大連市金普新區高家水庫大壩安全評價與建議

孫墅隆，伏世紅

（大連市水利建筑設計院有限公司，遼寧 大連 116000）

1 工程概況

高家水庫位于大連市金普新區石河街道華農村境內，水庫始建于1957年11月，于1958年5月竣工，2002年進行過除險加固。高家水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞組成，是一座以防洪、灌溉為主的小（2）型水庫。水庫上游集雨面積3.5 km2，河道長度4.23 km，河道比降為26.54‰。高家水庫總庫容11.50萬m3。水庫下游保護范圍內主要有村屯、耕地、哈大高鐵、沈大高速及202國道等，包括人口1500人，耕地700畝。水庫設計灌溉面積為500畝，設計年供水量7萬m3。2011年實際為當地灌區提供灌溉水量8萬m3。水庫管理單位為大連金普新區石河街道辦事處，有專人管理。

2 大壩安全評價

本次水庫安全評價工作通過分析現有資料，實地勘測，并結合現場巡查及管理單位介紹進行評價，安全評價工作主要包括：大壩現場安全檢查；工程質量評價；大壩運行管理評價；水庫抗洪能力復核；大壩結構及抗震穩定復核；大壩滲流安全評價及大壩金屬結構安全評價。

2.1 現場安全評價

根據部分原始資料，經現場巡視檢查大壩現狀并結合大壩建成以來的運行情況，目前大壩無明顯滲漏現象；壩頂路面為土路，長滿雜草；漿砌石防浪墻墻體多處塌陷，砂漿脫落嚴重，防浪墻混凝土壓剝蝕開裂嚴重；大壩無監測設施。迎水坡護坡石大部分塌陷損壞、護坡石粒徑小、脫落嚴重。背水坡現狀雜草及灌木叢生，居民生活設施胡亂堆放，局部背坡種有果樹，下游壩腳處無排水體。溢洪道底板有混凝土襯砌、但表層剝蝕嚴重。壩頂通往輸水洞豎井的路基及路面塌陷破損，輸水洞豎井進水井蓋已經銹蝕，無法正常開關，進、出口閘閥銹蝕嚴重。大壩右側水庫漿砌石岸墻向內傾斜，長度94 m，局部漿砌石岸墻脫落塌陷，墻體內長有雜草。水庫無管理房、無防汛路。

2.2 工程質量評價

根據區域構造資料，本工程區內無影響工程安全的活動性構造通過。2018年1月勘察共完成鉆孔4個，區域覆蓋層較薄，主要為第四系松散堆積物和城子坦組斜長角閃巖及輝綠巖。庫區周邊分水嶺比較寬厚，分水嶺巖土透水性不大，庫區內未見有導水斷裂破碎帶連通庫外，也未發現滲漏跡象。庫區周邊庫岸大都較緩，地表植被較發育，庫岸穩定；上游匯水面積不大，河道相對平直，無較大比降，庫區淤積不嚴重；庫尾地形有一定坡度，部分基巖裸露，無浸沒現象。

大壩為均質土壩，壩體填筑材料為粉質粘土，通過室內擊實試驗，壩體干密度為1.61 g/cm3，最大干密度為1.67 g/cm3，壓實度為96.4%（符合壓實度為96～98%的要求）。壓縮系數為0.304，為中等壓縮土。大壩碾壓質量較好，穩定性較好。

壩體（粉質粘土）滲透系數為5×10-6cm/s，屬微透水性，壩體不存在滲漏問題，滲透穩定性較好。

壩基部位根據鉆孔揭露，巖性主要為強～弱風化輝綠巖組成。壩基巖體強度較高，穩定性較好。強風化輝綠巖透水率范圍在20 Lu～50 Lu，透水等級屬于中等透水；在弱風化輝綠巖段進行壓水試驗（試驗段長5 m，試驗壓力為0.3 MPa），知透水率主要為6.9 Lu～14.8 Lu，透水等級為弱透水～中等透水，建議對壩基進行帷幕灌漿處理。

溢洪道兩側為重力式漿砌石邊墻，邊墻襯砌較完整，無破損現象，底板有混凝土襯砌，但表層剝蝕嚴重，無明顯巖石裸露，無消力池，抗沖刷性能一般。

輸水洞位于大壩中間位置，壩頂通往輸水洞豎井的路基及路面塌陷破損，輸水洞豎井進水井蓋已經銹蝕，無法正常開關，進、出口閘閥銹蝕嚴重。

大壩右側水庫漿砌石岸墻向內傾斜，長度94 m，局部漿砌石岸墻脫落塌陷，墻體內長有雜草。

綜上所述，水庫實際施工質量已經基本達到規定要求，工程運行中雖暴露局部質量缺陷，但尚不嚴重影響工程安全，故認為工程質量基本合格。

2.3 大壩運行管理評價

高家水庫隸屬大連金普新區石河街道辦事處，有專人看管，具有預警、報警方案，大壩運行管理較規范，工程養護情況較好。但大壩管理設施及安全監測設備不完備，水庫無管理房。

2.4 防洪安全復核

（1）高家水庫屬小（2）型水庫，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）中有關規定，樞紐工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。按照平原區、濱海區永久性水工建筑物防洪標準的劃分，結合水庫重要性及位置等綜合因素，高家水庫防洪標準應為：10年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核。

