李元旗

(陜西省延安市黃陵縣水庫管理處，陜西 延安 727300)

1 概 況

閆莊水庫位于延安市黃陵縣店頭鎮(zhèn)閆莊村沮河支流東川河上游，水庫以防洪為主，兼灌溉下游農田和人畜飲水。閆莊水庫于1970年開工，1974年完成并投入運行，水庫總庫容115萬m3，設計洪水標準為30 a一遇洪水設計，相應洪峰流量40.4 m3/s，300 a一遇洪水校核，洪峰流量80.5 m3/s。設計洪水位1187.63 m，校核洪水位1188.21 m。該水庫樞紐大壩為均質土壩，壩頂高程1190.00 m，壩長210.00 m，壩頂寬4.00 m，壩頂為瀝青路面結構，其中路基設砂礫石穩(wěn)定層，厚度10.00 cm，碎石瀝青罩面層厚度8.00 cm。上游壩坡坡比1∶3采用干砌石護坡，砌石厚0.30 m，其下設0.15 m砂礫石墊層，砌護范圍從死水位1178.20 m至壩頂1190.00 m，砌護斜長37.30 m。

2 現(xiàn)場勘察與檢查

2.1 壩體檢查

經現(xiàn)場勘察檢查，閆莊水庫大壩堤頂路面不平整，有積水現(xiàn)象，壩頂靠下游側有明顯路面沉降現(xiàn)象，沉降2～5 cm不等。堤頂路面有明顯結構縫變形拉開現(xiàn)象，壩頂上游側無照明設施。壩頂、上游壩坡均有植物滋生，坡面不平整，局部出現(xiàn)沉降、隆起現(xiàn)象。下游坡面不平整，壩坡面有流土、管涌等現(xiàn)象，滲水比較嚴重，現(xiàn)場設有6處反濾圍井。

2.2 壩基及壩區(qū)檢查

大壩經過多年的沉降基本趨于穩(wěn)定，但大壩壩基基巖強風化，左右壩肩與岸坡連接處有裂縫、異常滲水現(xiàn)象，其中左壩端庫岸巖石有明顯裂縫，存在繞壩滲透現(xiàn)象?；A排水設施年久失修，壩基下部存在強透水砂卵石，壩基基巖強分化，壩基滲漏嚴重?，F(xiàn)場檢查及訪問庫區(qū)、近壩區(qū)，無水面旋渦，冒泡等現(xiàn)象，水庫岸坡穩(wěn)定。

3 安全監(jiān)測資料分析

3.1 監(jiān)測設施分析

閆莊水庫目前共有3個橫斷面觀測壩體變形測壓管，6個壩體位移變形觀測點，用人工觀測壩體滲流浸潤線變化。結合大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計情況及現(xiàn)狀監(jiān)測設施運行情況可知，大壩變形測壓管布設較合理，但是大壩建成至今，水庫降雨量、水位、進出庫流量、位移、滲流等基本安全監(jiān)測項目從未開展，監(jiān)測資料不全，無法通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析確定其大壩安全性能。

3.2 庫水位分析

水庫蓄水運行至今已經30多年，由于壩體質量差，壩基和繞壩滲漏嚴重等原因，水庫未按設計蓄水，一直處于低水位運行狀態(tài)，造成水資源嚴重浪費。歷史最高水位是1188.00 m，發(fā)生時間為2010年7月24日。本次實際測繪水位為1178.8 m。從工程效益方面，建議閆莊水庫盡快進行除險加固工程，以達到水庫正常運行條件。

根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2017)[1]，結合現(xiàn)場檢查及相關資料，閆莊水庫大壩安全存在向不利方向發(fā)展的趨勢，確定大壩安全性能異常。

