黃向向,馬 斌,高雙強,董衛(wèi)民

(1.西安理工大學水利水電學院,陜西 西安 710048;2.商洛學院,陜西 商洛 726000)

水庫大壩安全鑒定工作是科學的評定大壩安全類別、保障水庫安全度汛、落實防汛搶險措施的重要依據(jù)[1],因此對賽峪水庫進行安全評價勢在必行。賽峪水庫位于藍田縣縣城東18 km的普化鎮(zhèn)以南賽峪河口,寶川梁下。該工程興建于1969年11月,1975年6月竣工投入運行,是一座以灌溉為主,兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(二)型水利工程。大壩為斜墻式土石混合壩。

1 工程質(zhì)量評價

1.1 大壩運行中出現(xiàn)的質(zhì)量問題

1.1.1 壩體

壩體的問題是壩頂寬度不滿足規(guī)范要求和壩體滑塌破壞。按照現(xiàn)行《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001):“壩頂寬度如無特殊要求,中、低壩可選用5～10 m?！盵2]賽峪水庫壩高33m,屬于中壩,壩頂寬度應該不小于5 m,而實際測得只有4.1 m,與規(guī)范要求不符。壩體迎水坡坡腳處只用鋼筋網(wǎng)格處理了一部分,并沒有處理到淤積面以下。

1.1.2 溢洪道

溢洪道不滿足泄洪要求。溢洪道堰頂高程較原設計降低1.5 m,溢洪道進口寬17 m,設計洪峰流量為115 m3/s,溢洪道進口出現(xiàn)瓶頸,當洪水來襲時,不滿足泄洪要求。

1.1.3 灌溉渠

灌溉渠由于年久失修,導致多處滲水,形成小瀑布,沖毀上壩道路,影響了交通。

1.2 壩體填筑土料質(zhì)量檢查和評價

1.2.1 壩體填筑質(zhì)量評價

土樣的垂直滲透系數(shù) kv=3.76×10-5～4.42×10-4cm/s,平均值為1.72×10-4cm/s,大值均值2.84×10-4cm/s;水平滲透系數(shù) kh=5.74×10-5～3.43×10-4cm/s,平均值1.68×10-4cm/s,大值均值2.59×10-4cm/s,透水性為中等-弱透水。壩體填筑土料評價見表1。

表1 壩體填筑土料評價

從以上的評價表中可以看出,該壩體填筑質(zhì)量未達到規(guī)范要求,應對壩體穩(wěn)定性進行復核,并根據(jù)復核結(jié)果,對壩體加固。

1.3 大壩工程質(zhì)量綜合評價

賽峪水庫在運行過程中暴露出某些工程質(zhì)量的缺陷,如壩頂寬度不滿足規(guī)范要求;溢洪道不滿足泄洪要求等,加之筑壩材料的粘粒含量、滲透系數(shù)、壓實度等均不合格,則根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000)的有關規(guī)定,評定賽峪水庫的工程質(zhì)量為“不合格”。

2 大壩運行管理評價

2.1 大壩管理機制

賽峪水庫管理處成立于1972年,管理人員2名,是原建水庫期間受益村組調(diào)抽施工技術人員,行使水庫安全運行管理。但由于水費征收不到位,水庫管理無經(jīng)費,加之1998年管理房屋倒塌,管理人員無辦公場所,生活得不到保障,因此,有名無實,現(xiàn)在無人看管。

2.2 大壩運行管理綜合評價

賽峪水庫沒有水文測報、安全監(jiān)測設施及通信設施,大壩也沒有得到完整的維修,無法審查大壩的變形、滲流及穩(wěn)定是否處于正常狀態(tài),且大壩還無人管理。因此根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000)的有關規(guī)定,賽峪水庫大壩的運行管理綜合評價為“差”。

3 防洪標準復核

3.1 洪水標準

據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)中的有關規(guī)定,結(jié)合賽峪水庫工程規(guī)模的實際情況,確定賽峪水庫設計洪水標準為20 a一遇,校核洪水標準為200 a一遇。

