西郊水庫工程病險隱患問題與處理對策探析

崔曉亮,李小丹

(陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 咸陽 713800)

0 引言

西郊水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼有防洪、供水、生態(tài)補水等綜合效益的Ⅲ等中型水利工程。水庫自建成以來,為灌區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善做出了積極的重要貢獻(xiàn)。經(jīng)過近二十年的運行,水庫樞紐工程暴露出了很多嚴(yán)重的隱患問題,直接影響著水庫的正常運行和庫區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全。本文結(jié)合西郊水庫病險水庫加固的基礎(chǔ)資料,對水庫病險隱患進(jìn)行探討,分析其隱患成因,并有提出相應(yīng)的處理措施,以保證水庫正常運行,充分發(fā)揮經(jīng)濟社會效益。

1 水庫概況

西郊水庫位于涇惠渠灌區(qū)中部,三原縣城以西約2 km的清河干流上,是以農(nóng)業(yè)灌溉、防洪為主,兼有防洪、供水、生態(tài)補水等綜合效益的Ⅲ等中型水利工程。水庫自2003年建成后,主要承擔(dān)著灌區(qū)20.7萬畝農(nóng)田春夏灌補水,并擴灌三原縣肖李村3.24萬畝、徐木 9.8萬畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)以及渭北工業(yè)園區(qū)工業(yè)用水和清河生態(tài)補水任務(wù)。該水庫主要利用涇惠渠灌區(qū)渠系在非灌溉季節(jié)引蓄涇河來水或灌溉季節(jié)棄水,以及清河上游河道區(qū)間徑流進(jìn)行調(diào)蓄,為灌區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善做出了積極的重要貢獻(xiàn)。但在工程運行過程中,陸續(xù)暴露出一些工程安全隱患,雖然采取了一定的補救工程措施,但水庫至今仍不能按擴容后正常蓄水位422.0 m 運行(根據(jù)監(jiān)測資料最高蓄水至 420.45 m),嚴(yán)重影響水庫效益的發(fā)揮。

2 水庫工程存在的主要病險隱患分析

2.1 大壩右壩肩下游岸坡及壩坡抗滑穩(wěn)定性不足

2.1.1 穩(wěn)定分析斷面位置選擇

根據(jù)下游岸坡的現(xiàn)場情況,選擇在下游岸坡相應(yīng)最危險位置處計算斷面穩(wěn)定安全系數(shù)(見圖1)。依據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL386-2007)的規(guī)定,考慮到邊坡上部存在溢洪道,故根據(jù)邊坡對水工建筑物的危害程度,邊坡的級別定為 4 級。其抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)取值表1。

表1 穩(wěn)定安全系數(shù)

圖1 斷面位置示意圖

2.1.2 穩(wěn)定安全系數(shù)計算

采用STAB邊坡穩(wěn)定程序進(jìn)行計算,邊坡穩(wěn)定性分析方法采用簡化畢肖普法,地震烈度為Ⅷ度,地震動峰值加速度0.15 g。計算結(jié)果見表2。經(jīng)計算可知,斷面在遇地震條件下的安全系數(shù)為 0.983,不滿足規(guī)范要求。

表2 斷面穩(wěn)定計算結(jié)果

2.2 大壩左壩肩滲透隱患一直存在

水庫工程建成運行后,兩壩肩先后出現(xiàn)滲漏問題。右壩肩最先在2005年出現(xiàn)大壩下游右岸坡滲流異常,并隨之加劇,在2009年對右壩肩采用防滲墻技術(shù)進(jìn)行了加固處理,目前運行狀態(tài)良好。左壩肩下游在2010年,首次出現(xiàn)集中滲漏,逸出點高程 410.0 m,滲流量 0.01 L/s,后經(jīng)過不間斷觀測,最大滲流量 0.08 L/s,經(jīng)多年觀測,該處滲流量與庫水位成正比關(guān)系。由于西郊水庫水位變動幅度較大,故左壩肩滲流問題也是時隱時現(xiàn)。

2.3 大壩安全監(jiān)測設(shè)施損壞問題突出

2.3.1 變形監(jiān)測

目前大壩上游 3個表面變形測點因蓋子長期浸泡水中,生銹無法打開進(jìn)行觀測,下游表面變形測點和兩岸工作基點、校核基點基本完好。內(nèi)部變形監(jiān)測由于沉降儀進(jìn)水、損壞等原因,近幾年一直處于停測狀態(tài)。

2.3.2 滲流監(jiān)測

壩基、壩體、溢洪道滲流監(jiān)測滲壓計因信號線斷裂,計算機軟硬件老化、癱瘓等原因均不能正常工作。繞壩滲流監(jiān)測自動化監(jiān)測設(shè)施損壞不能使用,現(xiàn)采用人工方式進(jìn)行觀測。繞壩滲流僅余右壩肩3個(P8～1、P8～2、P8～3)和左壩肩3個(P7～1、P7～2、P7～3)觀測孔可進(jìn)行人工觀測,其余因周邊群眾蓋房填埋等原因均已報廢。壩后由于河床淤積、下游景觀綠化等原因,也無法進(jìn)行觀測。

