水庫(kù)安全鑒定諸單元分析和對(duì)策

邵美嬌

(廈門(mén)市汀溪水庫(kù)管理處 361100)

1 工程概況

東山水庫(kù)位于廈門(mén)市開(kāi)元區(qū)蓮前街道辦事處西林村東山峽云頂山邊，東山支流，樞紐工程由均質(zhì)土壩、溢洪道和壩下輸水涵洞等工程組成。

水庫(kù)土壩工程于1957年12月25日動(dòng)工興建，1958年12月16日竣工。由于興建年代早，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，雖然先后實(shí)施了幾次除險(xiǎn)加固，但工程仍存在輸水涵洞、溢洪道結(jié)構(gòu)老化、防汛及其他工程管理設(shè)施不完善等問(wèn)題，這些問(wèn)題直接威脅到水庫(kù)大壩的安全和正常運(yùn)用，亟須進(jìn)行安全鑒定。

本次安全鑒定的主要內(nèi)容有:水庫(kù)地質(zhì)安全評(píng)價(jià)、大壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)、大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)、防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)、滲流安全評(píng)價(jià)、大壩抗震安全復(fù)核、金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)、綜合安全評(píng)價(jià)。

2 安全鑒定評(píng)價(jià)單元

2.1 工程地質(zhì)概況

早期的水庫(kù)工程建設(shè)，其壩址地質(zhì)狀況主要以目測(cè)觀察為主。根據(jù)東山水庫(kù)壩址早期地質(zhì)資料和2003年對(duì)大壩特征點(diǎn)位置地質(zhì)鉆探成果，壩址基礎(chǔ)地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖石和弱風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖，局部為粉狀土，庫(kù)區(qū)地質(zhì)大部分是花崗石和片狀的火成巖，構(gòu)造良好，符合大壩、溢洪道、放水涵洞等建筑物的地質(zhì)要求。

2.2 大壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

由于歷史原因，東山水庫(kù)工程屬于“三邊”工程，施工過(guò)程未能?chē)?yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，填筑土料未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，作為大壩主要填土的土料是砂壤土，其含砂量超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，壩體密實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，大壩迎水坡護(hù)砌體局部塌落，背水坡反濾體也局部塌落;溢洪道出口段高程112.0m 處，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到117.10m 時(shí)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象;放水涵洞進(jìn)口臥管第10 節(jié)(高程112.46m)處發(fā)現(xiàn)斷裂。但管理單位在1999年對(duì)大壩滲漏較嚴(yán)重的放水涵洞周?chē)M(jìn)行灌漿，并毒殺白蟻，使大壩滲流有所控制。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2000)規(guī)定，工程質(zhì)量為“合格”。

2.3 大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

東山水庫(kù)已運(yùn)行54年，目前管理設(shè)施落后，人員配備少，大壩無(wú)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，也無(wú)觀測(cè)資料，大壩處于帶病運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2000)規(guī)定，運(yùn)行管理評(píng)價(jià)為“差”。

2.4 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

東山水庫(kù)下游防護(hù)對(duì)象有:鷹廈鐵路、蓮前大道、駐軍、工礦企業(yè)等，屬于重要水庫(kù)。防洪標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)洪水頻率為2%、校核洪水頻率為0.1%。

2.4.1 設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)洪水計(jì)算法采用推理公式試算法。根據(jù)計(jì)算得出設(shè)計(jì)頻率洪水成果，見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)頻率洪水成果

2.4.2 調(diào)洪計(jì)算

調(diào)洪演算原則:起調(diào)水位是溢洪道底高程117.10m;漲洪段控制下泄流量等于上游來(lái)水量，直至閘門(mén)全開(kāi)，自由泄洪。

