夏明海，王鵬，池佃東

（1 伊犁哈薩克自治州奎屯河流域水利工程灌溉管理處，新疆奎屯 833200；2 新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830002；3 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師奎屯河引水工程建設(shè)管理局，新疆奎屯 833200）

0 引言

新中國成立初期，我國興建了一大批水利水電工程，旨在發(fā)揮其防洪發(fā)電、灌溉供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及旅游航運(yùn)等功能。 其中作為擋水構(gòu)筑物的重力壩，由于其具備結(jié)構(gòu)可靠、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于水利水電工程的建設(shè)中。 目前，我國水庫總量、總庫容均居世界之首，并成為受益人數(shù)和保護(hù)人數(shù)最多的國家[1-6]。

上世紀(jì)二十年代起，我國已開始進(jìn)行水庫建設(shè)，因此部分現(xiàn)有的水庫運(yùn)營時(shí)間較長，出現(xiàn)了各類安全隱患問題，水庫安全有待進(jìn)一步完善。 并且隨著水庫建設(shè)安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，我國的水庫建設(shè)更需進(jìn)行系統(tǒng)的安全評價(jià)[7-8]。

胡楊河市某水庫始建于1952 年， 該水庫的建設(shè)目標(biāo)是建成以灌溉為主，兼具防洪、養(yǎng)殖效益的中型水庫。 其控制灌區(qū)面積約為60 萬畝，奎屯河河水通過該水庫進(jìn)行調(diào)節(jié)，每年引蓄春汛期間的洪水，同時(shí)當(dāng)河道來水減少時(shí)，利用庫水灌溉，保證作物生育期的需水量。 因此，該水庫大壩的安全與否，將直接影響周邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。 該水庫的安全評價(jià)可為進(jìn)一步完善水庫的科學(xué)調(diào)度及其安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐， 并且相關(guān)研究結(jié)論可為類似工程的安全分析提供借鑒，因此具有較高的研究價(jià)值[9-10]。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概況

胡楊河市某水庫為Ⅲ等中型水庫，主要攔蓄奎屯河水，設(shè)計(jì)庫容800 萬m3。經(jīng)3 次擴(kuò)建，1968 年完成設(shè)計(jì)庫容4000 萬m3，對應(yīng)設(shè)計(jì)水位308.68m，水庫淹沒面積14.19km2。 2008 年進(jìn)行水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)庫容4000 萬m3， 對應(yīng)設(shè)計(jì)水位308.68m，水庫淹沒面積14.19km2。

1.2 地形地貌

以該水庫為中心的25km 半徑范圍為勘測區(qū)， 其附近不存在活動(dòng)的大斷裂，地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定；并且該水庫位于奎屯河下游沖積河床及沖積平原區(qū)，地理?xiàng)l件相對理想。

水庫壩線根據(jù)已拆除泄水閘為界，分為東壩和西壩。 西壩段為老河道段，河道兩側(cè)為階地，階地高1.0～2.0m。 水庫兩側(cè)為奎屯河沖洪積平原區(qū)，多為耕地。

1.3 地層巖性

庫區(qū)海拔314～320m，地形坡降自南向北變緩，坡降南部為1.0%～1.5%，北部為2%～3%。 地表巖性南部為細(xì)砂礫石，北部由細(xì)砂土層及黃土層構(gòu)成，場區(qū)的西部還分布有較大面積的現(xiàn)代風(fēng)積物，為佐頓艾力生沙漠的一部分。 場區(qū)的第四系主要由洪積物、沖積物、湖積沉積物和風(fēng)積物等組成。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)地層中堆積了巨厚的中新生代陸相碎屑巖，總厚度大于3000m。 更新世末以來，新構(gòu)造活動(dòng)由天山向準(zhǔn)噶爾盆地遷移，場地南部新生代地層褶皺隆起，北部繼續(xù)沉降堆積。根據(jù)物探資料，奎屯河以西埋藏有四個(gè)隆起、六十戶鼻隆，西湖隆起、卡因迪科隆起，均為隱伏構(gòu)造，兩地隆起地表呈現(xiàn)高地。

