覃 情

（柳州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院,廣西 柳州 545000）

1 引言

我國正在運(yùn)行的中小型水庫中有相當(dāng)一部分修建于20世紀(jì)50年代～70年代,病險(xiǎn)問題比較突出,安全鑒定、除險(xiǎn)加固也因此成為確保我國中小型水庫持續(xù)、安全運(yùn)行的重要舉措[1]。安全鑒定是開展中小型水庫安全管理工作的基礎(chǔ),2003年,我國水利部頒布了《水庫大壩安全鑒定辦法》,規(guī)定大壩實(shí)行定期安全鑒定制度,首次安全鑒定應(yīng)在竣工驗(yàn)收后5年內(nèi)進(jìn)行,以后應(yīng)每隔6年～10年進(jìn)行一次。運(yùn)行中遭遇特大洪水、強(qiáng)烈地震、工程發(fā)生重大事故或出現(xiàn)影響安全的異常現(xiàn)象后,應(yīng)組織專門的安全鑒定[2]。之后又于2017年發(fā)布了《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》,進(jìn)一步規(guī)范了水庫大壩安全管理和評價(jià)工作。中小型水庫修建年代久,中間經(jīng)過多次除險(xiǎn)加固,安全影響因素較為復(fù)雜,這為其安全評價(jià)工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。本文以廣西壯族自治區(qū)柳州市柳城縣糯米灘水庫大壩為例,就中小型水庫大壩安全評價(jià)的要點(diǎn)及方法進(jìn)行探討,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供參考與借鑒。

2 糯米灘水庫大壩工程概況

糯米灘水庫位于廣西柳州市柳城縣馬山鄉(xiāng)龍?zhí)锎宓凝埥掠?距柳城縣城區(qū)35 km,距鳳山鎮(zhèn)17 km,距柳州約90 km,壩址控制龍江流域集雨面積16350 km2,占龍江流域總面積的96.8%,主河道長度345 km。該工程現(xiàn)狀自右至左布置有：右岸水輪泵站、連拱壩段、糯米灘水電站擴(kuò)建新廠房、糯米灘水電站。其中右岸水輪泵站長81m,啟閉平臺高程90.92 m,連拱壩段計(jì)10拱,為混凝土拱、漿砌石墩連拱壩,長109 m,壩頂高程86.95 m～87.32 m,連拱壩壩高8 m～10 m,壩頂溢流。攔河溢流連拱壩和右岸水輪泵站始建于1972年10月,1974年建成,由于灌溉問題已在另外工程中解決,1990年～至今水輪泵站已停止使用,處于報(bào)廢狀態(tài)。糯米灘水庫電站1979年初動(dòng)工,1985年建成投產(chǎn)發(fā)電。擴(kuò)建電站是2003年開工,2005年6月完工。糯米灘水庫總庫容為0.615億m3,為中型水庫,工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級別為3級,電站攔河大壩為混凝土拱砼、筒、漿砌石支墩連拱壩。

糯米灘水庫自建成運(yùn)行至今已有近50年,按照《水庫大壩安全鑒定辦法》（水建管［2003］271號）的規(guī)定,需對水庫進(jìn)行安全鑒定。

3 水庫安全評價(jià)要點(diǎn)及方法

3.1 基礎(chǔ)資料收集、整理和分析

基礎(chǔ)資料的收集、整理和分析是水庫大壩安全評價(jià)的前提和重要基礎(chǔ)。一般來說,水庫大壩安全評價(jià)的基礎(chǔ)資料主要包括了大壩的工程特性、工程地質(zhì)、水文資料以及大壩設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、檢查監(jiān)測、除險(xiǎn)加固等情況[3]。由于我國很多中小型水庫建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低,很多存在設(shè)計(jì)資料缺失、缺乏可靠的監(jiān)測資料等,因此,當(dāng)基礎(chǔ)資料收集不足以滿足安全評價(jià)的需要時(shí),需要重點(diǎn)通過現(xiàn)場工程測量和安全鑒定勘察采集來獲得一手?jǐn)?shù)據(jù),從而為水庫大壩的安全鑒定分級提供計(jì)算依據(jù)與地質(zhì)資料。