4 工程質量分析

4.1 壩基地質條件評價

閆莊水庫壩基由兩部分組成，上部河床覆蓋層由淤泥質土和砂礫石組成，下部為白堊系洛河組砂巖構成的河溝基座。壩基巖土體為圓礫和砂巖，砂巖強風化垂直層厚度0.9～8.5 m，為強透水巖土體，中風化砂巖為弱透水地層，壩基在圓礫層和強風化砂巖層中存在壩基滲漏問題。

壩肩斜坡按巖性分為兩部分，高程1179.5 m以下為砂巖邊坡，高程1795.5 m以上為河流一級階地堆積的砂礫石和粉土，滲透系數(shù)k=2.36×10-4cm/s，中等透水。砂礫石層厚2.0～2.5 m，中密，滲透系數(shù)k=8～10 m/d，弱透水，砂巖表面強風化帶垂直厚度5.0～10.0 m，巖體透水為10～311 Lu，中等透水，左、右壩肩存在的工程地質問題是繞壩滲透。

4.2 大壩工程質量評價

4.2.1 壩體與壩基防滲質量評價

為檢測壩基高壓旋噴防滲效果，根據(jù)《水工建筑物防滲工程高壓旋噴灌漿技術規(guī)范》《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》(SL 551-2012)[2]的要求，采用了開挖、壓水試驗、注水試驗、滲壓觀測、滲漏量觀測等多種方法對壩基高壓旋噴防滲效果進行檢查。檢查顯示，防滲墻下游面較干燥，無滲水點，其滲透系數(shù)皆小于1.0×10-5cm/s，砂礫石層旋噴固結體抗壓強度大于10.0 MPa，皆符合規(guī)范及設計要求。但是由于壩基基巖表層強風化，屬于中～強透水，防滲墻未穿透強分化巖層，壩基滲透量較大，左、右壩肩存在繞壩滲透現(xiàn)象。

4.2.2 大壩土方質量評價

閆莊水庫大壩采用機械碾壓、人工夯實相結合的施工方法，室內試驗表明，壩體回填土的干密度在1.50～1.66 g/cm3之間，平均值為1.60 g/cm3，其含水率在14.2%～25.9%之間，平均值為20.8%，最大、最小干密度差值達0.16 g/cm3，表明該壩各層的碾壓密度不均勻，存在密度較薄弱區(qū)域，滲透試驗的水平滲透系數(shù)在0.94×10-5～1.21×10-4cm/s之間，垂直滲透系數(shù)在0.61×10-5～6.90×10-5cm/s之間；壩體土黏聚力在21.1～23.4 kPa之間，平均值為22.3 kPa；摩擦角在15.1°～19.2°之間，平均值為16.9°，壩體強度不均勻。說明大壩施工時存在基礎清理不到位，上土料控制不嚴，密實度差，壩肩兩岸岸坡處理不當?shù)惹闆r，使水庫運行過程中大壩產生不均勻沉陷，造成沿壩軸線多處明顯裂縫，壩基及左、右壩肩滲漏嚴重。

地質勘察資料表明，左岸邊坡表層下游高程1180.5～1178.0 m有細小裂隙，開挖至2.5 m后至砂巖頂面裂隙消失，分析裂縫形成的原因，主要是土壩填土與石質結合處因濕陷不均勻產生沉降，而1175 m高程以下基巖潮濕表層強風化嚴重剝落，是繞壩滲漏形成的主要原因。

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 189—2013)[3]的規(guī)定，壓實度應在0.96～0.98之間，該壩以0.96壓實度(室內最大干密度為1.963 g/cm3，壓實度0.96對應干密度為1.884 g/cm3)作為標準，對10個壩體土密度進行評價，其合格率為0。分析原因是該大壩工程建設初期，缺乏專業(yè)的技術人員，未能按正規(guī)的基本建設程序進行，對筑壩土料性質認識不夠，造成壩體土料填筑不科學，施工質量控制不嚴，造成壩體填筑質量較差。因此，工程質量評定為不合格。

