李虎強(qiáng)

(深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

黃沙水庫(kù)壩址位于惠州市仲愷高新區(qū)潼湖水的上游，是一座以防洪、灌溉、供水和發(fā)電功能為主的中型水庫(kù)，其總庫(kù)容為2020.32萬(wàn)m3，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物為5級(jí)。設(shè)計(jì)洪水采用50a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水采用1000a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)[1]。現(xiàn)狀黃沙水庫(kù)的主要建筑物有主壩一座、副壩一座、溢洪道一座、輸水涵管一座以及壩后電站一座。

該水庫(kù)于1958年8月動(dòng)工興建，1964年5月竣工并投入運(yùn)行。水庫(kù)建成以來(lái)，1999年9月首次對(duì)壩體進(jìn)行了安全鑒定，并發(fā)現(xiàn)大壩壩基存在滲漏隱患。針對(duì)此狀況，2009年對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，主要加固內(nèi)容包括：主壩壩體劈裂灌漿、壩基定噴灌漿、壩頂加寬、壩體培厚，以及上、下游壩坡加固整治、修建排水設(shè)施等。加固后效果良好，但受當(dāng)時(shí)資金和技術(shù)條件的限制，大壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定一直是水庫(kù)管理部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。時(shí)隔多年，為進(jìn)一步摸清水庫(kù)大壩的安全狀況，保證大壩的穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行一次全面的安全評(píng)價(jià)[2-5]。進(jìn)行安全鑒定時(shí)，重點(diǎn)對(duì)水庫(kù)及其主要建筑物現(xiàn)狀存在的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)梳理，并進(jìn)行大壩滲流及邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析，為大壩的除險(xiǎn)加固提供基礎(chǔ)資料，并提出針對(duì)性的解決措施[6]。

2 大壩現(xiàn)狀及工程地質(zhì)條件

2.1 大壩現(xiàn)狀為分析

鑒定重點(diǎn)為主壩結(jié)構(gòu)安全分析，主壩上游壩坡為混凝土面板護(hù)坡，在高程33.24m處設(shè)3m寬?cǎi)R道。馬道以上坡面坡比為1∶2.75，以下為1∶3。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)勘察，重點(diǎn)對(duì)壩體有無(wú)裂縫、異常變形、滲漏、塌陷及動(dòng)物危害現(xiàn)象進(jìn)行檢查，以及檢查壩基和壩區(qū)的滲漏、變形情況[7]。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：①混凝土面板局部有裂縫，分縫內(nèi)有雜草；②近壩水面無(wú)冒泡、變渾、漩渦等異?，F(xiàn)象；③壩頂寬5.1m，壩頂路面為瀝青路面，存在因車(chē)輛荷載和溫度變化引起的表層裂縫。上游側(cè)設(shè)混凝土防浪墻，其結(jié)構(gòu)整體性較好，局部存在裂縫；④下游壩坡坡面整體較平整，未見(jiàn)滑動(dòng)、隆起、塌坑、雨淋溝、散浸等異常變形或破壞；⑤下游壩腳設(shè)棱體排水，塊石表面平整，無(wú)沉降、滑動(dòng)和隆起等異?，F(xiàn)象。坡面排水系統(tǒng)較完善，為矩形混凝土排水溝，局部出現(xiàn)裂縫和破損；⑥下游壩腳中間部位設(shè)量水堰，水體呈銹紅色，其原因?yàn)椋貉咔伴L(zhǎng)年積水，其深層水體不能流動(dòng)，水體中滲入較多量水堰鋼板銹蝕后的殘?jiān)穑虎邼B流及滲漏量監(jiān)測(cè)設(shè)施布置于主壩，共設(shè)4個(gè)測(cè)壓管斷面，排水棱體外坡側(cè)有排水溝，匯集壩體滲水后經(jīng)布設(shè)的量水堰排出(量水堰后接DN1000預(yù)制混凝土管將水排至下游河道)。量水堰的堰上水頭與庫(kù)水位變化相關(guān)，且壩體滲水量有逐年增加的趨勢(shì)；⑧輸水涵位于主壩右壩段，主要由進(jìn)水段(閘室段)、涵洞段、出口段組成，閘室段采用塔式進(jìn)水口，材質(zhì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圖1 主壩上游坡裂縫及縫隙雜草 圖2 水庫(kù)主壩下游坡現(xiàn)狀

