船底窩上級(jí)水庫(kù)病險(xiǎn)情況分析及措施研究

郭芮 中山市堤圍管理中心

隨著社會(huì)城市化程度不斷的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，水利工程在防洪方面越來(lái)越重要，其中，水庫(kù)大壩起著重要的作用，為了促使水庫(kù)大壩穩(wěn)定運(yùn)行，將效益發(fā)揮出來(lái)，需要及時(shí)準(zhǔn)確掌握水庫(kù)安全狀況、科學(xué)設(shè)定水庫(kù)運(yùn)行管理措施的法定制度，定期開展水庫(kù)防汛減災(zāi)、維修養(yǎng)護(hù)、除險(xiǎn)加固、降等報(bào)廢等工作。定期開展安全鑒定制度是確保水庫(kù)大壩安全運(yùn)行的重要措施，主要依據(jù)新修訂的《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》和中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017）等技術(shù)規(guī)定與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水庫(kù)大壩實(shí)行定期安全鑒定制度。本文根據(jù)船底窩上級(jí)水庫(kù)安全鑒定評(píng)價(jià)內(nèi)容來(lái)分析其病險(xiǎn)程度及情況，提出相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施，為進(jìn)一步提高水庫(kù)大壩管理水平提供思路。

1.工程概況

船底窩上級(jí)水庫(kù)位于中山市五桂山逍遙谷旅游區(qū)內(nèi)，是一宗以防洪為主的小（2）型水庫(kù)工程。該水庫(kù)初建于1973年，自建成運(yùn)行以來(lái)開展了數(shù)次除險(xiǎn)加固工作，水庫(kù)集雨面積為0.37km2，總庫(kù)容為5.30萬(wàn)m3，大壩為漿砌石重力壩，全長(zhǎng)50m，壩頂寬1.80m，最大壩高11.00m。該水庫(kù)大壩溢洪道位于大壩左側(cè)，溢流堰型為開敞式溢流堰，輸水涵管位于主壩中底部，涵管為內(nèi)襯鋼板有壓圓管，內(nèi)徑0.30m，工作閘門型式為轉(zhuǎn)動(dòng)門蓋，工作閘門啟閉方式為螺桿式，最大放水量0.58m3/s 。工程現(xiàn)狀見圖1。

圖1 工程現(xiàn)狀

2.病險(xiǎn)問(wèn)題分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)安全檢查及安全檢測(cè)

通過(guò)采取現(xiàn)場(chǎng)安全檢查、地質(zhì)勘探、混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)和砌石結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)等方式，反映出船底窩上級(jí)水庫(kù)大壩存在的病險(xiǎn)問(wèn)題如下：

大壩壩頂混凝土路面有輕微表面裂縫，上游側(cè)護(hù)欄底座存在露筋銹蝕情況，大壩斷面較同類型工程單薄，大壩采用壩體自身進(jìn)行防滲，大壩背水面表面常年濕潤(rùn)并有明顯滲水；壩腳處滲漏明顯并有輕微積水，未設(shè)置排水溝及滲流量監(jiān)測(cè)設(shè)施，目前僅設(shè)置了水位計(jì)、水位標(biāo)尺和雨量計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)施。

工作橋下側(cè)底板混凝土保護(hù)層局部缺失，骨料出露；溢流堰表面有輕微表面裂縫；工作橋橋墩表面及右側(cè)漿砌石邊墻混凝土護(hù)面存在大面積龜裂紋。溢洪道泄槽左側(cè)為原山體，原山體走勢(shì)使得泄槽由上游到下游段逐漸縮窄，使得過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u減小，由于山體形狀不規(guī)則，可能導(dǎo)致泄流流態(tài)紊亂。輸水涵管閥門在水下，無(wú)法進(jìn)行相關(guān)檢查檢測(cè)工作；輸水涵管啟閉機(jī)保護(hù)漆剝落嚴(yán)重，呈麻面狀，螺桿缺少黃油潤(rùn)滑養(yǎng)護(hù)，有明顯銹斑，操作不便。

上壩道路為山路，步級(jí)陡，部分步級(jí)高達(dá)40cm，上壩需步行30分鐘才能到達(dá)壩頂，上壩道路多處路段濕滑，尤其在汛期及有雨天氣，上壩極為不便，防汛搶險(xiǎn)難度大，一旦在大雨天氣發(fā)生險(xiǎn)情，難以上壩進(jìn)行防汛搶險(xiǎn)救援。而現(xiàn)場(chǎng)未見防汛物料，無(wú)防汛值守管理用房，水庫(kù)巡視檢查依靠工作人員定期到庫(kù)區(qū)進(jìn)行檢查。