2.3.3 環(huán)境量監(jiān)測

水文氣象監(jiān)測系統(tǒng)各儀器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)異常,不能正確掌握水文氣象參數(shù)。

3 工程病險隱患問題成因分析

(1)西郊水庫庫岸均為第四系堆積岸坡,岸坡巖性主要為黃土狀壤土、粉土及粉質(zhì) 壤土組成,由于岸坡土體均為密實度較差、土質(zhì)松散的風(fēng)洪積堆積體,常發(fā)生崩塌現(xiàn)象,形成不穩(wěn)定土體。庫岸每年都在坍塌,原庫岸的耕地部分已經(jīng)坍塌進(jìn)庫內(nèi),村莊和道路也在逐年趨近水庫[1]。

(2)壩后長期積水造成大壩下游壩坡浸潤線涌高,排水棱體地基沉陷,堆石體傾倒、局部沉陷,嚴(yán)重影響排水棱體整體穩(wěn)定及排水效果;由于壩后下游河道高程較高,整體排水不暢,造成壩后長期積水。另外,左岸下游存在兩處五四村排污管道,由于左岸壩后地形下游高上游低,排水不暢,使排污管附近形成小型水潭,溢出污水最終也排入壩后水池,加劇了壩后積水。

(3)水庫建設(shè)過程中,由于項目法人發(fā)生頻繁變更,以及建設(shè)時期資金不足等原因,造成水庫先天不足[2]。

4 處理對策分析

大壩在2021年經(jīng)過安全鑒定,綜合大壩運行現(xiàn)狀和工程勘測設(shè)計、施工、竣工驗收、運行管理及大壩安全監(jiān)測等資料,在現(xiàn)場安全檢查、安全監(jiān)測資料分析、工程質(zhì)量評價、運行管理評價、防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、滲流安全評價、結(jié)構(gòu)安全評價、金屬結(jié)構(gòu)安全評價等基礎(chǔ)上,對西郊水庫大壩工程安全現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析評價,綜合評定西郊水庫大壩為“三類壩”。應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)狀制定除險加固方案,主要針對影響水庫安全運行的隱患進(jìn)行處理和加固。其設(shè)計、施工方案選擇應(yīng)充分考慮工程現(xiàn)狀,不改變水庫樞紐主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪排 沙洞、排水泵站的功能和布局,維持目前水庫正常蓄水位 422.0 m,同時盡可能減小對其他建筑物及正常運行的影響。

4.1 左壩肩進(jìn)行防滲墻處理

2009年涇惠渠灌溉中心對右壩肩采用防滲墻進(jìn)行了加固處理,目前運行狀態(tài)良好,未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。從已經(jīng)實施的右岸防滲墻的施工及防滲處理效果看,采用塑性混凝土防滲墻方案比較理想,消除了右壩肩存在的隱患。因此建議左壩肩防滲處理也可采用塑性混凝土防滲墻防滲方案進(jìn)行處理。

4.2 右壩肩下游岸坡進(jìn)行防護(hù)加固

建議對右壩肩下游岸坡局部進(jìn)行開挖,以消減滑坡體自身的下滑力,同時在滑坡體外圍設(shè)置排水溝,減少坡面雨水入滲對滑坡的影響。對新削邊坡采取漿砌石拱格+干砌石的方式進(jìn)行防護(hù)[3]。

4.3 修復(fù)大壩安全檢測設(shè)施

建議按照《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL551-2012)的要求,根據(jù)西郊水庫大壩結(jié)構(gòu)特點、相關(guān)地質(zhì)水文條件等基本資料,并結(jié)合工程多年實際運行情況和現(xiàn)狀需求可以將滲流、變形和環(huán)境量作為重點監(jiān)測內(nèi)容。結(jié)合工程當(dāng)前實際運行情況,做到監(jiān)測內(nèi)容、測點布置正確合理,能可靠有效地監(jiān)控大壩的工作性態(tài),儀器設(shè)備應(yīng)考慮監(jiān)測自動化以便于有效地監(jiān)控大壩的工作性態(tài),實現(xiàn)數(shù)據(jù)即時傳輸,滿足工程安全運行需求。設(shè)備選擇方面建議包括:(1)環(huán)境量監(jiān)測,包括上、下游水位、氣溫、降水量、庫水溫監(jiān)測項目。(2)變形監(jiān)測,包括壩體表面水平位移、壩體表面垂直位移、壩體內(nèi)部位移監(jiān)測項目。(3)滲流監(jiān)測,包括滲流量、壩體滲透壓力、壩基滲透壓力、繞壩滲流監(jiān)測項目。

5 結(jié)語

西郊水庫建成20余年來,為涇惠渠灌區(qū)的農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn),為改善灌區(qū)內(nèi)人民生活質(zhì)量發(fā)揮了應(yīng)有的作用。水庫的不安全運行直接影響了庫區(qū)群眾的生命安全和正常的生產(chǎn)生活。因此,對西郊水庫實施除險加固,可以使水庫功能和效益得到正常發(fā)揮,為實現(xiàn)水庫安全運行,保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉用水及城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)生活,支持地方經(jīng)濟發(fā)展和社會繁榮穩(wěn)定都有非常重要的意義。