鄭家河水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固與安全鑒定分析

李元旗

(陜西省延安市黃陵縣水庫(kù)管理處，陜西 延安 727300)

大壩安全對(duì)水庫(kù)正常運(yùn)行和發(fā)揮效益至關(guān)重要，鄭家河水庫(kù)地處黃土高原區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜。雖然經(jīng)過(guò)一次除險(xiǎn)加固，但仍存在部分問(wèn)題，為科學(xué)判定大壩問(wèn)題，需對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固情況與安全進(jìn)行分析。

1 概況

鄭家河水庫(kù)位于陜西省黃陵縣城西北約30 km的淤泥河上游鄭家河村以上500 m處。水庫(kù)1970年10月開始動(dòng)工，1973年11月竣工，2000年進(jìn)行過(guò)除險(xiǎn)加固，控制流域面積73 km2，多年平均徑流量307萬(wàn)m3，總庫(kù)容1250萬(wàn)m3，其中興利庫(kù)容810萬(wàn)m3，滯洪庫(kù)容425萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容810萬(wàn)m3。1000 a一遇校核洪水位1033.7 m，50 a一遇設(shè)計(jì)洪水位1032.4 m，正常蓄水位1031.0 m，汛限水位1030.0 m，死水位1017.0 m，是一座以灌溉為主，兼有防洪、供水等多功能的Ⅲ等中型水庫(kù)。

水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高28.0 m，壩頂寬7.0 m，壩長(zhǎng)463 m。壩頂高程1035.0 m，壩基高程1007.0 m。上游迎水坡坡比1∶3，下游背水坡由反濾體頂?shù)礁叱?027 m坡比為1∶2.5，從高程1027.0 m到壩頂坡比為1∶2，大壩背水坡在高程1027 m、1018 m處設(shè)置平行于壩軸線的1 m寬戧臺(tái)，在戧臺(tái)上砌深0.25 m，底寬0.4 m梯形斷面排水溝兩道。在基礎(chǔ)壩軸線中線處開挖結(jié)合槽一道，深2 m，底寬3 m，邊坡坡比為1∶1。下游壩腳設(shè)有反濾體，高4 m，頂寬1 m，底寬12.5 m，長(zhǎng)84 m。

2 水庫(kù)運(yùn)行至第一次除險(xiǎn)加固前存在的問(wèn)題

鄭家河水庫(kù)自建成以來(lái)，由于大壩施工質(zhì)量差，壩基砂礫石基層未做截滲處理等，造成壩基、壩體滲漏嚴(yán)重，壩基存在滲透破壞的危險(xiǎn)，致使水庫(kù)只能長(zhǎng)期低水位運(yùn)行，效益難以發(fā)揮。

2.1 第一次評(píng)價(jià)結(jié)論

水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)等級(jí)、防洪標(biāo)準(zhǔn)基本滿足規(guī)范要求，上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)可滿足規(guī)范要求，但由于壩體填土干密度低，具有強(qiáng)壓縮性和濕陷性，在高位蓄水時(shí)，壩坡必將產(chǎn)生大量裂縫甚至滑坡，因此壩坡是不穩(wěn)定的；另外，由于壩體施工質(zhì)量差，壩基處理不徹底，不僅存在嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，而且壩基有滲透破壞的可能。放水洞裂縫嚴(yán)重，溢洪道不能安全過(guò)流，大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善，故大壩不能正常安全運(yùn)行。

2.2 第一次除險(xiǎn)加固內(nèi)容

針對(duì)水庫(kù)大壩存在的問(wèn)題，在大壩上游1018.0 m高程以下采用防滲墻截滲，墻體插入基巖0.5 m；1018.0 m高程以上采用復(fù)合土工膜加蓋正六邊形混凝土蓋板的防滲處理措施。壩體表面沉降位移觀測(cè)采用視準(zhǔn)線法，在樁號(hào)BD0+390、BD0+290、BD0+190、BD0+090四個(gè)斷面共設(shè)計(jì)14個(gè)壩面觀測(cè)位移標(biāo)點(diǎn)。在上下游壩肩和下游兩戧臺(tái)各設(shè)1排滲流觀測(cè)孔觀測(cè)滲流情況。為全面反應(yīng)壩體浸潤(rùn)線變化，在樁號(hào)壩BD0+010、BD0+203、BD0+333設(shè)兩個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)3～4個(gè)滲流觀測(cè)孔，以監(jiān)測(cè)大壩滲流狀態(tài)。壩頂?shù)缆凡捎没炷谅访?，路面? m，混凝土面層厚15 cm，道路兩側(cè)分別設(shè)置1 m寬人行道。壩頂照明、生產(chǎn)管理房屋改造400 m2等其他附屬工程設(shè)計(jì)。

