雙嶺水利樞紐大壩安全評價與建議

孫澤仁

(遼寧澤峰水利工程規(guī)劃設(shè)計有限公司，沈陽 110004)

1 工程概況

雙嶺水利樞紐位于渾江干流下游，水庫總庫容1.33×108m3，裝機容量50MW，共2臺機組，主要工程任務(wù)是防洪、發(fā)電、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等。

雙嶺水利樞紐工程等別為II等，主要建筑物級別為3級，泄水建筑物及電站廠房(上游)設(shè)計洪水標(biāo)準為100a一遇，校核洪水標(biāo)準為500a一遇，樞紐主要由混凝土重力擋水壩、溢流壩、河床式電站廠房及開關(guān)站組成。

2 大壩安全性評估

經(jīng)現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)雙嶺水利樞紐大壩壩體混凝土出現(xiàn)嚴重溶蝕、受壓破碎及壩體沿建基面發(fā)生明顯位移或壩身明顯傾斜等危及大壩結(jié)構(gòu)安全的跡象，大壩運行正常。

從監(jiān)測資料來看，監(jiān)測成果的變化規(guī)律基本正常，測值在經(jīng)驗值及規(guī)范、設(shè)計、試驗規(guī)定的允許值內(nèi)，運行情況中無異常情況，認為雙嶺水利樞紐大壩基本上處于安全狀態(tài)。

3 大壩安全評價體系

3.1 工程質(zhì)量和工程地質(zhì)評價

經(jīng)調(diào)查，雙嶺水利樞紐大壩的擋水壩段、溢流壩段及廠房壩段的壩體構(gòu)造，包括壩頂、壩體分縫與止水均滿足規(guī)范的要求。溢流壩段上游基本無淤積，下游基巖普遍完好，無明顯破碎、斷裂，基巖表面較為平坦，無明顯沖坑，下游基巖抗沖滿足使用要求。

廠房壩段電站內(nèi)部整體表觀基本完好，但局部存在混凝土振搗不實、骨料外露和混凝土裂縫，分析裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑過程中溫度應(yīng)力、塑性收縮及施工工藝等原因造成的。鑒于工程已運行十余年，經(jīng)過竣工期修補后，運行期間未再對裂縫進行處理，個別裂縫仍存在滲水跡象，混凝土裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)的完整性、耐久性、抗?jié)B性等方面都存在不同程度的不利影響，并容易引起鋼筋銹蝕，運行期間應(yīng)加強裂縫觀測。廠房壩段及廠房混凝土水位變動區(qū)混凝土選用抗凍標(biāo)號F200，大體積混凝土外露部分選用抗凍標(biāo)號F100，低于現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，局部混凝土抗凍標(biāo)號偏低、混凝土剝蝕、骨料外露將影響混凝土的抗凍融、抗沖耐磨等耐久性要求。

大壩壩基巖石為花崗質(zhì)混合巖，巖石較為堅硬完整，飽和抗壓強度平均在90MPa以上，左岸擋水壩段和廠房壩段分別建基在弱-微風(fēng)化巖體和微風(fēng)化-新鮮巖體上，溢流壩段、門庫壩段和右岸擋水壩段建基在弱風(fēng)化巖上，滿足設(shè)計規(guī)范要求。在弱風(fēng)化上部，大部分鉆孔單位吸水率<0.03L/min·m·m，屬弱-極微透水體，壩基采用固結(jié)灌漿的處理方式，提高了壩基的完整性。施工對建基面局部存在的緩傾角節(jié)理采取了錨固處理措施，緩傾角節(jié)理經(jīng)錨固處理后對壩基穩(wěn)定影響不大。壩址左岸受渾江河道沖刷，地形坡度較陡。組成庫岸的巖石多由花崗質(zhì)混合巖和石英砂巖等堅硬巖石組成。石英砂巖巖層傾向山里，岸坡穩(wěn)定性較好。右岸為河流堆積岸，形成漫灘、階地，山坡地形較平緩，庫岸由堅硬巖石組成，穩(wěn)定性較好。

