海城市葦子溝水庫(kù)安全評(píng)價(jià)探究

王 欽

（海城市水資源水工程管理處，遼寧 海城 114200）

海城市葦子溝水庫(kù)安全評(píng)價(jià)探究

王 欽

（海城市水資源水工程管理處，遼寧 海城 114200）

文章對(duì)海城市葦子溝水庫(kù)安全進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性評(píng)價(jià)為C級(jí)，滲流性態(tài)評(píng)價(jià)為C級(jí)，水庫(kù)大壩屬三類壩，為病險(xiǎn)水庫(kù)大壩，建議應(yīng)立即安排資金進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)，確保水庫(kù)安全運(yùn)行。

水庫(kù)；大壩安全；問(wèn)題分析；綜合評(píng)價(jià)；建議

1 工程概況

葦子溝水庫(kù)主要由攔河大壩、輸水洞、開(kāi)敞式溢洪道組成。水庫(kù)主要是以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖、供水等綜合利用的水庫(kù)。水庫(kù)工程規(guī)模屬于小（1）型水庫(kù)，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)。目前，水庫(kù)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，加上冬季氣溫較低，經(jīng)過(guò)反復(fù)凍融破壞，風(fēng)化巖堆積加劇，工程存在老化等諸多病害隱患。

2 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

葦子溝水庫(kù)大壩、溢洪道、輸水洞在運(yùn)行中已暴露出不同程度的質(zhì)量問(wèn)題，如溢洪道未作任何襯砌，巖石節(jié)理裂隙甚多，溢洪較大時(shí)會(huì)有局部輕度沖刷、坍塌現(xiàn)象。輸水洞出現(xiàn)裂隙和嚴(yán)重漏水等問(wèn)題。葦子溝水庫(kù)在運(yùn)行中已暴露出嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，影響了工程安全，故認(rèn)為工程質(zhì)量不合格［1］。

3 水庫(kù)大壩運(yùn)行管理綜合評(píng)價(jià)

葦子溝水庫(kù)存在的問(wèn)題較多，由于管理制度不是很完善，使得葦子溝水庫(kù)在現(xiàn)有的條件下，所發(fā)揮的各項(xiàng)效益都受到了一定限制，因此將葦子溝水庫(kù)大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)為一般。

4 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

4.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

此次進(jìn)行各種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算時(shí)，采用無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算方法，本流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過(guò)程大部分在1 d之內(nèi)，最長(zhǎng)可達(dá)3 d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪河流。一次降水即形成一次洪峰，其洪水過(guò)程線多為單峰型。通過(guò)計(jì)算可以看出原設(shè)計(jì)與復(fù)核所分析的葦子溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果兩者基本一致。兩頻率的原設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線和本次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線經(jīng)過(guò)對(duì)比，可以看出洪水總量?jī)烧弑容^接近。葦子溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 葦子溝水庫(kù)典型頻率設(shè)計(jì)洪量表

通過(guò)以上分析，本次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水與原設(shè)計(jì)洪水兩者在設(shè)計(jì)洪量的計(jì)算方法有所不同，經(jīng)對(duì)比，兩者相差無(wú)幾。建議采用本次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水結(jié)果。

4.2 水庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）規(guī)定，水庫(kù)工程規(guī)模屬于小（1）型水庫(kù)，葦子溝水庫(kù)現(xiàn)狀工程規(guī)模為：工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為 4級(jí)。水庫(kù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)是500 a一遇?，F(xiàn)水庫(kù)實(shí)際的控制運(yùn)用條件為超過(guò)防洪限制水位19.17 m時(shí)自由泄流。本次大壩安全評(píng)價(jià)中防洪限制水位仍采用19.17 m。輸水洞不參加調(diào)洪計(jì)算。水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算采用簡(jiǎn)易調(diào)洪方法，推求出各頻率洪水所對(duì)應(yīng)的庫(kù)容、最大泄量。葦子溝水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 葦子溝水庫(kù)典型頻率設(shè)計(jì)調(diào)洪演算成果

通過(guò)葦子溝水庫(kù)本次復(fù)核計(jì)算表明：水庫(kù)在各設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況下，水庫(kù)的相應(yīng)防洪庫(kù)容、最高洪水位、最大下泄流量均較原設(shè)計(jì)值小，能夠滿足防洪的要求。

4.3 溢洪道現(xiàn)狀分析

溢洪道在大壩的左側(cè)，為河岸開(kāi)敞式，系在弱風(fēng)化巖石上開(kāi)鑿而成，未作任何襯砌，巖石節(jié)理、裂縫甚多，溢洪較大時(shí)曾有局部沖刷，坍、塌現(xiàn)象。寬頂堰凈寬18 m，堰頂高程19.17 m，下游未作消能設(shè)施，因此溢洪道泄量滿足要求［2］。

