單縣月亮灣水庫安全鑒定評價與分析

杜 濱，張慶麗，張風友

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；2.山東科源工程建設(shè)監(jiān)理中心，山東 濟南 250014；3.青州規(guī)劃編制研究中心，山東 青州 262500）

月亮灣水庫位于單縣西南部，黃河故道以北低洼地帶內(nèi)，是一座引蓄黃河水的?。?）型平原水庫，日供水能力5.5萬m3，水庫設(shè)計水位52.85 m，死水位47.43 m，2016年9月竣工驗收并蓄水運行。樞紐工程由圍壩、出庫泵站、入庫閘、入庫泵站引水閘、焦莊溝引水閘、引水渠道等部分組成。圍壩最大壩高7.1 m，壩型為砂壤土均質(zhì)壩，壩頂高程53.60 m，壩體和壩基采用垂直振動沉模防滲板墻截滲。水庫竣工驗收運行已經(jīng)10余年，根據(jù)水利部《水庫大壩安全鑒定辦法》對月亮灣水庫進行安全鑒定是必要的。

1 現(xiàn)場安全檢查

圍壩呈“長條月牙形”型，外觀規(guī)則，壩頂路面平整，無裂縫，上游壩坡為混凝土連鎖塊護坡，下游壩坡為草皮護坡，下游壩坡隔50 m設(shè)排水溝，溝體完整、無破壞淤積，壩后為矩形排水溝，水流順暢，無堵塞。建筑物結(jié)構(gòu)完整，外觀質(zhì)量較好，不存在混凝土裂縫、剝蝕等老化現(xiàn)象，混凝土強度、耐久性符合規(guī)范要求，穿壩涵洞無裂縫、滲漏現(xiàn)象，與壩體接觸質(zhì)量較好，無滲漏痕跡。啟閉設(shè)施運行正常，止水效果良好。啟閉機機架無損傷、變形；制動輪表面光滑、無缺陷，不存在銹蝕現(xiàn)象；減速器運行良好，不存在漏油現(xiàn)象；潤滑系統(tǒng)工作正常；傳動軸表面無缺陷、變形、裂紋，防腐效果良好。電氣設(shè)施工作正常，配電容量和絕緣電阻滿足規(guī)范要求。發(fā)現(xiàn)的問題是對監(jiān)測設(shè)施的日常維護、觀測頻次不符合規(guī)范要求，主要表現(xiàn)在50%以上測壓管靈敏度差，觀測點個別移位，觀測數(shù)據(jù)精度差，資料整理不及時等問題。

2 工程質(zhì)量評價

壩體填土為庫區(qū)內(nèi)就地取土，土料主要以粉質(zhì)壤土、砂壤土為主，黃褐色，土質(zhì)較均勻，干強度低，韌性低，稍密—中密，稍濕，干密度為1.58～1.70 g/cm3，壓實度為0.93～1.0，達到設(shè)計值。塑性指數(shù)為7.3～21.5，平均值為12.5，符合規(guī)范要求；黏粒含量平均值17.4%，符合規(guī)范要求；注水試驗滲透系數(shù)為4.77×10－4～4.69×10－5cm/s，屬中等透水性，基本滿足規(guī)范要求均質(zhì)壩填土要求。圍壩上下護坡、防浪墻、壩頂路面、貼坡排水等構(gòu)件無損壞，壩基、壩體與建筑物接觸帶無滲漏現(xiàn)象，整體工程質(zhì)量較好。

3 運行管理評價

水庫按審定的調(diào)度規(guī)程合理調(diào)度運用，水文測報及通信設(shè)施基本完備；各項規(guī)章、制度或計劃（或文件）齊全，基本落實；日常檢查和維修養(yǎng)護工作按規(guī)定要求開展，大壩處于完整的可運行狀態(tài)；大壩的變形、滲流及穩(wěn)定總體上處于正常狀態(tài)。

圍壩布設(shè)觀測斷面12個，滲流觀測設(shè)施為測壓管，變形監(jiān)測為墩狀壩面觀測點，監(jiān)測橫斷面和監(jiān)測點布設(shè)符合規(guī)范要求。日常對監(jiān)測設(shè)施的維護、測量不到位，主要表現(xiàn)在50%以上測壓管靈敏度差。觀測點個別移位，觀測數(shù)據(jù)精度差，資料整理不及時等問題。根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》（SL258－2017），綜合評價月亮灣水庫大壩運行管理為“較好”。

4 結(jié)構(gòu)安全評價

4.1 滲流穩(wěn)定性分析

圍壩壩體為砂壤土，清基后壩基地層結(jié)構(gòu)為5層，防滲體為懸掛式振動沉板混凝土防滲墻，其力學參數(shù)和滲透系數(shù)見表1。

表1 圍壩計算土工指標表

滲流計算采用有限元法，以樁號2+050典型斷面，計算工況取設(shè)計蓄水位52.85 m，下游水位48.50 m；經(jīng)計算水庫年滲漏量為186.85萬m3，占引水量的8.68%，防滲措施能夠滿足規(guī)范要求。由于壩后有排水溝，壩坡無出逸點，不存在滲透破壞問題，其典型流網(wǎng)如圖1所示。

