希尼爾水庫大壩結構安全分析

項 瓊

（新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆 庫爾勒 841000）

希尼爾水庫大壩結構安全分析

項 瓊

（新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆 庫爾勒 841000）

本文以新疆塔里木河流域的希尼爾水庫為例，首先介紹了水庫概況，之后對水庫大壩壩體變形、壩坡抗滑穩定進行了分析評述，最后對水庫大壩的結構安全性進行了綜合評價。分析結果表明:希尼爾水庫大壩變形已基本穩定，水庫壩坡抗滑穩定性滿足現行規范要求，壩頂寬度滿足規范要求，部分壩段壩后蓋重段可能存在失穩可能性。建議加強大壩的監測和檢查，及時對觀測資料進行分析，保障大壩安全。

希尼爾水庫；大壩；結構安全；抗滑穩定

希尼爾水庫位于新疆巴音郭楞蒙古自治州孔雀河流域的庫爾勒市境內，是一座以灌溉為主兼顧旅游及水產養殖的注入式反調節中型平原水庫。水庫從孔雀河第一分水樞紐引水并經庫塔干渠總干渠輸水，一 期 設 計 庫容9800萬 m3，正 常蓄 水 位913.6m；死庫容 1000萬 m3，死水位 905.8m。水庫北距庫爾勒市 20km，南距尉犁縣城 27km，地理坐標為東經86°13′～86°18′，北緯 41°33′～41°38′。水庫工程于 2000年 5月 18日開工建設，于 2002年底主體工程通過蓄水安全鑒定驗收，2003年 3月 15日開始初期蓄水，2008年10月通過自治區水利廳主持的水庫竣工驗收。

水庫樞紐工程等別為Ⅲ等，大壩為 3級建筑物，引水、放水與分水設施建筑物為 3級建筑物。樞紐工程由主壩、副壩、進水閘及進水渠、放水閘、放水渠及分水閘、壩后工程和附屬設施等組成。壩頂長7650m，最大壩高 20m，壩頂寬度6m，壩頂高程916.50m，防浪墻頂高程 917.70m。壩體防滲采取斜鋪復合膜（兩布一膜）結構，其中膜厚0.75mm，無紡布規格為 200g/m2；壩基防滲，根據地質情況的不同，分別采取 PE塑膜、塑性混凝土防滲墻與水泥土攪拌樁防滲墻三種形式。水庫引水建筑物設在庫塔干渠總干渠樁號17+800處，并在庫塔干渠總干渠上設節制閘，放水建筑物設在西副壩段大壩樁號 0+677.5處。

1 大壩變形評述

（1）大壩水平位移量最大的點為 Z1122（樁號 3 +100斷面下游壩頂），其位移量為 149.9mm；其次為 Z1625（樁號 5+500斷面下游壩頂）和 Z1321（樁號3+650斷面下游壩頂），其位移量分別為72.46mm和69.69mm；其余觀測點的水平位移量均在30mm以內。

（2）豎向位移量最大的點為 Z1125（樁號3+ 400斷面下游壩頂），其位移值為 21.69mm；其次為 Z1324（樁號 3+929斷面下游壩頂）、Z1624（樁號5+450斷面下游壩頂）、Z1625（樁號 5+550斷面下游壩頂），位移量分 別為 19.15mm、 -19.59mm、-16.09mm；還有Z222（樁號0+525斷面下游壩頂），出現了-12.01mm的豎向位移。

（3）Z1122、Z1624、Z1625觀測點的水平位移和豎向位移相對較大，且豎向位移均為向上抬升，分析認為這時觀測墩曾受到破壞所致。

根據土石壩壩體變形一般性規律，水庫大壩已經運行近 10年，壩體變形基本趨于穩定，但壩面觀測點受風沙破壞等影響，可能存在破壞性位移，致使部分壩面觀測點觀測值可能失真，不能反映壩體真實性位移。應加強水庫高水位運行情況下大壩表面變形觀測，并對觀測資料進行及時整編分析。

2 大壩抗滑穩定分析

2.1 計算斷面和計算方法選取

（1）計算斷面

壩坡靜力抗滑穩定計算分析典型斷面選取主壩3+600、5+200兩個斷面。兩個斷面均可簡化成三個區：①壩體砂礫石；②上、下游壓蓋清基回填料；③壩基砂巖泥巖層。兩個斷面壩坡抗滑穩定計算簡圖分別見圖1與圖 2。簡化畢肖普法計算公式如下：

圖1 大壩3+600斷面壩坡抗滑穩定計算斷面簡化圖

圖2 大壩5+200斷面壩坡抗滑穩定計算斷面簡化圖

（2）計算方法

壩坡靜力抗滑穩定計算采用剛體極限平衡法。計算方法依據規范要求采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普（Simp lified Bishop）法。

