淺析營盤水庫大壩安全評(píng)價(jià)

陶 濤

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司,新疆 昌吉 831100）

1 工程概述

營盤水庫位于天山西端北坡山前丘陵地帶奧雷木齊河谷,行政區(qū)劃隸屬巴里坤縣,為攔河式水庫,水庫總庫容49.03 萬m3,控制灌溉面積2000 畝。營盤水庫工程規(guī)模為?。?）型,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5 級(jí),次要建筑物與臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。

營盤水庫于1993 年3 月完工并開始蓄水,水庫受當(dāng)時(shí)的人力、物力及歷史背景條件限制,施工質(zhì)量無法保證,工程遺留的安全隱患較多。水庫除險(xiǎn)加固工程于2013 年4 月開工建設(shè),2014 年10 月完成竣工及下閘蓄水驗(yàn)收。水庫自建成后一直運(yùn)行至今,充分發(fā)揮灌溉、防洪的作用,未出現(xiàn)過大的險(xiǎn)情。

水庫樞紐由大壩、放水涵管、溢洪道組成。營盤水庫為混凝土面板砂礫石壩,壩頂長度72.30 m,壩頂寬度4 m,壩頂高程1309.30 m,壩頂路面上游設(shè)置鋼筋混凝土防浪墻,墻頂高程1310.50 m。上游壩坡坡比為1∶1.4,下游壩坡坡比為1∶1.6。壩體分為四個(gè)區(qū)域,墊層區(qū)、主堆石區(qū)、任意料區(qū)、下游棱體區(qū)。

放水涵管布置在大壩右岸,全長22.43 m,進(jìn)口高程1301.57 m,采用DN600 壁厚10 mm,外包200 mm厚C25 鋼筋混凝土鋼管,出口高程1300.92 m。

溢洪道采取側(cè)槽式溢洪道布置,位于大壩左壩肩,溢洪道軸線與壩軸線呈90°夾角。溢流堰采用WES實(shí)用堰形式,堰頂高程1307.13 m,堰寬20.0 m。溢洪道由側(cè)槽段、調(diào)整段、泄槽段、消能段、海曼段組成。溢洪道全長119.30 m,其中溢流堰寬度為20 m,側(cè)槽段長20 m,調(diào)整段長7.90 m,泄槽段長23.40 m,出口消能段長68 m,最大下泄流量99.18 m3/s。

2 現(xiàn)場(chǎng)安全檢查與安全監(jiān)測(cè)

通過對(duì)大壩、放水涵管、溢洪道、金屬結(jié)構(gòu)及管理設(shè)施等檢查,水庫目前運(yùn)行正常,主要存在以下問題：

①壩頂路面較平整、無裂縫,未出現(xiàn)明顯塌陷等異常情況,壩頂交通道路運(yùn)行正常；防浪墻無開裂、擠碎、架空、錯(cuò)斷和傾斜情況；上游混凝土護(hù)坡無損壞,面板護(hù)坡無裂縫、脫落、滑動(dòng)、隆起、塌坑；下游壩坡無裂縫、剝落、滑動(dòng)現(xiàn)象；

②放水涵管管身外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)完好,未出現(xiàn)混凝土脫落、漏筋及漏水現(xiàn)象,操作間結(jié)構(gòu)完好。出水口放水時(shí)水流形態(tài)、流量正常,無滲水現(xiàn)象；消力池?zé)o沖刷、磨損、雜物堆積現(xiàn)象；

③溢洪道控制段堰頂無裂縫、剝落、沖刷、磨損、空蝕現(xiàn)象；泄槽底板無裂縫、滲水、沖刷、磨損、空蝕現(xiàn)象,伸縮縫完好；

④大壩安全監(jiān)控設(shè)施齊全,并布設(shè)有浸潤線觀測(cè)管,但水庫管理人員技術(shù)力量薄弱,安全監(jiān)測(cè)工作未進(jìn)行,缺少浸潤線觀測(cè)資料,為水庫的安全運(yùn)行和管理帶來一定的盲目性；

⑤目前金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)行正常,水庫管理設(shè)施基本完善。

3 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

營盤水庫位于奧勒木齊河谷西北狹窄地帶,走向約北西30°。河谷形態(tài)總體呈“U”形谷,兩岸坡度較小,山勢(shì)較平緩,河谷寬80 m~300 m,河谷底部為洪堆積物,山麓有薄層侵蝕堆積,河谷兩岸基巖裸露。地震動(dòng)峰值加速度0.10 g,庫區(qū)地震烈度為Ⅶ度,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s,區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性相對(duì)較好。