現(xiàn)場(chǎng)坑探試驗(yàn)測(cè)得內(nèi)部砂漿強(qiáng)度低，壩體內(nèi)部砂漿強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，漿壩體漿砌石呈灰白色，灰黃褐色，部分側(cè)面較粗糙，骨料大小粒徑不一，骨料級(jí)配較差，局部摻雜有少量強(qiáng)～中風(fēng)化花崗巖碎石，局部膠結(jié)較差，呈麻面狀、溝槽及塊狀，局部有縫隙。壩體砌石風(fēng)化破損嚴(yán)重，抗壓強(qiáng)度低，不滿足規(guī)范要求。通過(guò)單環(huán)注水實(shí)驗(yàn)，得出其滲透系數(shù)為K=9.28×10m/s，屬中等透水，大壩抗?jié)B透性較差。根據(jù)工程測(cè)量成果，大壩、溢洪道尺寸與原設(shè)計(jì)基本吻合，未見明顯異常情況。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，溢洪道混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏低，不滿足規(guī)范要求，大壩探坑內(nèi)部及背水側(cè)濕潤(rùn)處勾縫砂漿不滿足規(guī)范要求，金屬結(jié)構(gòu)保護(hù)漆厚度不滿足規(guī)范要求。

2.2 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

水庫(kù)大壩庫(kù)區(qū)岸坡穩(wěn)定，庫(kù)區(qū)周邊基巖裸露，工程地質(zhì)條件較好，未見明顯異常。大壩迎水側(cè)漿砌石勾縫有輕微開裂，壩頂路面有多處輕微表面裂縫，壩體背水側(cè)常年濕潤(rùn)滲水，壩體未設(shè)置滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施。壩體內(nèi)部塊石呈灰白色，灰黃褐色，部分側(cè)面較粗糙，骨料大小粒徑不一，骨料較差，局部摻雜有少量強(qiáng)～中風(fēng)化花崗巖石塊，局部膠結(jié)較差，呈麻面狀、溝槽及塊狀，局部有縫隙。大壩滲透系數(shù)為K=9.28×10cm/s，屬中等透水，大壩抗?jié)B透性較差?？犹狡鍪踩?組，其單軸天然抗壓強(qiáng)度代表值為13.6MPa、19.40MPa、72.7MPa，兩組低值平均值為16.5MPa，根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL25-2006）石料抗壓強(qiáng)度需≥30MPa，壩體砌石抗壓強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，砌石質(zhì)量較差。

溢洪道基本能夠滿足泄流及消能防沖的要求，現(xiàn)場(chǎng)未見有明顯沖刷、沖毀痕跡。根據(jù)安全檢測(cè)結(jié)果，溢洪道溢流堰、工作橋等混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏低，未能達(dá)規(guī)范要求的C25混凝土強(qiáng)度。溢洪道泄槽左側(cè)為原山體，原山體走勢(shì)使得泄槽由上游到下游段逐漸縮窄，使得過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u減小，由于山體形狀不規(guī)則，可能導(dǎo)致泄流流態(tài)紊亂。

大壩輸水底涵管位于大壩中間，輸水涵管配套的啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)存在銹蝕情況，涵管保護(hù)漆厚度不滿足規(guī)范要求，輸水涵管啟閉機(jī)為人力手搖啟閉機(jī)，操作不便。

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017）)的相關(guān)規(guī)定，船底窩上級(jí)水庫(kù)砌石強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果大部分不滿足規(guī)范要求，嚴(yán)重影響工程安全運(yùn)行，工程質(zhì)量評(píng)價(jià)為不合格。

2.3 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）和《水利水電工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）的規(guī)定，船底窩上級(jí)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 年一遇。復(fù)核采用綜合單位線法和推理公式法兩種計(jì)算方法推求設(shè)計(jì)洪水，最終采用推理公式法的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)洪水的洪峰流量（P=3.33%）計(jì)算結(jié)果為13.61m3/s，校核洪水的洪峰流量（P=0.33%）為17.84m3/s。船底窩上級(jí)水庫(kù)起調(diào)水位為336.26m（8.20），30 年一遇設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）為337.50m，相應(yīng)庫(kù)容5.01萬(wàn)m3，300年一遇校核洪水位（P=0.33%）為337.72m（9.66），相應(yīng)庫(kù)容5.30萬(wàn)m3。通過(guò)計(jì)算，宣泄設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時(shí)，溢洪道過(guò)流能力滿足要求。根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL25-2006）復(fù)核計(jì)算水庫(kù)大壩壩頂高程，結(jié)果表明船底窩上級(jí)水庫(kù)壩頂高程滿足規(guī)定的安全要求。綜上所述，船底窩上級(jí)水庫(kù)大壩防洪安全性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)。