在糯米灘水庫大壩安全評價(jià)基礎(chǔ)資料收集、整理環(huán)節(jié),任務(wù)落實(shí)后,各專業(yè)主要負(fù)責(zé)人員即時(shí)收集了《1977年龍江河流山水電站工程初步設(shè)計(jì)說明書》《1979年糯米灘水力發(fā)電廠技施設(shè)計(jì)說明書》《1999年柳城縣糯米灘水電站大壩加固工程竣工驗(yàn)收資料圖紙部分》《2003年廣西柳城縣龍江糯米灘水電站擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙》《2003年廣西柳州市柳城縣糯米灘水電站擴(kuò)建工程施工進(jìn)度、施工完成情況表、審核表、往來函》《2003年廣西柳城縣糯米灘水電站擴(kuò)建工程監(jiān)理綜合資料》《2008年廣西柳州市柳城縣糯米灘水電站連拱壩維修加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙》等資料,并查閱、熟悉相關(guān)的資料,對水庫大壩的基本情況進(jìn)行了分析研究。在此基礎(chǔ)上,由糯米灘水庫管理單位、勘測設(shè)計(jì)單位等共同組成安全檢查工作組,對糯米灘水庫現(xiàn)狀進(jìn)行了現(xiàn)場安全檢查?，F(xiàn)場安全檢查采取查閱資料、現(xiàn)場踏勘和座談?dòng)懻摲绞?查閱了前期勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及與運(yùn)行的有關(guān)資料,現(xiàn)場查勘并認(rèn)真聽取水庫管理單位所作的情況介紹,對糯米灘水庫管理設(shè)施、運(yùn)行調(diào)度規(guī)程、監(jiān)測設(shè)備、大壩、電站廠房、引水及尾水建筑物、交通橋及防汛搶險(xiǎn)公路等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的現(xiàn)場檢查,并對大壩可能存在異常滲流的地方進(jìn)行了特別詳細(xì)的檢查。

3.2 大壩安全監(jiān)測評價(jià)

由于很多中小型大壩建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低,限于工程建設(shè)時(shí)的技術(shù)條件、大壩安全管理技術(shù)水平和資金投入等問題,在安全監(jiān)測系統(tǒng)的完備性、監(jiān)測資料的可靠性方面多有不足,因此,安全監(jiān)測評價(jià)也成為了水庫大壩安全評價(jià)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

糯米灘水庫屬中型水庫,大壩為混凝土拱筒、漿砌石支墩連拱壩,主要建筑物級別為3級,按規(guī)定應(yīng)建立有大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)和水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng),應(yīng)設(shè)置的主要安全監(jiān)測項(xiàng)目為：①壩面垂直位移、水平位移、壩基位移；②裂縫變化；③滲流量、揚(yáng)壓力；④上、下游水位、降雨量、氣溫、庫水溫。

糯米灘水庫現(xiàn)行巡視檢查制度主要分為日常、年度和特別巡視檢查三部分。水庫值班員負(fù)責(zé)日常巡視檢查,一般情況下為每周一次,汛期則根據(jù)臨近時(shí)間縮短為三天或一天一次；年度巡視檢查為每年4次,一般在每年的汛前汛后、用水期前后進(jìn)行,對大壩、溢洪道進(jìn)行比較全面或?qū)ｉT的巡視檢查；特別巡視檢查由水庫大壩管理單位組織進(jìn)行,次數(shù)不定,主要是在水庫大壩、溢洪道等發(fā)生特別安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)組織特別巡視檢查,如特大汛情前后或是大壩出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p毀、破壞現(xiàn)象時(shí)。糯米灘水庫大壩在壩頂設(shè)有10個(gè)位移觀測墩對大壩進(jìn)行變形監(jiān)測,但大壩拱間未設(shè)有測縫計(jì),大壩拱中壩基未埋設(shè)有滲壓計(jì),未設(shè)置有量水堰；大壩拱處未埋設(shè)有應(yīng)變計(jì)；僅在電站廠房進(jìn)水口及出水口設(shè)立有水尺,有人工觀測記錄,未設(shè)置有水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。評價(jià)結(jié)果為水庫監(jiān)測系統(tǒng)不完備。

3.3 防洪能力復(fù)核

根據(jù)水庫建筑物現(xiàn)狀對攔河溢流連拱壩泄流能力重新復(fù)核,泄水能力是依據(jù)樞紐各部位建筑物的形狀進(jìn)行計(jì)算的,其泄流計(jì)算公式為：

糯米灘水庫溢流連拱壩泄流能力計(jì)算成果見表1。

表1 溢流連拱壩下泄流能力計(jì)算成果表

下游消能防沖水力復(fù)核,當(dāng)洪水流量超過 Q=3950 m3/s時(shí),下游水位為 87.5 m,已超過堰頂（壩頂）87.00 m,不必再進(jìn)行效能計(jì)算。計(jì)算僅對 Q=128 m3/s、Q=470 m3/s、Q=2500 m3/s三個(gè)小洪水進(jìn)行跌水效能計(jì)算見表2。

表2 溢流連拱壩下游消能計(jì)算成果表

由表2計(jì)算成果可知,下游消力池滿足規(guī)范要求,因此溢流連拱壩不會改變下游河床及岸坡現(xiàn)狀。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,水流最大流速小于河床巖石抗沖流速（V=6 m3/s）,因此水流沖刷不會危及溢流連拱壩及岸坡的安全。