根據(jù)上述原則和方法分別對(duì)設(shè)計(jì)、校核頻率洪水過(guò)程進(jìn)行調(diào)洪演算。

表2 東山水庫(kù)復(fù)核調(diào)洪成果

2.4.3 壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—94)，復(fù)核采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年洪水校核。設(shè)計(jì)暴雨采用小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法，即由廈門(mén)市水文站提供的廈門(mén)島內(nèi)24h 降水量設(shè)計(jì)資料進(jìn)行分析。原校核水位為119.27m，設(shè)計(jì)水位為119.00m，正常水位為119.00m，死水位為102.1m。經(jīng)本次調(diào)節(jié)計(jì)算，校核水位為119.23m，設(shè)計(jì)水位為118.74m，正常水位為118.74m，死水位為102.1m。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)，壩頂超高由波浪爬高、風(fēng)雍高度和安全超高三部分組成，從而得出東山水庫(kù)壩高復(fù)核成果并與現(xiàn)狀壩高作比較，見(jiàn)表3。

表3 東山水庫(kù)壩頂高程復(fù)核成果

計(jì)算工況:Ⅰ校核洪水位+非常運(yùn)用情況;Ⅱ設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況;Ⅲ正常水位+非正常運(yùn)用情況+地震安全加高(0.5m)

取“設(shè)計(jì)洪水位+ 正常運(yùn)用情況”的壩頂高程120.77m 作為東山水庫(kù)壩頂高程，現(xiàn)狀壩頂高程為120.35m，防浪墻高程為121.20m，根據(jù)東山水庫(kù)大壩防浪墻的現(xiàn)狀，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，堅(jiān)固不透水，按規(guī)范要求壩頂超高可以算至防浪墻頂，因此，復(fù)核結(jié)果滿足要求，大壩防洪安全性為A 級(jí)。

2.5 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

東山水庫(kù)結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)主要包括三方面:壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析、溢洪道結(jié)構(gòu)安全分析和壩內(nèi)輸水涵洞結(jié)構(gòu)安全分析。

2.5.1 大壩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

大壩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算的工作條件按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)執(zhí)行，采用不計(jì)及條塊間作用力的瑞典圓弧法，計(jì)算斷面選取最大斷面，公式如下:

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)規(guī)定，正常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為K≥1.15，根據(jù)計(jì)算，正常運(yùn)用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為K=1.151 ＞［K］=1.15，滿足規(guī)范要求。

2.5.2 溢洪道結(jié)構(gòu)安全分析

采用明渠恒定均勻流水面曲線分段試算法復(fù)核溢洪道側(cè)墻高度。根據(jù)能量平衡方程原理計(jì)算溢洪道槽內(nèi)水面曲線，得知該水庫(kù)溢洪道各段泄槽均滿足泄洪要求。

溢洪道側(cè)墻穩(wěn)定復(fù)核參照《水工建筑物》一書(shū)［2］，計(jì)算其抗滑抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 253—2000)的要求。

2.5.3 輸水涵洞泄流復(fù)核

本次復(fù)核按無(wú)壓管流公式分析箱涵流量，經(jīng)過(guò)輸水涵洞泄流能力雖然滿足要求，但涵洞臥管頂高程112.46m 處所對(duì)應(yīng)的臥管段存在裂縫，必須進(jìn)一步加強(qiáng)觀測(cè)并采取有效措施進(jìn)行處理。

2.6 滲流安全評(píng)價(jià)

東山水庫(kù)大壩壩后未設(shè)滲流觀測(cè)點(diǎn)，存在壩肩繞滲現(xiàn)象，在庫(kù)水位113.9m 時(shí)，壩后滲流量約0.7L/S;在庫(kù)水位117.0m 時(shí)，溢洪道閘室出口段112m 高程處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。數(shù)據(jù)表明壩基在施工時(shí)，壩體夯填密實(shí)度不符合規(guī)范要求，導(dǎo)致大壩存在滲漏現(xiàn)象。1980年對(duì)大壩進(jìn)行灌漿防滲處理后，壩后滲流量明顯減少，但大壩放水涵洞滲流依舊，1999年又對(duì)大壩滲漏較嚴(yán)重的放水涵洞周?chē)M(jìn)行灌漿，并毒殺白螞蟻，使大壩滲流有所控制。

