西崗子煤礦水庫安全評價分析

張國祝

(黑龍江省水利水電集團第二工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)

西崗子煤礦水庫安全評價分析

張國祝

(黑龍江省水利水電集團第二工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)

較早修建的水庫因為時間久遠、檔案資料不全等問題，導(dǎo)致水庫在管理、運行等方面存在各種問題。因此，需要對水庫進行安全評價分析，確保工程的安全。本文以西崗子煤礦水庫為例，討論水庫安全評價的過程，供同類水庫工程參考。

水庫；大壩；安全評價

1 水庫概況

西崗子煤礦水庫位于阿陵河流域下游左岸西崗子煤礦支流上。該水庫地處黑龍江省黑河市愛輝區(qū)西崗子鎮(zhèn)北，距黑河市區(qū)34 km，距西崗子鎮(zhèn)8 km。壩址以上流域面積5.0 km2，占西崗子煤礦支流流域面積30.7%，西崗子煤礦水庫是一座以防洪為主，兼有養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(一)型水庫。

1.1 工程等別及建筑物級別

西崗子煤礦水庫總庫容162.69 萬m3，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，設(shè)計防洪標準為30 a一遇，校核防洪標準為300 a一遇。

1.2 工程現(xiàn)狀

水庫樞紐工程由大壩、泄水涵管兩部分組成。由于歷史原因，大壩和泄水涵管均沒有進行專業(yè)設(shè)計。大壩始建于1958年，完工于2009年，早期壩高隨壩前庫水位升高而逐年增加，近期經(jīng)歷2次加高培厚(2007年大壩加高2 m，2009年大壩再次加高2 m)達到現(xiàn)狀規(guī)模。2012年開始泄水涵管施工并完成。受當時施工條件和技術(shù)水平的限制，施工過程未能進行嚴格、規(guī)范的質(zhì)量控制。早期填筑(2007年以前)由群眾用手推車將煤層上覆土料填入河道形成早期壩體，隨著蓄水增多壩前水位逐年抬高，而逐年加高壩體；后期填筑(2007年以后)主要利用工程車輛在壩體上游面及壩頂直接傾卸土料、攤平。施工初期過程中，未對壩基和壩肩的草皮、樹根進行處理，填筑料未進行碾壓；加高培厚時，壩體層間接觸面未進行處理，也沒有正規(guī)碾壓措施。

水庫大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)狀大壩壩頂高程為244.67～245.89 m，最大壩高19.33 m，壩長413 m，壩頂寬7.3 ～38.5 m，上游壩坡在最低水位239.23 m以上為1∶2.1～1∶1.3，以下為1∶4.8～1∶2.0。下游壩坡設(shè)有一條馬道，寬度13～88 m，高程240.8～237.8 m，下游壩坡在馬道以上為1∶2.43～1∶1.37，以下為1∶2.42～1∶1.09，大壩上、下游壩坡無護坡?，F(xiàn)狀泄水涵管布置在大壩右岸沖溝處，為2012年新建簡易泄水設(shè)施。2012年因庫區(qū)水位抬高，為保證大壩安全，在大壩右岸低洼地敷設(shè)了內(nèi)徑為1.35 m預(yù)制混凝土管，管節(jié)長2 m，泄水涵管總長約561 m。泄水涵管由引渠段、進口段、洞身段及出口明渠段組成。引渠段長約50 m，為彎曲渠道，彎曲半徑約50 m。引渠水面底寬17 m，橫斷面為天然U型斷面，左岸邊坡坡比為1∶1.6～1∶2.5，右岸邊坡坡比為1∶1～1∶1.9，兩岸均為土質(zhì)邊坡無防護。進口段兩側(cè)為八字導(dǎo)墻，順涵管中線長2.5 m，墻頂高程241.03 m，墻高0.7 m，導(dǎo)墻與涵管中線夾角為120°，管前設(shè)簡易鐵絲攔污柵。洞身段全長561 m，現(xiàn)狀進口底高程239.23 m，現(xiàn)狀出口底高程227.87 m，管內(nèi)現(xiàn)狀比降2%，其最小轉(zhuǎn)彎角度為155°，管道內(nèi)徑1350 mm，壁厚105 mm。出口明渠段全長600 m，首端接涵管出口，末端接煤礦居民區(qū)涵管橋。明渠首端高程為227.80 m，末端高程為212.65 m，比降為25‰，斷面型式為規(guī)則梯形斷面，渠道底寬平均為3.5 m，邊坡坡度為1∶1.7，邊坡及渠底均采用混凝土板防護。