2.2 工程地質(zhì)條件分析

黃沙水庫(kù)工程區(qū)內(nèi)未見(jiàn)大的、區(qū)域性的構(gòu)造存在，所在區(qū)域地震活動(dòng)頻率小、強(qiáng)度低，根據(jù)《廣東省地震烈度區(qū)劃圖》劃分，工程區(qū)地震烈度為Ⅵ度。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期Tg為0.35s。區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)晚更新以來(lái)的斷層或晚更新世以來(lái)的階地、夷平面發(fā)生錯(cuò)位的現(xiàn)象，可認(rèn)為其區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

據(jù)鉆探揭露，主壩壩基巖性較復(fù)雜，主要由第四系沖洪積層、殘積層，基巖風(fēng)化帶組成。壩基沖積層質(zhì)量差，穩(wěn)定性一般，壩基殘積層除在壩肩與壩體直接接觸外，其余均隱伏于沖積層之下，其頂部受沖積含水層影響，滲透性亦較強(qiáng)，其承載力可滿(mǎn)足工程要求。壩基基巖風(fēng)化帶是壩體良好的持力層，但強(qiáng)風(fēng)化帶節(jié)理裂隙發(fā)育，是地下水滲漏的良好通道，且存在滲透各向異性。主壩壩基整體評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性一般。

3 大壩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核分析

3.1 大壩滲流穩(wěn)定復(fù)核分析

1)計(jì)算方法及地質(zhì)參數(shù)：

結(jié)合地質(zhì)勘察成果，壩體滲流穩(wěn)定復(fù)核分析采用Auobank7.07滲流軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算斷面選取主壩壩體實(shí)測(cè)最大斷面(如圖3)，計(jì)算參數(shù)選用地質(zhì)勘察報(bào)告提供的成果，各土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1。由于2009年安全加固時(shí)，分別對(duì)壩體、壩基采用了劈裂灌漿和高壓定噴灌漿進(jìn)行處理，滲流穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)分別考慮。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，高壓定噴灌漿頂高程為23.34m，由量水堰實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析知相近水位下2018年后的實(shí)測(cè)滲水量相比往年增大。由于2018年時(shí)壩體劈裂灌漿已運(yùn)行近10年，參考相似工程經(jīng)驗(yàn)可知劈裂灌漿的防滲效果已減弱，為得到偏安全的計(jì)算結(jié)果，故本計(jì)算不考慮壩體劈裂灌漿的作用，僅考慮壩基定噴灌漿的作用。

圖3 主壩計(jì)算斷面

2)計(jì)算工況選擇：

通過(guò)總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)，大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算時(shí)假設(shè)各種工況下能形成穩(wěn)定滲流，各工況如下：①上游正常蓄水位(32.74m)，下游無(wú)水時(shí)壩體的滲流穩(wěn)定情況；②上游設(shè)計(jì)洪水位(39.17m)，下游無(wú)水時(shí)壩體的滲流穩(wěn)定情況；③上游校核洪水位(39.61m)，下游無(wú)水時(shí)壩體的滲流穩(wěn)定情況；④庫(kù)水位從校核洪水位(39.61m)驟降至正常蓄水位(32.74m)時(shí)，下游無(wú)水時(shí)壩體的滲流穩(wěn)定情況。

3)計(jì)算結(jié)果分析：

在以上各工況下，通過(guò)計(jì)算得到滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表2，壩體浸潤(rùn)線(xiàn)計(jì)算結(jié)果如圖4。由計(jì)算結(jié)果知：①在能形成滲流場(chǎng)的情況下，浸潤(rùn)線(xiàn)遵循隨庫(kù)水位上漲而提高、隨庫(kù)水位跌落而下降的規(guī)律，浸潤(rùn)線(xiàn)的趨勢(shì)與實(shí)際測(cè)壓管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總體一致，表明壩體排水總體通暢，計(jì)算結(jié)果合理；②隨上游蓄水位抬高，壩體總滲流量隨之增大，最大值約6.279L/s，與量水堰逐年實(shí)測(cè)成果基本趨近，大壩滲流量變化規(guī)律正常；③主壩在各工況下隨水位升高，滲透比降逐漸增大，壩體滲流最大出逸比降為0.461，小于其允許滲透坡降0.47，下游壩基滲流穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生滲透破壞。

表2 主壩滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

(a) 主壩正常蓄水位(37.24m)工況下計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)

(b)主壩設(shè)計(jì)洪水位(39.17m)工況下計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)

(c) 主壩校核洪水位(39.61m)工況下計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)

(d)主壩校核洪水位降落至正常蓄水位工況下計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)