4.3 大壩抗洪能力復核

閆莊水庫設計洪水位(p=3.3%)1187.76 m，校核洪水位(p=0.33%)1188.47 m。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2020)[4]公式計算壩頂高程，見表1。

取其最大值，閆莊水庫最大壩頂高程為1189.41 m，現(xiàn)狀水庫壩頂高程為1190.00 m，說明現(xiàn)狀壩頂高程滿足要求。閆莊水庫的設計洪水標準為30 a一遇設計洪水流量為40.4 m3/s，300 a一遇設計洪水流量為80.5 m3/s。采用的防洪標準符合《防洪標準》(GB 50201—2014)[5]和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)，因此確定大壩防洪安全性評為A級。

4.4 大壩滲流分析

選取0+032.60斷面進行二維有限元滲流分析，此斷面可反映整個大壩的實際滲流狀況。計算斷面壩體及壩基土質的特性指標見表2。

表2 土壤特性指標

根據(jù)規(guī)范SL 274—2020的滲流分析規(guī)定，選取兩種進行分析：當上游正常蓄水位+下游無水時，水庫水位為1187.00 m，滲漏量為2.71 m3/d·m，壩坡最大滲透比降為0.166；當水位降落期(正常蓄水位降至汛限水位+下游無水)時，水庫水位為1183.00 m，滲漏量為2.05 m3/d·m，壩坡最大滲透比降為0.124，兩種情況的最大滲透比降均小于允許比降0.471。壩體滲漏溢出點較低，上游防滲墻的設置有效降低了浸潤線，但是由于壩區(qū)基巖面較高，基巖表層強風化，屬于弱～中等透水，防滲墻未穿透強風化巖層，壩基滲漏量較大，左壩肩繞壩滲漏現(xiàn)象嚴重，高水位持續(xù)時間越長，滲漏量越大。放水涵洞周邊巖土體為強風化砂巖，放水涵洞出水口周邊有滲漏現(xiàn)象，涵洞洞身與壩體之間存在滲漏通道。溢洪道與周邊強風化砂巖層存在滲漏問題，因此認為該工程的滲流形態(tài)是不安全的，所以評定為C級。

4.5 結構安全評價

土壩結構穩(wěn)定分析主要是校核土壩在最不利的工作條件和有無地震發(fā)生的情況下，其壩坡在剪切破壞下是否會產生滑坡，選擇斷面0+032.60作為計算基本斷面，分析方法依照規(guī)范SL 274—2020中規(guī)定，對較低的均質壩采用簡化畢肖普法。按照規(guī)范及有關資料要求，對上、下游壩坡進行穩(wěn)定計算時，選取以下四種情況：穩(wěn)定滲流期(正常蓄水位)的上、下游壩坡；穩(wěn)定滲流期(設計洪水位)的上、下游壩坡；非常運行期(校核洪水位)的上、下游壩坡；水庫水位降落期的上、下游壩坡，采用簡化畢肖普法進行分析計算。計算結果見表3。

表3 大壩上游壩坡穩(wěn)定計算結果匯總(0+032.60斷面)

由計算可知，上、下游壩坡在各種工況條件下的穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此，土壩壩坡穩(wěn)定。

4.6 大壩抗震安全復核

根據(jù)《黃陵縣閆莊水庫除險加固工程地質勘察報告》成果，該區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度，抗震設防烈度為Ⅵ度，滿足《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)規(guī)范要求,抗震安全性評定為A級。

5 結 語

經過現(xiàn)場勘察檢查和分析計算，閆莊水庫大壩填筑質量差，存在繞壩滲漏現(xiàn)象，壩坡滲水比較嚴重，工程質量不合格，防洪標準、抗震安全為A級，結構安全為B級，滲流安全為C級。按照《水庫大壩安全評價導則》，水庫大壩鑒定為三類壩，急需進行水庫大壩除險加固?？晒┩愃畮爝M行安全鑒定時參考。