水庫壩基巖性為上部0 m~5.5 m卵石混合土層,下部為基巖,2013 年除險(xiǎn)加固時(shí)進(jìn)行了壩基固結(jié)灌漿和帷幕灌漿處理,根據(jù)竣工驗(yàn)收資料和工程運(yùn)行情況,壩基防滲處理效果良好,壩基工程質(zhì)量合格。

3.2 壩體工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

營盤水庫大壩為面板堆石壩,壩體筑壩材料為砂卵礫石,壩體填筑分成三個(gè)區(qū)進(jìn)行,分別為面板下的墊層區(qū),主堆石區(qū)及壩后坡任意料區(qū)[1]。壩體天然密度為2.15 g/cm3~2.28 g/cm3,含水率為4.6%~6.8%,干密度為2.06 g/cm3~2.14 g/cm3；土的最大干密度ρdmax=2.16 g/cm3,最小干密度ρdmin=1.93 g/cm3,壩體土料的孔隙率為22%,水庫大壩主堆石區(qū)、壩后坡任意料區(qū)的填筑質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

3.3 放水涵管工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

2013年除險(xiǎn)加固階段對(duì)原放水涵管末端閘井房拆除新建,涵管基礎(chǔ)埋置于壩基上,巖性為砂卵礫石,承載力特征值fak=400. 0 kPa,天然密度2.11 g/cm3~2.23 g/cm3,滲透系數(shù)為1.5×10-2cm/s,屬于強(qiáng)透水層,干密度1.96 g/cm3~2.08 g/cm3,粘聚力28.5 kPa,內(nèi)摩擦角37°～40°。砂卵礫石地層地基抗變形和承載力可滿足放水涵管設(shè)計(jì)要求。根據(jù)施工檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)定結(jié)果,工程合格率100%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,放水涵管地基穩(wěn)定,無沉降及裂縫存在。

3.4 溢洪道工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

溢洪道為2013 年除險(xiǎn)加固時(shí)候新建溢洪道,位于大壩左壩肩,全長119.3 m。基礎(chǔ)埋置于基巖上,巖性為安山玢巖,表層1.0 m~3.0 m強(qiáng)風(fēng)化層,弱風(fēng)化層承載力特征值fak=1300.0 kPa,屬弱透水層。安山玢巖地層地基抗變形和承載力可滿足溢洪道設(shè)計(jì)要求。根據(jù)施工檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)定結(jié)果,合格率100%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,溢洪道地基穩(wěn)定,無沉降及裂縫存在。

綜上,根據(jù)《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2017）,營盤水庫工程質(zhì)量評(píng)定為合格。

4 運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

營盤水庫自建成運(yùn)行至今,管理機(jī)構(gòu)設(shè)置合理,管理體制、管理制度及管理設(shè)施建立完善,均符合相關(guān)規(guī)范要求。水庫劃定的工程管理范圍和保護(hù)范圍合理,制定大壩安全責(zé)任制,明確單位管理責(zé)任人且嚴(yán)格遵守執(zhí)行。水庫已編制完成《營盤水庫汛期調(diào)度運(yùn)用方案》和《2018 年薩爾喬克鄉(xiāng)水管站營盤水庫防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案》。水管站安排專人巡查水庫大壩及建筑物運(yùn)行情況,管理人員認(rèn)真巡檢,發(fā)現(xiàn)問題得以及時(shí)處理,使水庫正常運(yùn)行。

綜上,水庫能按設(shè)計(jì)條件和功能安全運(yùn)行,大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)為規(guī)范。

5 防洪能力復(fù)核

營盤水庫的防洪能力復(fù)核主要包括防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、設(shè)計(jì)洪水復(fù)核、調(diào)洪計(jì)算和壩頂高程復(fù)核。

本次復(fù)核根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）確定水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為10 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇,水文系列延長后,設(shè)計(jì)洪峰流量為48.7 m3/s；校核洪峰流量為108 m3/s。

經(jīng)溢洪道調(diào)洪復(fù)核計(jì)算,10 年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大下泄流量為42.08 m3/s,50 年一遇校核洪水時(shí)最大下泄流量為99.35 m3/s。本次復(fù)核最大泄洪流量大于除險(xiǎn)加固批復(fù)的最大泄洪流量,溢洪道泄流能力滿足安全泄洪的要求。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）規(guī)定,壩頂高程由水庫靜水位加波浪爬高、風(fēng)浪壅高及安全超高確定。分別計(jì)算下列四種情況,選擇計(jì)算的最大壩頂高程進(jìn)行復(fù)核,現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求,見表1。