2.4 安全評(píng)價(jià)復(fù)核

2.4.1 滲流安全

結(jié)合工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論，大壩壩體部分塊石側(cè)面較粗糙，骨料大小粒徑不一，骨料較差，局部摻雜有少量強(qiáng)風(fēng)化花崗巖石塊，局部膠結(jié)稍差，呈麻面狀、溝槽及塊狀，局部有縫隙。壩體局部防滲性能較差，大壩背水面壩坡表面整體濕潤(rùn)有明顯滲水，壩腳處滲流明顯并有輕微積水。大壩缺乏滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備，無(wú)量水堰，無(wú)相關(guān)滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施，無(wú)法從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析大壩滲流安全是否正常。

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，船底窩上級(jí)水庫(kù)局部存在滲流異常現(xiàn)象，且未設(shè)置滲流相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)施，無(wú)法根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)去分析大壩滲流安全性態(tài)，船底窩上級(jí)水庫(kù)大壩滲流安全評(píng)價(jià)為C級(jí)。

2.4.2 結(jié)構(gòu)安全

根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL25-2006）規(guī)定，大壩抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算工況為：

工況1：正常蓄水位336.26 m（8.20）；

工況2：設(shè)計(jì)洪水位337.50 m（9.44）；

工況3：校核洪水位337.72 m（9.66）。

其中工況1和工況2屬于基本組合情況工況，工況3屬于特殊情況組合工況。

船底窩上級(jí)水庫(kù)無(wú)溢流壩段，溢洪道布置在左壩肩巖質(zhì)地基上，故壩體抗滑穩(wěn)定僅驗(yàn)算非溢流斷面。壩體與壩基接觸面穩(wěn)定計(jì)算成果見表1，結(jié)果表明，按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算，非溢流壩斷面在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位工況壩體及壩基的抗滑穩(wěn)定都滿足規(guī)范要求；按抗剪強(qiáng)度計(jì)算，非溢流壩段斷面在設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位工況壩體及壩基的抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求。

表1 壩體與壩基接觸面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

壩體砌體間接觸面穩(wěn)定計(jì)算成果見表2，結(jié)果表明，按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算，非溢流壩斷面在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位工況的抗滑穩(wěn)定都滿足規(guī)范要求；按抗剪強(qiáng)度計(jì)算，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在擬定工況下均滿足規(guī)范要求。

表2 壩體砌體間滑動(dòng)面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

船底窩上級(jí)水庫(kù)為漿砌石重力壩，大壩應(yīng)力按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005），應(yīng)力在于運(yùn)用期，壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）；各種荷載組合情況下的基礎(chǔ)底面應(yīng)力應(yīng)不大于地基允許承載力。水庫(kù)大壩為巖質(zhì)地基，大壩應(yīng)力計(jì)算斷面為最高非溢流壩斷面，應(yīng)力計(jì)算成果見表3，結(jié)果表明，對(duì)于非溢流壩斷面，基底最小應(yīng)力和最大應(yīng)力在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位工況下滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。

表3 應(yīng)力計(jì)算成果

溢洪道邊墻高程按照《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2018），陡槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，溢洪道泄槽邊墻現(xiàn)狀墻頂高程均高于計(jì)算墻頂高程，滿足規(guī)范要求。

船底窩上級(jí)水庫(kù)未設(shè)置消力池，溢洪道直接泄流排向山澗，山澗均為裸露基巖，未見明顯沖刷痕跡。溢洪道泄槽左側(cè)為原山體，原山體走勢(shì)使得泄槽由上游到下游段逐漸縮窄，使得過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u減小，由于山體形狀不規(guī)則，可能導(dǎo)致泄流流態(tài)紊亂，并沖刷山體。近壩岸坡坡度較緩，庫(kù)岸均為巖質(zhì)邊坡，基本無(wú)塌岸問(wèn)題，壩坡較為穩(wěn)定。

綜上所述，漿砌石壩段穩(wěn)定復(fù)核，按抗剪斷強(qiáng)度復(fù)核時(shí)，擬定的工況下壩體抗滑穩(wěn)定及壩基抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求；按抗剪強(qiáng)度復(fù)核時(shí)，在擬定工況下，壩體抗滑及壩基抗滑部分不滿足規(guī)范要求。溢洪道交通橋墩混凝土保護(hù)層厚度不滿足規(guī)范要求，砂漿強(qiáng)度部分不滿足規(guī)范要求。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），船底窩上級(jí)水庫(kù)結(jié)構(gòu)安全綜合評(píng)價(jià)為C級(jí)。