2009年除險(xiǎn)加固以來(lái)，水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異常滲流現(xiàn)象，上述計(jì)算結(jié)果亦未顯示滲流異常。但查閱水庫(kù)的2018-2020年的滲流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，顯示主壩的滲流量有逐年增加的趨勢(shì)。建議盡快修復(fù)或重建大壩滲流壓力監(jiān)測(cè)設(shè)施，后期結(jié)合滲流壓力、量水堰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析滲流動(dòng)態(tài)，及時(shí)了解大壩安全性能。綜上所述，黃沙水庫(kù)大壩滲流安全性評(píng)為“B級(jí)”。

3.2 大壩邊坡穩(wěn)定復(fù)核分析

1)計(jì)算方法及工況選擇：

大壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算按《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258-2017)和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用Autobank7.07穩(wěn)定分析軟件作邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，計(jì)算采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化Bishop法求壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)[8-13]。壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用滲流安全評(píng)價(jià)中計(jì)算浸潤(rùn)線(xiàn)的結(jié)果作為滲流邊界條件。計(jì)算所用地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)前述表1，工況選擇詳見(jiàn)表3。

表3 主壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

2)計(jì)算結(jié)果分析：

軟件進(jìn)行壩體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，采用自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面的方式。經(jīng)計(jì)算，壩體抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)見(jiàn)表3，穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：①正常運(yùn)用工況下，主壩的上、下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.870、1.305，滿(mǎn)足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)中≥1.30的要求；②非常運(yùn)用工況下，主壩上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.317，滿(mǎn)足規(guī)范≥1.20的要求；③結(jié)合計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)變形、沉降資料，主壩無(wú)異常位移、變形，大壩沉降已趨于穩(wěn)定。

(a)1/3壩高水位(H=28.5m)工況下抗滑穩(wěn)定計(jì)算

(b)正常蓄水位工況下抗滑穩(wěn)定計(jì)算

(c)設(shè)計(jì)洪水位工況下抗滑穩(wěn)定計(jì)算

(d)校核洪水位驟降至正常蓄水位工況下抗滑穩(wěn)定計(jì)算

經(jīng)復(fù)核，黃沙水庫(kù)主壩的邊坡整體穩(wěn)定滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，但現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)輸水涵閘室段內(nèi)壁混凝土局部破損，閘室和涵管結(jié)合部位的分縫處漏水，啟閉塔的排架柱因受沖刷而有少量砂漿脫落，且啟閉塔工作橋局部露筋，影響其結(jié)構(gòu)的耐久性。由于輸水涵存在一定的強(qiáng)度不足但不嚴(yán)重影響工程安全，故大壩結(jié)構(gòu)安全性評(píng)為“B級(jí)”。

4 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)大壩進(jìn)行安全鑒定，大壩結(jié)構(gòu)無(wú)明顯位移和變形，滲流穩(wěn)定分析計(jì)算顯示大壩最大滲透坡降小于允許滲透坡降，且不同蓄水位下的總滲流量與實(shí)際量水堰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較趨近；邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算顯示大壩上、下游邊坡抗滑穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求，周邊岸坡較穩(wěn)定，不會(huì)危及大壩安全。因此，本次大壩除險(xiǎn)加固可僅針對(duì)影響大壩安全和發(fā)揮效益的主要建筑物進(jìn)行改造，具體方案如下：①大壩迎水面、壩頂公路、防浪墻存在局部裂縫，但不影響壩體整體穩(wěn)定及運(yùn)行安全，可分別實(shí)施修復(fù)，縫隙中的雜草可由水庫(kù)管理部門(mén)加強(qiáng)日常清除；②主壩壩體滲水量有逐年增加的趨勢(shì)，建議盡快修復(fù)或重建大壩滲流壓力監(jiān)測(cè)設(shè)施，通過(guò)結(jié)合滲流壓力、量水堰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析，及時(shí)了解大壩安全性能，必要時(shí)采取相應(yīng)工程措施；③及時(shí)處理輸水涵閘門(mén)、閘室和涵管結(jié)合部位的分縫處漏水問(wèn)題，對(duì)閘室段、啟閉塔混凝土破損部位及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，并更換止水設(shè)施和啟閉機(jī)螺桿。

5 結(jié) 語(yǔ)

文章結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料和大壩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核分析，對(duì)黃沙水庫(kù)大壩工程的滲流穩(wěn)定和邊坡穩(wěn)定進(jìn)行了綜合的定量、定性分析，計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，表明壩體整體結(jié)構(gòu)偏于安全?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的壩面裂隙、雜草叢生、混凝土破損等現(xiàn)象，均在一定程度上影響了大壩的結(jié)構(gòu)安全、運(yùn)行穩(wěn)定和外觀質(zhì)量。通過(guò)后期實(shí)施修復(fù)方案并更換設(shè)備，同時(shí)加強(qiáng)滲流系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，可保證大壩效益的正常、可靠發(fā)揮。