石永磊

(新疆水利水電項(xiàng)目管理有限公司，烏魯木齊 830000)

0 引 言

我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，自成立以來(lái)，修建了眾多的水力措施以改善農(nóng)業(yè)用水短缺的問(wèn)題[1-3]。但是早期建設(shè)的水利工程受制于經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)、施工水平低下，導(dǎo)致工程建設(shè)質(zhì)量較為低下，形成了較多的病險(xiǎn)水利措施，嚴(yán)重威脅到了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)生活[4-6]。針對(duì)這部分水利措施，采用相關(guān)的措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固治理極為重要的。在采用相關(guān)措施對(duì)工程加以治理前，采用合理手段，分析工程現(xiàn)狀的安全情況是極為重要的一步，可為工程除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)提供參考文件[7-10]。結(jié)合卡爾塔水庫(kù)安全鑒定工程，對(duì)早期修建的水庫(kù)安全鑒定。評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 工程概況

卡爾塔水庫(kù)位于輪臺(tái)縣南，屬于引水注入的平原水庫(kù)，水源來(lái)自卡爾塔河。水庫(kù)大壩最大壩高為4.7m，壩長(zhǎng)3160m，設(shè)計(jì)總庫(kù)容為850×104m3。水庫(kù)主要承擔(dān)2333hm2農(nóng)田灌溉作用，同時(shí)可為下游草場(chǎng)提供豐富水源，帶動(dòng)當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。卡爾塔水庫(kù)在新疆地區(qū)具有十分重要的作用，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。水庫(kù)自建成使用已經(jīng)過(guò)去了40余年，水庫(kù)安全已經(jīng)發(fā)生變化，嚴(yán)重威脅了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)生活。因此，對(duì)其安全進(jìn)行鑒定和評(píng)價(jià)是十分必要的。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查及主要問(wèn)題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，水庫(kù)大壩的主要填筑材料為粉土、黏土，為中-弱透水體。水庫(kù)大壩在長(zhǎng)期的水流沖刷侵蝕影響下，0-155-0-192段破損嚴(yán)重，同時(shí)由于建設(shè)時(shí)期較早，施工質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)，部分壩段出現(xiàn)了塌陷破壞，已經(jīng)嚴(yán)重影響到水庫(kù)的安全運(yùn)行。由于建設(shè)時(shí)期經(jīng)濟(jì)投入和技術(shù)問(wèn)題，大壩壩基未采取防滲處理措施，放水涵洞存在較為嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，閘室穩(wěn)定性較差，金屬結(jié)構(gòu)銹蝕問(wèn)題極為嚴(yán)重。泄洪閘閘址選擇缺乏科學(xué)性，閘門(mén)、啟閉機(jī)已經(jīng)丟失，泄洪閘已經(jīng)失去泄洪作用。放水渠結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)陋，采用土渠且沒(méi)有任何防滲措施，過(guò)水能力差。水庫(kù)缺乏必須的安全觀(guān)測(cè)、水文觀(guān)測(cè)設(shè)施，管理制度不完善，且與外界交通不便。

3 大壩安全鑒定及評(píng)價(jià)

3.1 工程質(zhì)量及運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

3.1.1 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

卡爾塔水庫(kù)建于20世紀(jì)60年代。水庫(kù)設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求，大壩采用均質(zhì)土壩，且在未進(jìn)行壩基防滲處理的情況下就對(duì)壩體進(jìn)行填筑。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣，壩體土體的滲透系數(shù)如下：K=5.31×10-5-2.8×10-3cm/s。水庫(kù)大壩壩頂為道路，現(xiàn)狀路面平整度極差，土體松散，難以滿(mǎn)足通行需求，壩體填筑過(guò)程中甚至僅采用人工夯實(shí)，填筑質(zhì)量極差。工程供設(shè)置兩個(gè)放水涵洞，其中1#涵洞基本處于報(bào)廢狀態(tài)，2#涵洞結(jié)構(gòu)也極為破敗，損壞嚴(yán)重。

3.1.2 運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

卡爾塔水庫(kù)管理站目前配備有9名管理人員，負(fù)責(zé)水庫(kù)的日常巡查、看守等工作。目前，大壩運(yùn)行缺乏科學(xué)的調(diào)度規(guī)程，庫(kù)區(qū)為設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，缺乏必須的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，通訊條件也較為落后，水庫(kù)管理、技術(shù)水平低下。

卡爾塔水庫(kù)的主要職責(zé)是提供灌溉用水。庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)用水主要集中在春、秋兩季。因此，水庫(kù)在每年的6-8月引蓄洪水，12月至次年2月引蓄冬閑水。3月、9-11月為耕地及草場(chǎng)提供灌溉水源。水庫(kù)目前的灌溉調(diào)度方案極為混亂，未建立一套合理的調(diào)度管理機(jī)制，嚴(yán)重影響了水庫(kù)作用的發(fā)揮。