2.4.3 抗震安全

船底窩上級(jí)水庫(kù)地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。根據(jù)《漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL25-2006）規(guī)定，大壩抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算工況包括工況1：正常蓄水位336.26m（8.20）情況+地震、工況2：設(shè)計(jì)洪水位337.50m（9.44），情況+地震，通過(guò)計(jì)算表明，大壩在正常運(yùn)行工況下遭遇地震時(shí)，按抗剪斷強(qiáng)度復(fù)核結(jié)果滿足規(guī)范要求，按抗剪強(qiáng)度公式復(fù)核，設(shè)計(jì)洪水位遭遇地震工況安全系數(shù)小于規(guī)范允許值。大壩為漿砌石重力壩，漿砌石結(jié)構(gòu)抗震性能差且限于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，大壩沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。大壩抗震措施存在缺陷。綜上所述，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），船底窩上級(jí)水庫(kù)抗震安全綜合評(píng)價(jià)為C級(jí)。

2.4.4 金屬結(jié)構(gòu)安全

金屬結(jié)構(gòu)主要有輸水涵管，啟閉機(jī)、螺桿及控制閥門等。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，輸水涵管內(nèi)部銹蝕明顯，呈現(xiàn)麻面狀，多處銹坑，管壁內(nèi)部凹凸不平，啟閉機(jī)保護(hù)漆剝落嚴(yán)重，呈現(xiàn)麻面狀，螺桿缺少黃油潤(rùn)滑養(yǎng)護(hù)，有明顯銹跡。壩后輸水涵管保護(hù)漆厚度不滿足規(guī)范要求。輸水涵管啟閉機(jī)表面及螺桿表面有明顯銹蝕情況，啟閉機(jī)銘牌模糊不清，依靠人力進(jìn)行啟閉，目前雖能夠正常啟閉，但啟閉操作極為不便。在汛期及大雨等惡劣天氣，無(wú)防汛公路，上壩困難，無(wú)電動(dòng)設(shè)備，人力操作可能無(wú)法滿足應(yīng)急搶險(xiǎn)需求。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），船底窩上級(jí)水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為C級(jí)。

3.措施及對(duì)策

船底窩上級(jí)水庫(kù)存在一定安全隱患，建議采取以下改進(jìn)及加固措施：

（1）針對(duì)庫(kù)區(qū)無(wú)應(yīng)急搶險(xiǎn)物資，汛期及雨天上壩困難，目前上壩道路無(wú)法滿足防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)需求，建議按規(guī)范要求完善防汛道路，在庫(kù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)配備防汛物料，提高搶險(xiǎn)能力。

（2）針對(duì)裂縫及混凝土缺失等，建議修復(fù)壩頂路面淺層裂縫及背水坡漿砌石結(jié)構(gòu)勾縫剝落缺失部位。修復(fù)溢洪道泄槽段局部混凝土缺失部位，修復(fù)泄槽邊墻裂縫，并按規(guī)范設(shè)置消力池。

（3）針對(duì)漿砌石壩體內(nèi)砌石座漿欠飽滿，砂漿強(qiáng)度低，漿砌石內(nèi)部為中等透水，壩體背水坡有明顯的滲水現(xiàn)象；按抗剪強(qiáng)度計(jì)算，部分工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。建議通過(guò)灌漿等多種方式，填充壩體內(nèi)部空隙，并在上游增設(shè)混凝土防滲面板，提高壩體、壩基的抗?jié)B性能。

（4）針對(duì)大壩現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)施缺失，建議按規(guī)范設(shè)置相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)施，增設(shè)表面變形、滲流等監(jiān)測(cè)設(shè)施，加強(qiáng)管理維護(hù)以及監(jiān)測(cè)人員的相關(guān)教育培訓(xùn)，按規(guī)范要求采集、整編、保存監(jiān)測(cè)資料。

（5）對(duì)輸水涵管、啟閉機(jī)及閘閥等進(jìn)行更新改造。

（6）這次復(fù)核船底窩上級(jí)水庫(kù)校核庫(kù)容僅為5.30萬(wàn)m3，庫(kù)容不滿足?。?）型水庫(kù)要求，建議采取庫(kù)區(qū)清於措施或者按實(shí)際情況考慮降等處理。

4.結(jié)論

船底窩上級(jí)水庫(kù)管理機(jī)構(gòu)及管理制度基本健全，管理機(jī)構(gòu)工作人員職責(zé)分工及時(shí)開展了安全鑒定工作。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017），船底窩上級(jí)水庫(kù)工程質(zhì)量不合格，結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、抗震安全、金屬結(jié)構(gòu)均評(píng)價(jià)為C級(jí)，水庫(kù)大壩存在一定的安全隱患，需盡快開展除險(xiǎn)加固工程，除險(xiǎn)加固前應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡查工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。