1.3 大壩現(xiàn)場安全檢查

(1)壩頂路面土質(zhì)松軟、平整度差，無排水設(shè)施；上、下游壩坡較陡，無護坡，無排水設(shè)施，雨水沖刷嚴重；壩面無照明設(shè)施。

(2)壩體兩端下游壩腳均出現(xiàn)滲漏點，左側(cè)滲漏嚴重，右側(cè)坡腳地面大面積濕潤，散浸嚴重；下游壩腳無反慮排水設(shè)施。

(3)涵管引渠段兩側(cè)岸坡無護坡；涵管進口下沉約0.3 m，涵管沿線無基礎(chǔ)處理措施，涵管節(jié)間無剛性或柔性接口措施，節(jié)間分離、不均勻沉降較為嚴重，涵管出口與下游明渠無銜接設(shè)施；明渠首段破壞嚴重。

(4)水庫無安全監(jiān)測設(shè)施。

2 大壩綜合評價

2.1 大壩安全分析評價

(1)庫周土體完整性較好，自然邊坡整體穩(wěn)定性尚好，庫岸穩(wěn)定性較好，水庫區(qū)內(nèi)無大的斷裂通過，水庫誘發(fā)地震的可能性??；工程區(qū)地表水及地下水對混凝土結(jié)構(gòu)不具有侵蝕性和腐蝕性；水庫蓄水后不存在水庫永久性滲漏問題，歷史上無浸沒現(xiàn)象；壩體壓實較差，自重固結(jié)程度高；整個壩基黏性土厚度均大于2.0 m，滿足壩體對地基土承載力及變形的需要，壩基穩(wěn)定，基本不存在壩基滲漏問題。左壩肩低山區(qū)全風(fēng)化泥巖為不透水層，右壩肩臺地區(qū)低液限黏土為弱透水層，繞壩滲漏量可忽略不計。

(2)壩體①層、③層低液限黏土滲透系數(shù)滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274-2001)規(guī)定[1]；位于①層、③層之間的壩體①1層低液限黏土滲透系數(shù)略大于規(guī)范中規(guī)定的上限值，不滿足規(guī)范要求。

(3)現(xiàn)場檢測壩體實際填筑干密度為1.48 g/cm3，小于設(shè)計干密度下限1.58 g/cm3，不滿足規(guī)范要求。

(4)該水庫泄洪設(shè)施建設(shè)位置適宜，管節(jié)結(jié)構(gòu)完整無裂縫，但渠道轉(zhuǎn)彎半徑不夠，涵管基礎(chǔ)不可靠、結(jié)構(gòu)整體性差，泄洪設(shè)施整體運行不可靠，影響泄洪安全，亟需拆除重建正式泄洪設(shè)施。

(5)大壩無變形及滲流安全檢測設(shè)施。

工程質(zhì)量未達到規(guī)定要求，工程運行中已暴露出嚴重的質(zhì)量問題，影響工程安全，故根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL 258-2000)[2]，認為西崗子煤礦水庫工程質(zhì)量“不合格”。