3 大壩現(xiàn)場(chǎng)檢查與監(jiān)測(cè)分析

3.1 檢查出的問(wèn)題

2020年8月，對(duì)鄭家河水庫(kù)大壩進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查，存在的主要問(wèn)題如下：壩頂混凝土道路路面出現(xiàn)裂縫；防浪墻向上游傾斜，破損比較嚴(yán)重。上游壩坡混凝土蓋板表面混凝土局部有分化、破碎、破損現(xiàn)象。坡面局部雜草叢生，步道局部破損嚴(yán)重。下游壩面雜草叢生。壩頂設(shè)置照明燈，幾乎一半以上運(yùn)行不正常，照明燈損壞嚴(yán)重。監(jiān)控設(shè)施部分損毀，不能正常工作，壩上管理房損毀嚴(yán)重。

3.2 安全監(jiān)測(cè)分析

鄭家河水庫(kù)大壩上雖然建設(shè)有滲流觀測(cè)孔、壩面觀測(cè)位移標(biāo)點(diǎn)。但是從2004年10月后一直未進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)資料不全，無(wú)法進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。

根據(jù)鄭家河水庫(kù)歷次巡視檢查資料，水庫(kù)自建成以來(lái)，由于施工質(zhì)量問(wèn)題以及壩基濕陷性黃土未處理，導(dǎo)致大壩在建成后壩基和繞壩滲流問(wèn)題嚴(yán)重，壩體上游面出現(xiàn)諸多裂縫，一直未能正常蓄水，最高蓄水位1021.7 m，一般蓄水位1018 m。2000年進(jìn)行除險(xiǎn)加固后，壩體未出現(xiàn)滲漏情況。鄭家河水庫(kù)大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)資料僅有2002年5月～2004年10月的觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此本次僅對(duì)現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制各觀測(cè)孔曲線見圖1。

圖1 大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)圖

從圖1可以看出，各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)水位值與庫(kù)水位具有一定相關(guān)性，A1觀測(cè)孔靠近上游側(cè)，其測(cè)值變化隨上游水位變化而變化，A2和A3觀測(cè)孔靠近下游側(cè)，其觀測(cè)值基本穩(wěn)定，變化很小，說(shuō)明大壩采用上游1018.0 m高程以下設(shè)置防滲墻和1018.0高程以上土工膜加砼蓋板防滲效果明顯。

4 大壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 工程地質(zhì)條件

壩址處河谷不對(duì)稱，右岸為侵蝕岸坡，岸坡陡峻，左岸為堆積岸坡，地形較緩。壩基為三疊系砂頁(yè)巖，為相對(duì)隔水層，頂板高程在993.5 m左右，砂頁(yè)巖以上為黃土地層，壩址左岸分布有上更統(tǒng)黃土，該黃土土質(zhì)疏松，滲透性大，為自重濕陷性黃土。在兩岸分布有中更新統(tǒng)黃土，其中右岸分布在1027 m高程以上，左岸在砂頁(yè)巖以上。右岸1027 m高程以下出露下更新統(tǒng)黃土，厚度較大，該黃土土質(zhì)微密，不濕陷，滲透性較弱，強(qiáng)度較高。壩區(qū)一級(jí)階地上部厚1.5 m左右的壤土，下部為砂卵石層，透水性較強(qiáng)，二級(jí)階地上部為沖洪積壤土，具有濕陷性，下部為砂卵石層，厚15 m左右。壩址處河漫灘堆積層下部為砂卵石層，厚度5.2 m～9.5 m，上部為壤土層，具有水平層理和高壓縮性。

依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)域劃分圖》(GB 18306-2015)確定工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度。

4.2 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)檢測(cè)與觀測(cè)成果分析，水庫(kù)壩基采用高壓旋噴灌漿防滲墻處理，防滲墻軸線位于上游壩坡1018.0 m高程處，防滲墻起始樁號(hào)為壩BD0+000，終止樁號(hào)為壩BD0+390 m，全長(zhǎng)390 m。墻體穿過(guò)壩體填筑層和河床砂礫石層，插入基巖0.5 m。壩體防滲加固工程，經(jīng)蓄水試運(yùn)行，未出現(xiàn)異常情況，說(shuō)明壩體防滲效果顯著，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