4.4 壩頂高程復(fù)核

葦子溝水庫(kù)多年最大平均風(fēng)速達(dá)20 m／s，根據(jù)大壩洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核后的各種特征水位，按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）的規(guī)定水庫(kù)運(yùn)用方式，復(fù)核壩頂高程。分別按以下兩種運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值：設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。計(jì)算公式：

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m。

經(jīng)計(jì)算：設(shè)計(jì)洪水位為d＝21.62 m。校核洪水位d＝21.98 m。大壩現(xiàn)狀壩頂高程為22.00 m，防浪墻頂高程為23.10 m，高于計(jì)算出的最大壩頂高程，即現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

4.5 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核結(jié)論

葦子溝水庫(kù)原大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a設(shè)計(jì)，500 a校核。本次水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)采用 1998年省水文局編輯《遼寧省中小河流（無(wú)資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》對(duì)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核，復(fù)核后設(shè)計(jì)洪水位為20.76 m，相應(yīng) 庫(kù) 容 為 82萬(wàn) m3；校 核洪 水 位 為21.12 m，相應(yīng)庫(kù)容為90.04萬(wàn) m3，均較原設(shè)計(jì)值低。本次大壩安全評(píng)價(jià)計(jì)算壩頂高程低于現(xiàn)狀壩頂高程。溢洪道最大泄量75 m3／s，滿足最大設(shè)計(jì)洪水時(shí)安全下泄。綜上所述，葦子溝水庫(kù)大壩防洪安全性分級(jí)為A級(jí)。

5 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

5.1 地震裂度復(fù)核

依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（GB18306—2001），本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.1 g，對(duì)應(yīng)的葦子溝水庫(kù)壩址區(qū)場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅶ度，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258—2000），地震烈度≥7°的工程必須進(jìn)行抗震復(fù)核，葦子溝水庫(kù)攔河壩、溢洪道、輸水洞等部分的設(shè)計(jì)地震烈度均為 J＝7°，符合地震烈度 Jc＝7°。

5.2 土壩變形分析及評(píng)價(jià)

由于土壩運(yùn)行沒(méi)有具體的沉陷和位移觀測(cè)資料記載，并且水庫(kù)運(yùn)行40多年來(lái)未發(fā)現(xiàn)異常的變形裂縫產(chǎn)生。根據(jù)本次勘察地質(zhì)報(bào)告表明，庫(kù)區(qū)地形和地質(zhì)條件沒(méi)有發(fā)生大的變化，因此本次復(fù)核不進(jìn)行變形分析。安全評(píng)價(jià)認(rèn)為土壩沉降和變形狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定。

5.3 土壩邊坡穩(wěn)定復(fù)核

葦子溝水庫(kù)為黏土心墻壩，壩頂高程22.45 m，壩頂寬4 m，上游壩坡坡比為1∶2.5，下游壩坡坡比為1∶2.5，大壩長(zhǎng)290 m。心墻頂高程21.45 m，頂寬3 m，用鑿槽接高心墻。大壩上游坡用干砌塊石保護(hù)，下游坡用草皮保護(hù)。壩頂鋪砂礫石、風(fēng)化山皮砂20～30 cm，并形成靠防浪墻的一側(cè)高些，而逐漸向背水坡降低的有利于排水的形式。

穩(wěn)定計(jì)算方法根據(jù)規(guī)范（SL274—2001）規(guī)定，采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院的《理正巖土工程計(jì)算分析系列軟件》，穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，在各種工況下，土壩下游邊坡穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)均小于規(guī)范允許的安全系數(shù)，所以土壩的邊坡在上述工況下是不穩(wěn)定的。

5.4 溢洪道安全評(píng)價(jià)

溢洪道未設(shè)任何防滲排水設(shè)施，從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看出，溢洪道下游陡坡面上有多處水出溢點(diǎn)，其高程接近現(xiàn)階段庫(kù)水位，且底部消力池常年積水，說(shuō)明溢洪道地基有滲漏問(wèn)題，如果葦子溝水庫(kù)考慮供水要求，將長(zhǎng)期在高水位運(yùn)行，則滲漏現(xiàn)象較現(xiàn)階段更加嚴(yán)重。

表3 土壩穩(wěn)定計(jì)算成果表

5.5 輸水洞安全評(píng)價(jià)

輸水洞為壩下埋鋼筋混凝土方形洞，洞徑為

0.7 m×1.2 m，洞長(zhǎng)48 m，進(jìn)口高程13.8 m。輸水洞進(jìn)口處設(shè)平板閘門，出口處也設(shè)平板閘門。輸水洞輸水能力復(fù)核采用《中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)》有壓管道恒定流公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式：