3.2 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

3.2.1 壩體變形分析

卡爾塔水庫(kù)大壩自建成以來(lái)，已經(jīng)投入使用超過(guò)了40年。壩體、壩基已經(jīng)基本完成固結(jié)沉降。因此，大壩發(fā)生大規(guī)模變形破壞的可能性較小。但由于，大壩建筑質(zhì)量較差，使用期間經(jīng)歷了多次洪水的影響，大壩上游護(hù)坡出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的破損現(xiàn)象，且部分壩段在設(shè)計(jì)時(shí)，未采用護(hù)坡結(jié)構(gòu)，壩體損毀較為嚴(yán)重。1#放水涵洞采用手動(dòng)啟閉設(shè)備，涵洞洞室不存在金屬結(jié)構(gòu)，但控制閘門(mén)啟閉的卷?yè)P(yáng)機(jī)老化嚴(yán)重。2#放水涵洞采用雙孔結(jié)構(gòu)，采用磚砌，在長(zhǎng)期使用中，已經(jīng)嚴(yán)重破損。2#涵洞左孔金屬設(shè)備維護(hù)不及時(shí)，造成金屬設(shè)備嚴(yán)重銹蝕、老化，且閘門(mén)、啟閉設(shè)備已經(jīng)丟失。但由于放水涵洞、泄洪閘等結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用多年，基礎(chǔ)沉降已經(jīng)完成，發(fā)生大規(guī)模變形幾率較低。

3.2.2 壩體穩(wěn)定性分析

大壩作為水庫(kù)的主要水工建筑物，其穩(wěn)定性分析尤為重要。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩體0+155-0+192段屬于危險(xiǎn)段，該段壩體遭受水流沖刷侵蝕較為嚴(yán)重，臨水側(cè)形成直立陡坎。對(duì)0+200處(最不利斷面)的壩坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，該斷面處巖土體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

本次主要計(jì)算穩(wěn)定期、以及水位降落期壩坡的穩(wěn)定性情況。各種工況下計(jì)算成果見(jiàn)表2。從表2中可知在穩(wěn)定滲流期，壩坡的整體穩(wěn)定性情況較好，上、下游壩坡安全系數(shù)K為2.07和1.93，水位下降期上游壩坡安全系數(shù)為1.37，均大于規(guī)范要求的1.15，因此，兩種工況下卡爾塔水庫(kù)大壩穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

表2 壩坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.3 抗震及滲流安全評(píng)價(jià)

3.3.1 抗震安全評(píng)價(jià)

卡爾塔水庫(kù)處于地震Ⅶ度烈度區(qū)，地震加速度a=0.15g，計(jì)算參數(shù)按照表1選取。地震工況下壩坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從表中可知，地震工況下上、下游壩坡安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值1.01，壩坡穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

表3 地震工況壩坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.3.2 滲流穩(wěn)定性分析

滲流分析采用有限元計(jì)算方法，滲流場(chǎng)計(jì)算滿(mǎn)足拉普拉斯方程：

(1)

(2)

式中：P為水壓力；H為水頭；kx、ky為X、Y方向滲透系數(shù)。

滲流場(chǎng)分析斷面同壩坡穩(wěn)定性分析一致，選擇最不利的0+200斷面，按最不利水頭差計(jì)算，上游水位946.60m，下游水位944.10m。壩體滲漏量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 壩體滲流量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)每年蓄水期間滲漏量>51×104m3，滲漏情況較為嚴(yán)重。根據(jù)巖土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果可知，壩體土允許比降為0.18，經(jīng)計(jì)算下游壩基的水力比降為0.31，已經(jīng)超過(guò)允許值，滲流穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)合室內(nèi)工作，卡爾塔水庫(kù)大壩主要存在工程建設(shè)質(zhì)量低下、缺乏必要的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施、現(xiàn)場(chǎng)管理水平不足、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析，壩體穩(wěn)定性整體滿(mǎn)足要求，滲流條件下存在流土可能。綜合評(píng)價(jià)確定卡爾塔水庫(kù)屬于三類(lèi)病險(xiǎn)庫(kù)。

針對(duì)卡爾塔水庫(kù)現(xiàn)狀，可采用相關(guān)工程措施包括：壩體加高加寬，采用必要的防滲措施，增設(shè)防浪墻；重建水庫(kù)泄洪閘以滿(mǎn)足防洪需求；重建放水涵洞并更新啟閉設(shè)備；增設(shè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。同時(shí)，水庫(kù)應(yīng)當(dāng)提高管理水平，定期觀(guān)測(cè)壩體穩(wěn)定、滲流、變形等情況，制定科學(xué)合理的調(diào)度方案。