2.2 運行管理評價

(1)水庫沒有調(diào)度運用計劃，無各項規(guī)章、制度或文件。

(2)水庫自建成至今對工程運行中出現(xiàn)的問題未能解決，水庫一直帶病運行。

(3)水庫無安全監(jiān)測設(shè)備，無管理設(shè)施，嚴重制約水庫的日常管理工作。

根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL 258-2000)規(guī)定，西崗子煤礦水庫管理運行綜合評價為“差”。

2.3 結(jié)構(gòu)安全評價

(1)大壩上游壩坡及馬道以上壩坡均滿足抗滑穩(wěn)定要求，但樁號k0+028 m附近斷面馬道以下壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于允許值，不滿足規(guī)范要求。

(2)泄洪設(shè)施建設(shè)位置適宜，管節(jié)結(jié)構(gòu)完整無裂縫，但進水渠軸線轉(zhuǎn)彎半徑不足，涵管出口無引導(dǎo)水流擴散的過渡銜接建筑物。涵管基礎(chǔ)不可靠、結(jié)構(gòu)整體性差，管節(jié)間分離、沉降較為嚴重，泄洪設(shè)施整體運行不可靠，影響泄洪安全。

對照《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL 258-2000)，綜合評定西崗子煤礦大壩結(jié)構(gòu)安全性為“C”級。

2.4 滲流安全評價

(1)壩體在最低水位工況下表現(xiàn)出永久滲漏，且往年大汛庫水位漲高時，滲漏量增加。

(2)壩體①1層低液限黏土滲透系數(shù)略大于規(guī)范中規(guī)定的上限值，不滿足規(guī)范要求。

(3)大壩在最低水位下年滲漏量較小。在最低、設(shè)計及校核水位三種工況下，部分壩體出逸處滲透坡降超過允許值，不滿足規(guī)范要求。

(4)壩頂加高過程中新老壩體間未進行徹底清理，左側(cè)壩肩位置的草根、樹根、腐殖土等未徹底清除，填筑時未進行土料碾壓，無法保證層間緊密結(jié)合，壩體內(nèi)易產(chǎn)生滲漏通道，這是大壩滲漏的主要原因。

對照《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL 258-2000)，綜合評定西崗子煤礦大壩滲流安全性為“C”級。

2.5 抗震安全復(fù)核

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，相對應(yīng)的地震基本烈度為6°，地震動反應(yīng)譜特征周期是0.35 s[3]。屬于區(qū)域構(gòu)造基本穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL 258-2000)規(guī)定，選取地震裂度標準值與基本烈度相同，可不進行抗震復(fù)核。

3 結(jié) 論

該水庫現(xiàn)狀土壩及泄水涵洞主體工程均存在較嚴重的質(zhì)量問題，影響大壩安全，綜合評價為C級，該水庫是座病險庫，為三類壩。對運行管理和除險加固提出以下意見和建議：平整壓實壩頂，新建壩頂砂石路面，新建上下游護坡及壩面排水設(shè)施，增加照明設(shè)施；對壩體結(jié)構(gòu)安全問題采取處理措施，放緩邊坡，滿足壩體穩(wěn)定；對壩體滲流安全問題采取防滲處理措施，在全壩段壩腳處新建反濾排水體；拆除現(xiàn)狀泄水涵管，新建泄洪設(shè)施；增加大壩表面變形及滲流安全監(jiān)測設(shè)施。建議抓緊編報工程除險加固設(shè)計，爭取早日立項，盡快除險，充分發(fā)揮其應(yīng)有綜合效益。

[1] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范：SL 274-2001[S]. 北京：中國水利水電出版社, 2001.

[2] 中華人民共和國水利部.水庫大壩安全評價導(dǎo)則：SL 258-2000 [S]. 北京：中國水利水電出版社, 2000.

[3] 高孟潭. 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖:GB 18306-2015[S]. 北京：中國質(zhì)檢出版社, 2015.

張國祝(1983-)，男，黑龍江明水人，工程師，主要從事水利水電工程施工工作。E-mail：627291058@qq.com。

TV697.2

A

2096-0506(2017)10-0072-03