3.4 滲流安全評價(jià)

滲流安全評價(jià)的目的是復(fù)核大壩滲流控制措施和當(dāng)前的實(shí)際滲流性態(tài)能否滿足大壩按設(shè)計(jì)條件安全運(yùn)行。其主要內(nèi)容包括：復(fù)核工程的防滲和反濾排水設(shè)施是否完善,設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求；查明工程運(yùn)行中發(fā)生過何種滲流異?，F(xiàn)象,判斷是否影響大壩安全；分析工程防滲和反濾排水設(shè)施的工作性態(tài)及大壩滲流安全性態(tài),評判大壩滲透穩(wěn)定性是否滿足要求；對大壩存在的滲流安全問題分析其原因和可能產(chǎn)生的危害。

由于糯米灘水庫滲流觀測資料較少,大壩滲流安全復(fù)核只能以理論計(jì)算為依據(jù)進(jìn)行滲流安全分析評價(jià)。滲流計(jì)算選取拱壩段最大壩高斷面（河中間）,滲流計(jì)算以此斷面現(xiàn)狀壩體為代表。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,連拱壩斷面計(jì)算模型由兩層不同的層組成：①壩體；②基巖。滲流計(jì)算參數(shù)以巖土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn),安全復(fù)核指標(biāo)見表3。

表3 連拱壩滲流參數(shù)表

滲流計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的二維滲流計(jì)算程序理正巖土 6.5 版本,程序的求解方法是基于三角形單元的有限元法,用改進(jìn)平方根法直接求解線性代數(shù)方程組。

滲流有限元分析基本方程為：

連拱壩滲流量計(jì)算成果見表4。

表4 連拱壩典型斷面滲流計(jì)算成果表

安全評價(jià)結(jié)果顯示：大壩防滲完善,大壩滲流形態(tài)較正常,不存在明顯的滲流安全隱患。原有發(fā)電廠房和擴(kuò)建發(fā)電廠房建在弱風(fēng)化灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r上,地質(zhì)條件良好。安全評價(jià)現(xiàn)場檢查,廠房四周附近無明顯滲水、塌陷等現(xiàn)象；混凝土結(jié)構(gòu)完整,沒發(fā)現(xiàn)明顯裂縫；原有發(fā)電廠房和擴(kuò)建發(fā)電廠房結(jié)構(gòu)基本完好。評定糯米灘水庫滲流安全綜合評價(jià)為“B”級。在資料缺失的情況下,滲流安全評價(jià)的重點(diǎn)是通過現(xiàn)場檢查測定的滲流量和滲流點(diǎn),反演推算壩體填筑土的滲流計(jì)算參數(shù),使其他工況的滲流計(jì)算更加符合實(shí)際情況[4]。

3.5 結(jié)構(gòu)安全評價(jià)

結(jié)構(gòu)安全評價(jià)的目的是復(fù)核大壩在靜力條件下（含近壩岸坡）的變形、強(qiáng)度與穩(wěn)定性是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,其主要內(nèi)容包括大壩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形與穩(wěn)定復(fù)核。結(jié)構(gòu)安全評價(jià)可采用現(xiàn)場檢查法、監(jiān)測資料分析法和計(jì)算分析法進(jìn)行綜合評價(jià)[5]。由于糯米灘水庫在運(yùn)行過程中沒有進(jìn)行大壩變形觀測資料,故評價(jià)無法采用監(jiān)測資料分析法,只能采用現(xiàn)場檢查法和計(jì)算分析法進(jìn)行綜合評價(jià)。

連拱壩抗滑穩(wěn)定采用抗剪強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算：

糯米灘水庫工程規(guī)模為中型山區(qū)水庫,連拱壩的級別為3級。根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 282-2018）的規(guī)定,連拱壩抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)見表5。

表5 大壩抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

基本組合：正常蓄水位情況,荷載包括自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、淤沙壓力、浪壓力

大壩穩(wěn)定計(jì)算成果見表6。

表6 大壩穩(wěn)定計(jì)算成果表

評價(jià)結(jié)果顯示,連拱壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在計(jì)算工況下均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；拱圈壓應(yīng)力、拉應(yīng)力在計(jì)算工況下均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

中小型水庫由于運(yùn)行時(shí)間長、基礎(chǔ)資料不完善且歷經(jīng)多次除險(xiǎn)加固,在其安全評價(jià)工作中應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)現(xiàn)場安全檢查及安全檢測,應(yīng)采用多種先進(jìn)適用的手段和技術(shù)清查大壩存在的安全隱患問題,為后續(xù)安全評價(jià)分析結(jié)果的合理性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。