主壩右岸，1976 年擴(kuò)建工程時(shí)在原來(lái)溢洪道的基礎(chǔ)上改建為鋼筋混凝土雙孔泄洪涵，主要由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池段組成。本次主要是 對(duì)溢洪道泄流能力，泄漕水面線、消能防沖、邊墻穩(wěn)定等方面進(jìn)行復(fù)核，具體結(jié)果如下：

(1)溢洪道控制段閘頂高程滿足規(guī)范要求。

(2)溢洪道泄流安全復(fù)核中，泄流能力、泄槽邊墻高度及消能經(jīng)復(fù)核均滿足規(guī)范要求。溢洪道啟閉架人行橋左梁、啟閉架人行橋面板、啟閉架 1#梁、啟閉架 2#梁出現(xiàn)耐久性破壞的跡象，局部鋼筋銹蝕，出現(xiàn)開裂、露筋等缺陷。需盡快進(jìn)行維修加固。

(3)溢洪道閘室及邊墻在各工況下的抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

(4)溢洪道箱涵配筋滿足要求。

2.4.3 輸水涵結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

通過(guò)計(jì)算可知，水庫(kù)一副壩輸水涵、六副壩輸水涵及附城輸水涵的過(guò)流能力均滿足原設(shè)計(jì)過(guò)流要求。但經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)核發(fā)現(xiàn)：

(1)一副壩輸水涵、六副壩輸水涵及附城輸水涵的過(guò)流能力均滿足原設(shè)計(jì)過(guò)流要求；一副壩和附城輸水涵放水塔及工作橋高程均滿足要求。

(2)經(jīng)檢測(cè)，一副壩輸水涵管人行橋梁、附城輸水涵管人行橋梁實(shí)測(cè)強(qiáng)度未能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，其余受檢混凝土構(gòu)件實(shí)測(cè)強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求，由此判斷該 2 座涵管結(jié)構(gòu)存在一定的安全隱患，需加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)。

2.4.4 金屬結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

良西水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要包括主壩溢洪道和附城輸水涵兩個(gè)方面：

(1)溢洪道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備：閘門與啟閉設(shè)備；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，閘門止水膠老化；閘門面板厚度不符合設(shè)計(jì)要求。閘門焊縫發(fā)現(xiàn)飛濺，外觀質(zhì)量未符合標(biāo)準(zhǔn)要求。啟閉機(jī)安全檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)合格；經(jīng)計(jì)算，啟閉力滿足要求。

(2)輸水涵金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備：輸水涵閘門關(guān)閉不嚴(yán)，有漏水現(xiàn)象。啟閉機(jī)外觀質(zhì)量較好，未見銹蝕，現(xiàn)狀運(yùn)行基本正常，啟閉力滿足要求。

3 結(jié)論與建議

經(jīng)對(duì)水庫(kù)安全鑒定，良西水庫(kù)存在一定的安全隱患，評(píng)定為二類壩，需盡快采取除險(xiǎn)加固措施。建議對(duì)水庫(kù)溢洪道挑流鼻坎齒墻混凝土護(hù)腳、啟閉房以及輸水涵洞存在安全隱患的地方進(jìn)行維護(hù)加固，對(duì)溢洪道、輸水涵閘門進(jìn)行更換，以確保良西水庫(kù)安全運(yùn)行。