3.2 調(diào)洪計算

賽峪水庫設有寬敞式溢洪道泄洪,溢洪道進口為寬頂堰,堰頂高程144 m,堰寬10 m。采用水量平衡原理進行水庫調(diào)洪演算,溢洪道進口寬頂堰流量系數(shù)采用0.35,起調(diào)水位按賽峪水庫現(xiàn)狀溢洪道進口高程144 m起調(diào),水庫不設汛限水位,水庫調(diào)洪計算成果見表2。

表2 賽峪水庫調(diào)洪計算成果

3.3 壩頂高程復核

壩頂高程應在水庫靜水位以上加壩頂超高(y),壩頂超高由最大波浪爬高(R)、最大風壅水面高度(e)、安全加高(A)三部分組成。即y=R+e+A。賽峪水庫多年平均年最大風速為20m/s。波浪的波高和平均波長采用鶴地水庫公式。壩頂高程復核成果表見表3。

由表3可以看出,賽峪水庫壩頂高程在設計和校核兩種情況均不滿足要求。

表3 壩頂高程復核成果

3.4 水庫防洪安全評價

通過本次賽峪水庫調(diào)洪計算及對大壩壩頂高程的復核,水庫壩頂高程在設計和校核兩種情況均不滿足要求。因此根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000),賽峪水庫防洪安全性為“C”級。為提高水庫防洪標準,增加調(diào)蓄庫容,加大下泄流量,常采用的措施有:加大壩高,擴建溢洪道等[3]。

4 滲流安全評價

4.1 計算工況的確定

由于賽峪水庫壩址控制流域面積小,洪水歷時一般為1 d左右,在設計洪水位及校核洪水位下無法形成穩(wěn)定滲流,故滲流計算僅對正常蓄水位狀況中的穩(wěn)定滲流進行復核。

4.2 計算斷面及計算參數(shù)的確定

計算斷面選擇最大壩高斷面進行復核計算。本次計算采用的計算參數(shù)為:粘聚力 c為23.9 kPa,內(nèi)摩擦角φ為23.1°,密度 ρ為18.816kN/m3,滲透系數(shù) k為 2.84×10-6m/s。

4.3 滲流穩(wěn)定復核

大壩滲流計算采用加拿大GEO-SLOPE計算軟件,在壩上游正常蓄水位高程144 m,下游無水時的前提下進行滲流穩(wěn)定分析。浸潤線見圖1,底面的水力坡降見圖2,滲透坡降成果見表4。

圖1 浸潤線圖

圖2 底面的水力坡降圖

表4 滲透坡降成果

從結(jié)果可見,最大水力坡降為0.43,發(fā)生在大壩底部,小于允許的最大水力坡降1.0,滿足要求。

4.4 滲流安全綜合評價

賽峪水庫的最大水力梯度小于允許水力梯度值,滲流計算成果表明了大壩滲透穩(wěn)定。雖然有一定滲流異常,但不影響大壩安全,根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000)[4],綜合評定賽峪水庫大壩滲透安全性為“B”級。

5 結(jié)構安全評價

5.1 計算工況的確定

計算工況按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)要求進行選取,分正常運用條件和非常運用條件,由于賽峪水庫洪水歷時一般為1 d左右,在設計洪水位及校核洪水位下無法形成穩(wěn)定滲流,故計算工況僅對正常蓄水位狀況進行復核計算。

5.2 計算斷面及計算參數(shù)的確定

計算斷面選擇最大壩高斷面進行復核計算,采用瑞典圓弧法,依據(jù)加拿大GEO-SLOPE計算軟件計算壩坡的穩(wěn)定性,穩(wěn)定計算所用到的參數(shù)見表5。

表5 穩(wěn)定計算有關指標

5.3 壩坡的穩(wěn)定分析

5.3.1 上游壩坡整體穩(wěn)定分析

上游壩坡的安全系數(shù)見圖3。

圖3 正常蓄水位時上游壩坡安全系數(shù)

依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)取值:正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.25。