式中：W—土條重量；

MC—地震力力矩，靜力狀況下 MC為零值；

Q、V—水平與垂直向地震力，靜力狀況下

Q、V為零值；

hQ—水平地震力和滑弧圓心的垂直距離，靜力狀況下不考慮；

u—作用于土條底面的孔隙水壓力；

α—條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；

b—土條寬度；

c′、φ′—土條底面的有效應力抗剪強度指標。

2.2 計算工況與孔隙水壓力確定

（1）計算工況

根據碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）要求，結合希尼爾水庫工程具體運用情況，分析穩定滲流期大壩上、下游壩坡的靜力抗滑穩定安全，以及庫水位降落期上游壩坡的抗滑穩定性，具體計算工況如下：

①上游壩坡：分析上游水位為死水位 905.80m情況下壩體形成穩定滲流的正常運用條件及庫水位自正常蓄水位 913.60m驟降至死水位 905.80m時的非常運用條件的的靜力抗滑穩定安全；下游水位取下游壩后排水溝內實測水位高程。

②對下游壩坡，分析上游水位為正常蓄水位913.60m情況下壩體形成穩定滲流的正常運用條件的靜力抗滑穩定安全；下游水位取下游壩后排水溝內實測水位高程。

（2）孔隙水壓力

可能滑動面上的孔隙水壓力 u按下式計算：

式中：γw—水的容重，kN/m3；

h—滲透壓力水頭，m。可能滑動面上的孔隙水壓力，在穩定滲流期根據滲流分析成果確定，庫水位降落期的壩體內部孔隙水壓力根據規范采用近似方法確定。大壩為無粘性砂礫石壩，假設庫水位驟降后壩體內的孔隙水壓力迅速消散。

2.3 計算參數確定

壩坡靜力抗滑穩定分析選用的物理性質指標與力學參數見表 1。

2.4 安全評價標準

根據碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001），對于 3級建筑物，采用簡化畢肖普法計算時，正常運用條件下壩坡抗滑穩定最小安全系數不小于 1.30；非常運用條件下應不小于1.20。

2.5 計算結果與分析

大壩壩坡靜力抗滑穩定分析計算結果見表 2、圖 3與圖4 。

由表2和圖3、圖4可知，大壩3+600、5+ 200兩個斷面在正常運用條件及非常運用I條件下的上、下游壩坡靜力抗滑穩定安全系數均大于規范要求值。因此，可認為大壩上、下游壩坡靜力抗滑穩定性滿足規范要求。

2.6 其他結構安全問題

（1）護坡穩定性評述

水庫上游壩坡護坡混凝土面板運行正常，局部壩段面板與面板之間的橫向施工冷縫及充填的苯甲板存在破損現象，主壩局部壩段及東副壩、西副壩面板與面板之間的縱向施工冷縫不規則、破損。

表1 壩坡靜力抗滑穩定分析選用的物理性質指標與力學參數

表2 大壩壩坡靜力抗滑穩定計算成果

圖3 大壩3+600斷面壩坡靜力抗滑穩定計算成果

圖4 大壩5+200斷面壩坡靜力抗滑穩定計算成果

（2）防浪墻安全性評述

主壩及東副壩壩頂設0.9～1.4m高的簡易素混凝土防浪墻，墻底未與上游面板防滲結構緊密結合，設計時作為臨時護欄結構，不滿足擋水要求；西副壩僅設臨時鏤空護欄，未設防浪墻。

（3）壩頂超高和壩頂寬度復核

大壩壩頂寬度為 6m，滿足《碾壓土石壩設計規范》（SL274-2001）中對中、低壩壩頂寬度 5.0～10.0m的規定。

3 結語

希尼爾水庫大壩運行至今已近 10年，壩體變形在壩體自重應力下基本穩定；大壩上、下游壩坡靜力抗滑穩定性滿足規范要求；上游混凝土面板護坡設施局部存在損壞現象。大壩變形安全監測設施不完善，且大壩壩坡沉降位移觀測標點已多年未進行觀測，大壩安全監測工作不具有連續性，不滿足規范和水庫工程運行管理要求。考慮到大壩樁號 6+350壩后蓋重段曾出現3m長的滑坡段，部分壩段壩后蓋重段可能存在失穩可能性。建議繼續加強對大壩的監測和檢查，及時對觀測資料進行整編分析，加強安全管理，保障大壩工程安全。

［1］新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局.希尼爾水庫大壩運行管理工作報告［R］.2008.

［2］巴州水利水電勘測設計院.希尼爾水庫初步設計報告［R］.2000.

［3］SL274-2001.碾壓式土石壩設計規范［S］.

TV698.2+1

B

1672-2469（2015）08-0068-04

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.022

項 瓊（1967年—），女，工程師。