大壩質(zhì)量檢測(cè)土樣取自壩面以下1.3 m～26.0 m，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，滲透系數(shù)平均值為：垂直KV=3.4×10-6cm/s，水平KH=6.1×10-6cm/s，小于《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2001)4.1.5要求的滲透系數(shù)1×10-4cm/s，滲透系數(shù)滿足規(guī)范要求。擊實(shí)最大干密度為1.94 g/cm3，大壩壩體土樣檢測(cè)干密度取值為1.43 g/cm3～1.66 g/cm3，計(jì)算大壩壩體填筑土料壓實(shí)度為74%～86%，按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2001)4.2.3要求，3級(jí)中、低壩及3級(jí)以下的中壩壓實(shí)度應(yīng)為96%～98%，小于規(guī)范要求值，不滿足壓實(shí)度要求。綜上所述，大壩填筑質(zhì)量不滿足規(guī)范要求。

5 防洪能力與穩(wěn)定性復(fù)核

5.1 庫(kù)水位分析

鄭家河水庫(kù)蓄水運(yùn)行至今已經(jīng)接近50年，2000年除險(xiǎn)加固之前，由于壩體質(zhì)量差，壩基和繞壩滲漏嚴(yán)重等原因，水庫(kù)未按設(shè)計(jì)蓄水，一直處于低水位運(yùn)行狀態(tài)，造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)，得不到有效的利用。除險(xiǎn)加固后，由于匯流面積不大，再加上有灌溉供水需求，水庫(kù)水位一直未能按照設(shè)計(jì)蓄水，處于低水位運(yùn)行狀態(tài)。

5.2 防洪能力復(fù)核

由于鄭家河水庫(kù)壩址無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料，根據(jù)《延安地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》簡(jiǎn)稱“手冊(cè)” 以及附近的水文站分布情況，采用水文比擬法、推理公式法、洪峰流量匯水面積相關(guān)法以及綜合參數(shù)法計(jì)算洪峰流量，確定其值為50 a一遇設(shè)計(jì)洪水流量為220 m3/s，1000 a一遇設(shè)計(jì)洪水流量為420 m3/s。經(jīng)復(fù)核，溢洪道堰頂高程1031.0 m，堰寬5 m，50 a一遇設(shè)計(jì)洪水位1033.02 m，相應(yīng)的最大泄量為24.11 m/s；1000 a一遇校核洪水位為1034.33 m，相應(yīng)的最大泄量為51.13 m/s。本次采用新的洪水成果復(fù)核后，校核洪水位較現(xiàn)狀運(yùn)行的校核洪水位1033.7 m增加了0.63 m。通過(guò)壩體超高復(fù)核，現(xiàn)狀壩頂超高1035.703 m滿足要求。水庫(kù)下游泄洪通道暢通，不會(huì)對(duì)水庫(kù)泄洪產(chǎn)生影響。

通過(guò)上述分析可知，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)是符合現(xiàn)行規(guī)范要求，水庫(kù)壩頂超高滿足要求。

5.3 大壩滲流

從現(xiàn)場(chǎng)檢查看，鄭家河水庫(kù)內(nèi)未出現(xiàn)旋渦漏水，上游壩坡未出現(xiàn)塌陷，下游壩坡無(wú)滲漏點(diǎn)。經(jīng)過(guò)20年運(yùn)行觀察，第一次除險(xiǎn)加固后，未見滲流，因此不再?gòu)?fù)核。

6 結(jié)論與建議

本次依據(jù)《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》和《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258-2017)的要求，在收集資料、現(xiàn)場(chǎng)安全檢查、地質(zhì)勘察、安全分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鄭家河水庫(kù)大壩工程質(zhì)量、防洪能力、滲流安全等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

6.1 結(jié)論

鄭家河水庫(kù)壩頂?shù)缆坊炷谅访嬷虚g有裂縫，防浪墻局部向上游側(cè)傾斜，局部墻體有貫穿裂縫，表面粉刷脫落嚴(yán)重。上、下游坡面雜草叢生，上游坡面正六邊形混凝土蓋板表面混凝土局部有分化、破碎、破損現(xiàn)象，步道局部破損嚴(yán)重。水庫(kù)大壩壩體表面變形、滲流量、上下游水位、降水量、氣溫、庫(kù)水溫等監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的確缺失，無(wú)法對(duì)大壩安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的分析。

6.2 建議

(1)對(duì)壩頂?shù)缆肪植柯坊M(jìn)行夯實(shí)處理，對(duì)道路裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。

(2)對(duì)防浪墻進(jìn)行局部拆除加固處理。

(3)對(duì)水庫(kù)上游坡混凝土蓋板進(jìn)行局部修復(fù)，對(duì)壩面雜草進(jìn)行清除，增加壩體上游面的防滲性能。對(duì)步道進(jìn)行加固處理。對(duì)水庫(kù)下游坡雜草和灌木進(jìn)行清除，對(duì)坡面進(jìn)行整平處理。

(4)對(duì)水庫(kù)壩上管理房和水庫(kù)管理站房屋進(jìn)行加固處理。完善水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施系統(tǒng)，實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施及分析平臺(tái)。