從以上分析可得出:上游壩坡計算出的安全系數(shù)大于規(guī)范所規(guī)定的安全系數(shù),因此上游壩坡穩(wěn)定。

5.3.2 下游壩坡整體穩(wěn)定分析

下游壩坡的安全系數(shù)見圖4。

依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)取值:正常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.25。

從以上分析可得出:下游壩坡計算出的安全系數(shù)小于規(guī)范所規(guī)定的安全系數(shù),因此下游壩坡不穩(wěn)定。

5.4 大壩結(jié)構安全綜合評價

大壩安全穩(wěn)定計算結(jié)果見表6。

圖4 正常蓄水位時下游壩坡安全系數(shù)

表6 大壩安全穩(wěn)定計算結(jié)果

從大壩安全穩(wěn)定復核計算結(jié)果可以看出:賽峪水庫大壩上游壩坡在正常應用情況下穩(wěn)定安全系數(shù)大于五級水工建筑物規(guī)范標準,能滿足邊坡穩(wěn)定要求,下游壩坡在正常應用情況下穩(wěn)定安全系數(shù)小于五級水工建筑物規(guī)范標準,即下游壩坡不穩(wěn)定。根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL258-2000),綜合評定賽峪水庫結(jié)構安全性級別屬于“C”級。

6 抗震安全復核

6.1 計算條件

賽峪水庫大壩基本地震烈度為Ⅶ度,計算方法采用《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(SL203—97)[5]規(guī)定的擬靜力法。由于賽峪水庫洪水歷時一般為1 d左右,設計洪水位及校核洪水位下無法形成穩(wěn)定滲流,僅對正常蓄水位遇地震進行計算。

6.2 計算結(jié)果

采用GEO-SLOPE計算程序,根據(jù)設防烈度Ⅶ計算用水平和豎直地震動峰值加速度均取0.15g。對壩坡穩(wěn)定進行計算。

6.2.1 上游壩坡抗震計算

考慮地震作用時上游安全計算系數(shù)見圖5。

依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)取值:非常運用條件Ⅱ(正常運用條件遇地震)下為1.10。

圖5 考慮地震作用的上游安全系數(shù)

從以上分析可得出:考慮地震作用后上游壩坡計算出的安全系數(shù)大于規(guī)范所規(guī)定的安全系數(shù),因此考慮地震作用后上游壩坡依然穩(wěn)定。

6.2.2 下游壩坡抗震計算

考慮地震作用時下游安全計算系數(shù)見圖6。

依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)取值:非常運用條件Ⅱ(正常運用條件遇地震)下為1.10。

在Ⅶ度地震烈度作用下下游坡的安全系數(shù)突然下降到0.797,這符合地震作用對壩體安全系數(shù)影響的規(guī)律,這個數(shù)據(jù)給出了此壩在Ⅶ度地震烈度作用下發(fā)生破壞的可能性。

6.3 抗震安全性綜合評價

抗震穩(wěn)定復核結(jié)果為:賽峪水庫大壩上游壩坡在遭遇地震時抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)和《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(SL203—97)規(guī)定的允許安全系數(shù),但下游壩坡在Ⅶ度地震烈度作用下安全系數(shù)突然下降到0.797,這個數(shù)據(jù)給出了此壩在Ⅶ度地震烈度作用下發(fā)生破壞的可能性,且沒有有效的抗震措施,因此評定賽峪水庫抗震安全性級別屬于“C”級。

7 評價結(jié)論

綜合各專項安全性級別,賽峪水庫安全性分類為三類壩,詳見各專項現(xiàn)狀安全性級別表7。

表7 賽峪水庫各專項現(xiàn)狀安全性級別

[1]王治祥,王會讓,高 潔,曹新紅.陜西省中小型大壩安全鑒定實踐及病險水庫的評定準則探討[J].陜西水利水電技術,2001,(1):1-4.

[2]SL274-2001.碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2008.

[3]劉保軍,黨進謙.冊田水庫大壩除險加固措施探討[J].水利與建筑工程學報,2007,5(3):95-97.

[4]SL258-2000.水庫大壩安全評價導則[S].北京:中國水利水電出版社,2000.

[5]SL203-97.水工建筑物抗震設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,1999.