（2）本次復核高家水庫10年一遇洪水位為54.40 m，50年一遇校核洪水位為54.77 m。

（3）經調洪計算，采用本次洪水計算成果，即10年一遇設計水位54.40 m，最大泄量為40.74 m3/s；50年一遇校核洪水位54.77 m，最大泄量為74.46 m3/s。經復核計算，溢洪道凈寬由41 m漸變至跌坎處凈寬17 m，仍為自由溢流，不影響水庫泄流。

（4）高家水庫現狀壩頂高程為56.35 m，防浪墻頂高程56.83 m。右側岸墻現狀頂高程為55.66 m。經大壩壩頂高程復核，滿足50年一遇洪水的防洪要求。

綜上所述，高家水庫大壩壩頂高程滿足50年一遇的洪水的防洪要求，高家水庫大壩工程防洪安全性為“A”級。

2.5 滲流安全評價

大壩上游為干砌石護坡，下游草皮護坡且下游壩腳處無排水體，大壩運行良好，下游坡腳無滲漏。大壩坐落在強風化輝綠巖巖基上，未進行灌漿處理，通過現場檢查，并未發現滲漏異常征兆。通過采用有限元分析方法分別計算：（1）上游正常蓄水位（53.30 m）與相應下游水位；（2）上游設計洪水位（54.40 m）與相應下游水位；（3）上游校核洪水位（54.77 m）與相應下游水位；（4）上游庫水位降落四種情況下大壩的滲流穩定，計算結果見表1。

表1 大壩滲流穩定計算成果匯總表

根據以上分析計算成果可以看出水庫下游壩坡及壩基出逸比降小于允許值，處于滲流穩定狀態。正常蓄水位穩定滲流狀態下為0.007 m3/d/m，不會影響水庫的正常運行。大壩滲流狀態是安全的，安全級別為A級。

2.6 結構安全評價與抗震安全復核

高家水庫大壩為均質土壩，抗滑穩定計算可采用瑞典分條法。水庫大壩為5級建筑物，采用瑞典條分法計算壩坡抗滑穩定時，允許最小安全系數：正常運用條件下為1.15，非常運用Ⅰ條件下為1.05，非常運用Ⅱ條件下為1.02。

高家水庫大壩全長136 m，最大壩高8.1 m，壩頂高程56.35 m，壩頂寬3.5 m，防浪頂高程56.83 m。大壩上游為干砌石護坡，邊坡比為1∶2.2～3.7，下游邊坡為草皮護坡，邊坡比為1∶2.6～3.3。粉質粘土土層分布及土層主要物理力學特性采用地勘報告中指標，巖土分布及主要物理力學特性采用經驗值，主要物理力學指標見表2。壩坡穩定計算滲流穩定期的下游壩坡和正常運用遇地震的上、下游壩坡。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），水庫所在區域地震動峰值加速度為0.02 g，地震動反應譜特征周期為0.35 g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。計算結果見表3。

表2 壩體、壩基物理力學指標表

表3 大壩壩坡穩定計算成果表

由表3可知，在各種運用工況及地震工況下，水庫上、下游壩坡抗滑穩定安全系數均大于規定的允許值，滿足抗滑穩定要求。水庫樞紐建筑物的結構安全性級別為B級，水庫樞紐建筑物抗震安全性級別為B級。

2.7 金屬結構安全評價

輸水洞進、出口為手動控制DN250閘閥，進、出口閘閥銹蝕嚴重，正常啟閉困難，已超過報廢年限，但尚不影響大壩安全，可認為輸水洞金屬結構的安全性為B級。

3 結論及建議

3.1 結論

高家水庫工程質量基本合格，運行管理較規范，防洪安全性為A級，滲流安全性為A級，結構安全性為B級，抗震安全性為B級，金屬結構安全性為B級。根據《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2017）中的有關規定，高家水庫大壩安全分類可定為“二類壩”。

3.2 建議

為了使高家水庫更好的發揮效益，提高防洪能力，滿足灌溉要求，水庫相關管理單位應做好以下幾點：

（1）新建防汛路、壩頂路鋪設混凝土路面；

（2）拆除并新建水庫防浪墻；

（3）更換迎水坡護坡石，對背水坡維修改造，壩腳增高排水體；

（4）維修加固溢洪道；

（5）新建壩頂通往輸水洞豎井的交通路，更換進、出水口閘閥；

（6）拆除重建大壩右側水庫漿砌石岸墻；

（7）新修水庫管理房；

（8）完善大壩安全監測設施。