雙嶺水利樞紐大壩質(zhì)量基本滿足設(shè)計及規(guī)范要求，運行中暴露局部質(zhì)量缺陷，尚不嚴重影響工程安全，將工程質(zhì)量評價為基本合格[1]。

3.2 運行管理及防洪安全評價

運行管理評價的目的是評價水庫現(xiàn)有管理條件、管理工作及管理水平是否滿足相關(guān)大壩安全管理法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準的要求，以及保障大壩安全運行的需要，并為改進大壩運行管理工作提供指導(dǎo)性意見和建議。目前雙嶺水利樞紐管理機構(gòu)和管理制度健全，管理人員職責(zé)明晰。大壩設(shè)有水平、垂直位移觀測設(shè)施，管理單位每月能夠按規(guī)定進行正常觀測。大壩防汛交通與通信等管理設(shè)施完善。能夠按照審批的調(diào)度規(guī)程合理調(diào)度運用，并開展安全監(jiān)測，大壩能得到及時養(yǎng)護修理。

防洪安全評價的目的是根據(jù)水庫設(shè)計階段采用的水文資料和運行期延長的水文資料，并考慮建壩后上下游地區(qū)人類活動的影響以及水庫工程現(xiàn)狀，進行設(shè)計洪水復(fù)核和調(diào)洪計算，評價大壩現(xiàn)狀抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準要求。本次評價主要對桓仁、回龍山、沙尖子站、桓仁～回龍山和桓仁～沙尖子區(qū)間設(shè)計洪水進行復(fù)核計算。在《雙嶺初設(shè)》水文分析基礎(chǔ)上對桓仁、回龍山、沙尖子洪水資料進行延長；由于2008年之后資料不全，無法進行還原計算，且經(jīng)查詢2008年～今渾江流域未發(fā)生較大洪水，本次將洪水資料系列延長至2007年。本次調(diào)洪計算成果與《初設(shè)》階段成果對比如表1所示。

表1 調(diào)洪計算成果對比表

經(jīng)計算，調(diào)洪復(fù)核成果與《初設(shè)》成果較為接近，調(diào)洪后水位及下泄流量略小于《初設(shè)》階段成果，雙嶺水庫入庫洪水、泄流曲線與《初設(shè)》階段一致，未發(fā)生變化，水庫起調(diào)水位及調(diào)度運行方式亦未發(fā)生變化。故調(diào)洪計算仍采用初設(shè)成果。大壩特征水位如表2所示大壩能夠按設(shè)計條件和功能安全運行，大壩運行管理規(guī)范。水庫防洪標(biāo)準及大壩的防洪能力滿足規(guī)范要求，將防洪安全性評定為A級。

表2 特征水位成果表

3.3 滲流安全及結(jié)構(gòu)安全評價

滲流安全評價的目的是復(fù)核大壩滲流控制措施和當(dāng)前的實際滲流性態(tài)能否滿足大壩按設(shè)計條件安全運行。雙嶺水利樞紐大壩壩基巖石較為堅硬、完整，其滲透性微弱，壩基進行了固結(jié)灌漿，提高了整體性和均勻性，未發(fā)現(xiàn)壩基有異常的滲流表象，大壩壩基滲流狀況是安全的。大壩左右岸地下水位較高，巖石透水性微弱，不存在繞壩滲流問題，節(jié)理未與其它結(jié)構(gòu)面構(gòu)成不利組合，岸坡地下水滲流不會影響壩肩地質(zhì)構(gòu)造帶的滲透穩(wěn)定和壩肩抗滑穩(wěn)定。大壩壩體混凝土抗?jié)B標(biāo)號采用W4和W6，混凝土防滲性能滿足設(shè)計和規(guī)范要求。從現(xiàn)場安全檢查及大壩日常運行情況來看，未發(fā)現(xiàn)壩體有異常的滲流表象，大壩壩體滲流狀況是安全的。