圖1 典型斷面等勢線及浸潤線圖

4.2 防滲墻防滲效果分析

1）地層結(jié)構(gòu)。圍壩壩基在勘探深度內(nèi)各層土滲透系數(shù)均大于4.0×10－4cm/s，且各相鄰?fù)翆訚B透系數(shù)均小于15倍，故沒有嚴格意義上的相對隔水層，根據(jù)地質(zhì)勘探報告，③層黏土（Q4al）可塑裂隙較發(fā)育，開度一般為0.5～1.5 mm，裂隙多充填藍灰色粉粒。該層分布連續(xù)，厚度1.10～2.80 m，底高程32.87～34.66 m，滲透系數(shù)建議值5.13×10－4cm/s。④層壤土（Q4al）銹黃色夾褐色，可塑～硬塑，夾灰白色鈣質(zhì)結(jié)核，含量5%～15%，?3～20 mm，分布不均勻，局部富集。該層分布連續(xù)，厚度1.20～4.10 m，滲透系數(shù)建議值為7.09×10－4cm/s，該兩層分布穩(wěn)定，厚度較大，方案比選時采用防滲墻嵌入此層1.0 m。

2）方案設(shè)計。為有效減少水庫滲漏量，確保滲透穩(wěn)定以及壩外農(nóng)田不發(fā)生浸沒，確保水庫發(fā)揮效益，選擇適宜該水庫的垂直截滲方案。垂直截滲方案能有針對性地解決水庫滲漏、滲流安全；有利于壩坡、壩基滲流穩(wěn)定；施工不需排空庫容，施工簡單可行，通過加深排水溝，可有效減輕壩后土地的鹽堿化和浸沒問題。

3）效果評價。圍壩防滲采用振動沉板混凝土防滲墻，頂高程53.15 m；墻底高程根據(jù)地質(zhì)勘探在33.0～35.5 m，墻底高程33.0 m，深入黏土層1.0 m。成墻槽孔間距0.8 m，漿液由普硅R32.5水泥、細砂、膨潤土配制，水泥砂漿組成，比重不小于16 kN/m3，進漿量70～165 L/min，切入速度小于8 m/min，提升速度小于3 m/min。墻體抗壓強度不小于1.3 MPa，滲透系數(shù)不大于i×10-7cm/s（i≤4）。

以樁號2+050斷面為依據(jù)，對無防滲措施和防滲措施、水庫年度滲漏測控資料3種情況進行計算，得出上游水位52.85 m，下游水位48.5 m。計算結(jié)果見表2，無防滲措施滲流等勢線如圖2所示。

表2 滲流量成果表

圖2 無防滲情況下的滲流等勢線圖

經(jīng)計算可知，防滲墻對滲漏量影響效果明顯，能夠減少無防滲措施情況下的2/3，但實際觀測防滲效果明顯，主要原因是③層黏土作為中等透水性對待，滲透系數(shù)5.13×10-4cm/s取值較大，但實際③層黏土防滲效果明顯，完全起到隔水層的作用。

4.3 圍壩邊坡穩(wěn)定分析

壩坡穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡理論，以考慮土條水平側(cè)向力的以滿足力矩平衡的簡化畢肖普法為計算模型，逐一計算各土條中不同土質(zhì)的抗滑力和滑動力，抗滑力總和與滑動力總和的比值即為穩(wěn)定安全系數(shù)。程序通過變換圓心座標位置和滑弧深度自動尋找出最危險（安全系數(shù)最?。┑幕　蝺?nèi)孔隙水壓力采用滲流分析成果，典型斷面選擇2+050為代表斷面進行穩(wěn)定分析計算。各種工況抗滑安全系數(shù)計算成果見表3，通過對各種工況下的穩(wěn)定分析，壩體是安全的。

表3 壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分析成果

5 金屬結(jié)構(gòu)和電氣評價

主要金屬結(jié)構(gòu)為啟閉機和閘門，經(jīng)復(fù)核閘門門板厚度滿足規(guī)范要求，閘門主梁的穩(wěn)定性、強度和變形滿足規(guī)范要求，水閘啟閉能力、滾輪與軌道的接觸應(yīng)力滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)狀水閘門體無變形，制動器外觀良好，無銹蝕等現(xiàn)象；電動機外觀良好，滿足運行要求；卷簡表面無明顯損傷、裂紋等缺陷；鋼絲繩無損、斷絲現(xiàn)象；金屬部件防離蝕涂層無起皮、鼓包、掉塊等外觀缺陷。

水庫供電負荷等級為一級，有兩個獨立電源供電。主電源由10 kV線路供電，備用電源采用柴油發(fā)電機組。主要電器設(shè)備均按額定電壓和回路工作電流選擇，經(jīng)計算絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定和電機穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，接地體的接地電阻值不大于4Ω，滿足要求。經(jīng)檢測，電氣系統(tǒng)線路、設(shè)備完整，工作狀態(tài)正常，但存在運行頻次少，養(yǎng)護不及時，個別線路老化等問題。金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備性能良好。

6 結(jié)語

目前，月亮灣水庫已經(jīng)運行10余年，大壩沉降已經(jīng)穩(wěn)定，建筑物無變形，無異常滲漏、壩后無浸沒問題，壩體防滲體質(zhì)量較好，能夠保證水庫大壩的安全運行，充分發(fā)揮水庫效益。在運行中，水庫存在觀測設(shè)施失效、設(shè)備養(yǎng)護不到位等現(xiàn)象，因此應(yīng)提高水庫的管理水平，并按管理規(guī)范要求完善圍壩的安全監(jiān)測設(shè)施，提高安全監(jiān)測和管理水平，確保工程安全運行。