2 大壩安全綜合評價(jià)

2.1 工程質(zhì)量評價(jià)

如表1、表2 所示，現(xiàn)有壩體整體質(zhì)量較好，老壩體局部位置欠密實(shí)且有少量滲漏，其余位置及進(jìn)行除險(xiǎn)加固的壩體干密度均符合設(shè)計(jì)要求，說明實(shí)際施工質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求。參照《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL 258—2017）[11]，該水庫本次質(zhì)量綜合評價(jià)為優(yōu)良。

表1 水庫壩體加高部分基本參數(shù)表

表2 水庫老壩體基本參數(shù)表

2.2 運(yùn)營管理評價(jià)

該水庫工程經(jīng)過多年的運(yùn)行管理，制定了一系列生產(chǎn)管理制度以及水工建筑物及啟閉機(jī)等設(shè)備運(yùn)行操作規(guī)程和大壩安全監(jiān)測規(guī)程；水庫工程管理嚴(yán)格按調(diào)度規(guī)程執(zhí)行，各項(xiàng)規(guī)章制度落實(shí)到位；水文測報(bào)及通信設(shè)施基本齊備，但設(shè)施比較落后，需配備現(xiàn)代化的管理設(shè)施。 根據(jù)《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，該水庫本次運(yùn)行管理評價(jià)為好。

2.3 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017）[12]相關(guān)規(guī)定：該水庫為Ⅲ型水庫，水工建筑物級別為3 級，設(shè)計(jì)洪水為30 年一遇，校核洪水為200 年一遇。 經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，該水庫30 年一遇設(shè)計(jì)洪水下防洪庫容為374 萬m3， 設(shè)計(jì)洪水位為308.21m；200 年一遇校核洪水下水庫調(diào)洪庫容為1000 萬m3，校核洪水位為308.68m。 本次防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核成果與2003 年水庫除險(xiǎn)加固報(bào)告結(jié)果一致，故水庫現(xiàn)狀能滿足防洪需求。

大壩為3 級建筑物， 根據(jù) 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2020）[13]，正常運(yùn)用情況下安全加高值取0.7m，非常情況取0.5m。 3 級壩正常運(yùn)用條件下設(shè)計(jì)風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的1.5 倍，根據(jù)風(fēng)速資料，多年平均最大風(fēng)速為12.9m/s，則設(shè)計(jì)風(fēng)速為19.35m/s； 非常運(yùn)用條件下設(shè)計(jì)風(fēng)速為多年平均最大風(fēng)速12.9m/s。水庫按正常蓄水位308.68m，結(jié)合壩軸線走向及風(fēng)向，選取各段典型斷面進(jìn)行超高復(fù)核，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知該壩體超高滿足要求。

如表3 所示，對放水、泄洪涵洞的泄流能力進(jìn)行復(fù)核，水庫放水涵洞最大泄水能力復(fù)核為36.78m3/s，泄洪涵洞最大泄水能力復(fù)核為42.17m3/s，均大于原設(shè)計(jì)流量25m3/s。 綜上所述，該水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核安全等級定為A 級。

表3 水庫泄流能力分析

2.4 結(jié)構(gòu)安全評價(jià)

水庫大壩外觀總體質(zhì)量較好， 未發(fā)現(xiàn)大裂縫及貫穿裂縫，壩體基本平整， 壩段之間沒有明顯錯(cuò)縫位移及不均勻沉降位移、沉陷變形現(xiàn)象。 大壩上游壩坡面順壩頂向下位于水位變幅區(qū)第三塊混凝土板下端沿線處出現(xiàn)由于凍脹及冰拔產(chǎn)生的翹起現(xiàn)象，翹起尺寸1～10cm 不等，未出現(xiàn)混凝土板整體下滑及位移現(xiàn)象；大壩壩頂瀝青路面產(chǎn)生較多細(xì)密裂縫，不影響大壩安全，大壩變形基本穩(wěn)定。