經(jīng)計(jì)算，輸水管道在校核洪水位（21.12m）時(shí)流量為6.4 m3／s，大于要求給水能力5 m3／s，輸水能力能夠滿足供水需求。由于年代已久，水庫(kù)最初的設(shè)計(jì)資料已全部丟失，但通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的檢查，輸水洞并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的裂縫，故認(rèn)為輸水洞滿足受力條件。

以上計(jì)算分析說(shuō)明，輸水洞基本能夠滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行要求，但存在安全隱患，需采取有效措施，解決洞身漏水和閘門漏水等問(wèn)題。綜上所述，本次安全評(píng)價(jià)，將輸水洞結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)定為 B級(jí)。建議對(duì)輸水洞進(jìn)行防滲和裂縫處理，并改建工作橋和啟閉機(jī)室。

5.6 安全評(píng)價(jià)結(jié)論

葦子溝水庫(kù)大壩下游抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，安全評(píng)價(jià)定為 C級(jí)；溢洪道下游導(dǎo)墻不穩(wěn)定，危及水庫(kù)行洪安全，而且底板破損嚴(yán)重，基礎(chǔ)滲漏嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)定為 C級(jí)；輸水洞基本能夠滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行要求，結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)定為 B級(jí)。

6 土壩滲流安全評(píng)價(jià)

6.1 大壩滲流安全評(píng)價(jià)

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）規(guī)定，對(duì)土壩采用流體力學(xué)有限元法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，大壩滲流安全評(píng)價(jià)結(jié)論為主壩滲流穩(wěn)定，滲流性態(tài)基本安全，定為B級(jí)。建議在后續(xù)工作中進(jìn)一步查明右岸壩肩部位的滲漏的可能性并采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，以滿足水庫(kù)蓄水的要求，并對(duì)防浪墻脫落部分和裂縫進(jìn)行處理。

6.2 溢洪道滲流安全評(píng)價(jià)

由于本水庫(kù)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)鉆探，故無(wú)法從鉆探資料上確定溢洪道的滲漏量，但從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看出，溢洪道下游陡坡面上具有多處水出溢點(diǎn)，其高程接近現(xiàn)階段庫(kù)水位，且底部消力池常年積水，說(shuō)明溢洪道地基具有較嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，應(yīng)采取防滲措施進(jìn)行處理。結(jié)論為溢洪道滲流安全評(píng)價(jià)為 C級(jí)。

7 抗震安全復(fù)核

葦子溝水庫(kù)攔河壩、溢洪道、輸水洞等部分的設(shè)計(jì)地震烈度均為 J＝7°，符合地震烈度 Jc＝7°。由復(fù)核計(jì)算成果得出：土壩邊坡的抗震穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求且無(wú)有效抗震措施；水庫(kù)壩基不存在地震液化的可能性。其抗震安全等級(jí)屬于 C級(jí)。

8 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

葦子溝水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)部分安全的主要內(nèi)容為輸水洞進(jìn)口工作閘門、出口平板閘門及啟閉機(jī)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)輸水洞進(jìn)口工作和出口工作閘門的操作室破損嚴(yán)重；啟閉機(jī)電動(dòng)部分丟失，無(wú)電源；工作閘門漏水嚴(yán)重。閘門年久失修，磨損銹蝕嚴(yán)重?zé)o法正常使用，影響工程的正常運(yùn)用。同時(shí)閘門和啟閉機(jī)早以超過(guò)使用年限，需要更新。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查可以將葦子溝水庫(kù)輸水洞金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)評(píng)定為 C級(jí)。建議更新閘門和啟閉機(jī)。

9 安全綜合評(píng)價(jià)與建議

9.1 大壩安全綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258—2000），為確保大壩安全，對(duì)三類壩采用一票否決的辦法，即只要有一項(xiàng)為C級(jí)，便定為三類壩，葦子溝水庫(kù)攔河壩結(jié)構(gòu)安全、溢洪道結(jié)構(gòu)安全和滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為C級(jí)，且工程質(zhì)量評(píng)價(jià)為不合格，因此將葦子溝水庫(kù)大壩定為三類壩，屬病險(xiǎn)水庫(kù)大壩。

9.2 建議

葦子溝水庫(kù)大壩為三類壩，屬病險(xiǎn)水庫(kù)大壩，應(yīng)立即安排資金進(jìn)行除險(xiǎn)加固，確保大壩安全運(yùn)行。

［1］榮林意，宋書(shū)亭，羅賽虎.高山水庫(kù)安全評(píng)價(jià)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2008（09）：740－742.

［2］曾貞志.老園水庫(kù)大壩安全鑒定綜合評(píng)價(jià)［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2007（01）：30－34.

TV697.3

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2014－12－17

王欽（1972－），女，遼寧海城人，工程師。