表1 復(fù)核計(jì)算壩頂高程與現(xiàn)狀壩頂高程對(duì)比表

因此,綜合評(píng)價(jià)水庫的防洪安全性分級(jí)為A級(jí)。

6 滲流安全評(píng)價(jià)

6.1 壩體、壩基滲流穩(wěn)定性分析

壩體滲流計(jì)算選擇最大斷面（樁號(hào)0+059）,分別進(jìn)行水庫正常蓄水位1307.13 m時(shí)的滲流分析（正常運(yùn)用條件）和水庫水位降落期滲流分析,計(jì)算結(jié)果表明,壩體、壩基滲流穩(wěn)定,見表2。

表2 大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

6.2 放水涵管滲流安全評(píng)價(jià)

放水涵管結(jié)構(gòu)保持完整,與周圍壩體結(jié)合緊密,未見到明顯滲水痕跡,管身段有一定銹蝕,未見管身漏水,現(xiàn)場(chǎng)安全檢查時(shí),未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。放水涵管運(yùn)行正常,滲流穩(wěn)定。

6.3 溢洪道滲流安全評(píng)價(jià)

采取側(cè)槽式溢洪道布置在大壩左壩肩,全長119.30 m?，F(xiàn)場(chǎng)安全檢查時(shí),溢洪道未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象運(yùn)行正常,滲流穩(wěn)定。

綜上,滲流安全評(píng)價(jià)為A級(jí)。

7 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

7.1 壩體結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

經(jīng)過對(duì)大壩0+059 斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析,在正常運(yùn)用條件下：正常蓄水位上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為2.86 和2.067,均大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)1.15；設(shè)計(jì)洪水位上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為2.788 和1.994,均大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)1.15。

在非常運(yùn)用條件下：校核洪水位上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為2.488 和1.617,大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)1.05；水位降落期,上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2.346,大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)1.05；滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

7.2 放水涵管穩(wěn)定分析

放水涵管進(jìn)、出口外觀結(jié)構(gòu)完整性較好,放水涵管為壁厚10 mm鋼管,經(jīng)過計(jì)算,鋼管最大應(yīng)力為11.2 MPa,小于容許應(yīng)力113 MPa,結(jié)構(gòu)安全。

7.3 溢洪道穩(wěn)定分析

外觀結(jié)構(gòu)完整性較好,校核工況下,溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底板抗浮穩(wěn)定性2.97 大于規(guī)范值1.2,底板抗滑穩(wěn)定性5.77 大于規(guī)范值2.5,溢洪道結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

因此,結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為A級(jí)。

8 抗震安全評(píng)價(jià)

本區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g,屬于Ⅶ度設(shè)防區(qū)。經(jīng)復(fù)核,遭遇Ⅶ度地震烈度情況下,大壩上游壩坡安全系數(shù)為2.318,下游壩坡安全系數(shù)為1.982,均大于允許安全系數(shù)1.02,滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此,抗震安全評(píng)價(jià)為A級(jí)。

9 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

營盤水庫主要金屬結(jié)構(gòu)包括輸水管道和涵管出口設(shè)置的閘閥。金屬結(jié)構(gòu)布置合理,設(shè)計(jì)與制造、安裝符合規(guī)范要求。經(jīng)復(fù)核計(jì)算,輸水管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,閥門承壓滿足壓力要求。閥門能保證泄水設(shè)施在緊急情況下正常開啟；未超過報(bào)廢折舊年限。因此,水庫金屬結(jié)構(gòu)安全性評(píng)為安全,營盤水庫金屬結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為A級(jí)。

10 結(jié)語

通過本次大壩安全評(píng)價(jià),營盤水庫評(píng)定為一類壩。針對(duì)水庫存在的安全問題,建議繼續(xù)密切監(jiān)測(cè)壩體的運(yùn)行,確保大壩的安全；加強(qiáng)對(duì)管理人員業(yè)務(wù)技術(shù)能力的培訓(xùn),完善浸潤線觀測(cè)資料；完善管理設(shè)施,新建上壩交通橋；增設(shè)水雨情設(shè)備、滲流觀測(cè)設(shè)備。