大壩穩(wěn)定計(jì)算的工作條件按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行，并根據(jù)大壩現(xiàn)狀的實(shí)際環(huán)境條件，水庫穩(wěn)定分析分別考慮穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡，水庫水位降落期的上游壩坡以及正常運(yùn)用遇地震的上、下游壩坡。 正常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)K 為1.30；非常運(yùn)用條件Ⅰ最小安全系數(shù)K 為1.20；非常運(yùn)用條件Ⅱ最小安全系數(shù)K 為1.15。

如表4 所示，壩體穩(wěn)定分析選擇具有代表性的西壩W0＋070、西壩W0+900、西壩W1+400、西壩W3+000 斷面、東壩E1+200 斷面作為壩體穩(wěn)定分析計(jì)算斷面。 采用計(jì)取條塊間作用力的簡化畢肖普法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，大壩抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；參照《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，壩坡最小安全系數(shù)為1.473， 且未產(chǎn)生危及安全的裂縫， 說明大壩抗滑穩(wěn)定。

表4 抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，垂直土壓力為3636.7kN，閘門6650.3 kN；外水壓力為676.8 kN，內(nèi)水壓力為1000 kN；基底面積為48m2，則基底壓力為195.2kPa； 自重放水涵洞與泄水涵洞的地基允許承載力為320kPa，均大于計(jì)算值。 綜上所述，水庫大壩結(jié)構(gòu)安全評價(jià)為A 級。

2.5 滲流安全評價(jià)

大壩壩坡無出逸點(diǎn)， 下游壩坡滲出段高程不高于設(shè)計(jì)值；大壩滲透實(shí)際水力比降小于允許比降； 水庫全年滲漏量約為13.51萬m3，僅占現(xiàn)狀總庫容的0.34%。綜上所述，認(rèn)為該水庫大壩滲流性態(tài)安全，定為A 級。

2.6 抗震安全復(fù)核

庫區(qū)位于Ⅶ度區(qū)地震分界線附近，但庫區(qū)發(fā)生該烈度地震的可能性較小，水庫按Ⅶ度設(shè)防，符合規(guī)范要求；經(jīng)復(fù)核，最小安全系數(shù)均大于允許值1.20。 綜上所述，水庫抗震安全性屬于A 級。

2.7 金屬結(jié)構(gòu)安全評價(jià)

水庫金屬結(jié)構(gòu)歷經(jīng)多年運(yùn)行，外觀未發(fā)現(xiàn)裂縫及不均勻變形沉降，且均能正常工作，閘門門體有輕微銹蝕及老化現(xiàn)象，啟閉機(jī)啟閉正常，啟閉螺桿無彎曲變形等安全隱患。 底部與側(cè)向閘槽止水不嚴(yán)，閘后常年有少量漏水。 綜上所述，按《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，該水庫泄水閘閘門和啟閉機(jī)安全性定為A 級。

3 結(jié)論與建議

根據(jù)大壩安全綜合評價(jià)，該水庫大壩工作狀態(tài)正常；工程無重大質(zhì)量問題，可根椐設(shè)計(jì)正常運(yùn)行。 鑒于水庫的重要性以及存在的安全隱患，建議對水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固，提出如下加固措施，確保水庫大壩的安全運(yùn)營。

（1） 大壩上游坡伸縮縫縱、橫縫縫內(nèi)聚氨酯被掏空，總長度為2300m，需及時(shí)對上游坡縫內(nèi)聚氨酯進(jìn)行重新填縫。

（2） 針對壩后排水渠蘆葦叢生導(dǎo)致排水不暢的情況，需及時(shí)對壩后排渠進(jìn)行清淤。

（3） 增加止水措施，提高水庫東、西閘的止水能力。

（4） 對壩后坡觀測設(shè)施增設(shè)混凝土人行臺階，方便雨、雪等特殊天氣的觀測。