結(jié)構(gòu)安全評價的目的是復(fù)核大壩在靜力條件下的穩(wěn)定性是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。通過復(fù)核大壩強度與穩(wěn)定，計算分析了雙嶺水利樞紐大壩的擋水壩段、溢流壩段、門庫壩段及廠房壩段的不同工況下的穩(wěn)定與應(yīng)力。

經(jīng)復(fù)核，各工況擋水壩段、溢流壩段、門庫壩段及廠房壩段抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及基底壓力均滿足規(guī)范要求。以溢流壩段作為典型，其抗滑穩(wěn)定安全成果及基底壓力成果見表3。

表3 各工況溢流壩段抗滑穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按抗剪斷強度公式計算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K’值：基本組合K’≥3.0；特殊組合K’≥2.5。經(jīng)計算，抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

表4 各工況溢流壩段壩基截面垂直應(yīng)力計算成果表

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在運行期，各種荷載組合下，壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力不應(yīng)大于壩體混凝土容許壓應(yīng)力，并不應(yīng)大于基巖容許承載力。從計算成果看應(yīng)力能夠滿足規(guī)范要求。

雙嶺水利樞紐大壩變形規(guī)律正常，經(jīng)現(xiàn)場檢查及檢測，并通過監(jiān)測資料分析，未發(fā)現(xiàn)存在危及大壩安全的異常變形。大壩泄流安全、抗滑穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)強度滿足相關(guān)規(guī)范要求。左右岸近壩岸坡穩(wěn)定性較好。根據(jù)現(xiàn)場檢測成果，門庫壩段背水側(cè)壩體排水口上部伸縮縫處存在微量滲水，伸縮縫滲水點高于上游庫水位，分析主要滲水原因是門庫內(nèi)積水通過分縫外滲所致，而非壩體分縫處止水損壞問題，不影響工程安全[2]。

本次評價將大壩滲流性態(tài)安全等級評定為A級。大壩的整體穩(wěn)定、泄流安全能夠滿足規(guī)范要求，無異常變形現(xiàn)象，近壩岸坡穩(wěn)定，將結(jié)構(gòu)安全等級評定為A級。

3.4 抗震安全及金屬結(jié)構(gòu)評價

大壩所在工程區(qū)地震烈度為Ⅵ度，無需抗震復(fù)核。

雙嶺水利樞紐大壩金屬結(jié)構(gòu)總體布置合理，設(shè)計中考慮了水庫運行調(diào)度要求和設(shè)備存放、維護及檢修需要。設(shè)備選型適當(dāng)，設(shè)計與制造安裝符合規(guī)范要求。金屬結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。閘門及其埋件、啟閉機均有產(chǎn)品出廠合格證書和產(chǎn)品出廠驗收資料。閘門及埋件和啟閉機等的制造、安裝基本符合規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。啟閉機啟門能力滿足要求，配套的電氣設(shè)備外觀及接線狀況良好，運行可靠。金屬結(jié)構(gòu)已配置備用電源，供電安全能夠得到保障，能夠保證泄水設(shè)備閘門在緊急情況下開啟。雙嶺水利樞紐閘門上游雖無破冰設(shè)施，但是大壩上游水位每日變化，水面浮動較大，經(jīng)運行多年，基本沒有冰凍情況發(fā)生，不影響閘門安全運行。

本次評價將金屬結(jié)構(gòu)安全等級評定為A級。

4 結(jié) 論

經(jīng)綜合評價分析后，將雙嶺水利樞紐大壩安全類別評定為二類。

5 建 議

對評價過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出以下建議：

1)對大壩壩體上、下游水位變化區(qū)混凝土剝蝕及粗骨料外露部位采取修補和防護措施。

2)對廠房壩段電站內(nèi)墻體和地面裂縫進行有效處理，加強對裂縫部位的觀測，防止裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)安全造成危害。

3)水庫大壩安全監(jiān)測項目不完善，建議對觀測墩影響交通而無法進行水平觀測的壩段采取平移觀測點或其他方式恢復(fù)原有壩段的觀測功能。完善大壩的監(jiān)測系統(tǒng)，提高觀測的精度。