大壩滲流復(fù)核計(jì)算斷面選用土壩最大斷面進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)土壩滲流計(jì)算的兩段法公式來(lái)計(jì)算浸潤(rùn)線位置。通過(guò)計(jì)算，大壩在各工況下通過(guò)壩體的水力坡降均在允許范圍內(nèi)，小于J允=0.59～0.44的下限值，但在較高水位運(yùn)行時(shí)溢洪道閘室出口段出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。分析原因有三:?大壩的條石心墻在施工中未修至設(shè)計(jì)高程，失去防滲效果;?大壩壩體的黏土填筑標(biāo)準(zhǔn)偏低;?大壩壩基滲流控制不夠完善。

綜上所述，該工程雖有一定滲流異常，但不影響大壩安全，故滲流性態(tài)為B 級(jí)。

2.7 抗震安全復(fù)核

東山水庫(kù)大壩地震基本烈度為7 度，按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL 5073—2000)規(guī)定，在大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮地震力，穩(wěn)定計(jì)算斷面選取最大斷面，采用不計(jì)及條塊間作用力的瑞典圓弧法。計(jì)算結(jié)果表明東山水庫(kù)大壩上、下游壩坡在校核洪水位，設(shè)計(jì)洪水位及死水位三種計(jì)算工況下，壩坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)均大于現(xiàn)行規(guī)范容許值，抗滑穩(wěn)定滿足要求。

2.8 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

東山水庫(kù)共有泄洪閘兩扇。在鑒定過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)閘門(mén)板有輕微磨損，其余未見(jiàn)異常。但其供電系統(tǒng)不夠完善。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

經(jīng)本次安全鑒定，東山水庫(kù)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)為B 級(jí)，防洪能力為A 級(jí)，結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為B 級(jí)，運(yùn)行管理為B級(jí)，滲流安全評(píng)價(jià)為B 級(jí)，抗震安全評(píng)價(jià)為A 級(jí)，金屬結(jié)構(gòu)為B 級(jí)。大壩綜合評(píng)價(jià)為二類(lèi)壩。

3.2 建議和對(duì)策

考慮到水庫(kù)綜合情況，針對(duì)水庫(kù)存在的問(wèn)題提出如下建議和對(duì)策:

a.設(shè)置位移和滲流觀測(cè)點(diǎn)，建立加強(qiáng)日常觀測(cè)管理制度。

b.對(duì)大壩存在隱患部位應(yīng)盡快加固處理:?對(duì)放水涵洞進(jìn)口臥管第十節(jié)臥管徹底翻修，清理輸水涵洞內(nèi)的淤泥雜物;?對(duì)輸水涵洞與大壩土體結(jié)合部、溢洪道底和壩體進(jìn)行灌漿防滲處理;?對(duì)塌陷的大壩迎水坡干砌塊石進(jìn)行重新翻砌，干砌縫灌水泥砂漿，清除大壩背坡雜樹(shù)雜草;?溢洪道啟閉設(shè)備更新，如更換啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)，外電源線路;?經(jīng)常性對(duì)白螞蟻毒殺防治;?溢洪道閘門(mén)板加高0.2m。

4 結(jié) 語(yǔ)

大壩安全鑒定是水庫(kù)工程管理的一項(xiàng)重要工作，對(duì)病險(xiǎn)土石壩及時(shí)進(jìn)行安全鑒定，對(duì)保護(hù)下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重要的意義，只有系統(tǒng)進(jìn)行安全鑒定并及時(shí)提出整治對(duì)策，才能去偽存真，抓住病險(xiǎn)水庫(kù)治理的關(guān)鍵、要害問(wèn)題，及早采取除險(xiǎn)加固措施，防患于未然，讓水庫(kù)工程造福于社會(huì)和人民。

1 鄭文康，劉翰湘.水力學(xué)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

2 祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

3 劉輝.土石壩水庫(kù)安全鑒定常見(jiàn)問(wèn)題及處理建議［J］.科技致富向?qū)В?012(14).

4 彭翠生，胡德恒.竹坑水庫(kù)大壩安全鑒定分析［J］.江西水利科技，2001(S1).