八岔溝水庫大壩安全分析與評價

孟慶宇

(凌海市水利工程移民管理局，遼寧 凌海121200)

1 基本概況

1.1 工程概況

八岔溝水庫位于長興島臨港工業區八岔溝村西北，地理位置為:E121°28'，N39°31'，是一座集防洪、灌溉用水于一體的小(2)型水庫。該水庫始建于1970年10月，壩址以上集雨面積1.7 km2，河道長2.5 km，最大庫容為22.2 萬m3。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)，水庫樞紐工程等級為Ⅴ等，主要永久性建筑物為5 級，次要建筑物屬5 級。防洪標準為設計防洪標準為20 a一遇，校核防洪標準為200 a一遇。2005年安全復核結果為，正常高水位27.6 m，水庫死水位20.7 m，設計防洪標準為20 a一遇，設計洪水位28.9 m，校核防洪標準為200 a 一遇，校核洪水位29.9 m，相應總庫容為22.2 萬m3。

水庫大壩為黏土心墻壩。現壩頂平均高程31.4 m，最大壩高16.1 m，頂寬3.0 m，壩頂長170 m。迎水坡比為1∶2.5，塊石護坡，背水坡比為1∶2.0，草皮護坡［1］。

溢洪道位于大壩左側，型式為正槽開敞式，底高程為27.6 m，凈寬7.3 m，深2.3 m，兩側無襯砌，校核洪水時最大下泄流量為37.69 m3/s，溢洪道長度為127 m。

輸水洞位于大壩右側，型式為壩下埋管，進口底高程為20.7 m，總長57 m，內徑為250 mm混凝土圓管，采用壩后式閘閥放水兼泄洪，現閘閥已損壞，不能正常運行［2］。

1.2 工程存在的主要問題

八岔溝水庫始建于1970年10月，施工時壩基坐落在全風化及強風化巖層上，未開挖至弱風化巖層上，造成水庫滲漏，至今蓄不上水;大壩現有防洪能力滿足規范要求;目前水庫存在的險情主要有以下幾個方面:

1)大壩壩基坐落在全風化及強風化巖層上，下游壩腳滲漏明顯。

2)大壩迎水坡護坡石現已凹凸不平，殘缺不全。

3)溢洪道兩側無襯砌，巖石風化嚴重，末端無消能設施。

4)輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴重，無法正常運行［3］。

5)水庫無防汛路。

6)大壩無管理設施。

2 大壩運行管理評價

八岔溝水庫自從建成運行至今，水庫大壩滲漏嚴重，雖然經歷了幾次大洪水，每年汛前水庫處于空庫狀態，未出現過重大責任事故。

水庫的調度運行。八岔溝水庫是以農業用水為主兼有防洪等綜合利用的小(2)型水庫。為了確保大壩的安全，水庫每年都實行嚴格防汛調度方案，編制防洪應急預案，有專人負責［4］。

大壩運行。該工程運行多年，工程標準低，質量差，大壩基礎開挖深度不夠，基礎坐落于全風化巖及強風化巖層上，建成運行后壩基滲漏嚴重;大壩迎水坡護坡石現已破損，下游無排水體;溢洪道兩側無襯砌，巖石風化嚴重，末端無消能設施;輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴重，無法正常運行，工程存在嚴重安全隱患。現有的年份汛期水庫蓄滿水，到次年汛期前水全部滲漏，水庫處于空庫狀態，并一直未進行處理，壩體有發生滲透破壞的危險［5］。

3 防洪標準復核

該水庫為小(2)型水庫，按1998年《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》，采用集水面積小于300 km2的設計洪水計算方法，進行洪水復核。大壩壩頂高程安全復核詳見表1。

表1 大壩壩頂高程安全復核表

由上表計算可知，現狀壩頂高程滿足校核洪水所需的高程要求，即現狀的壩頂高程滿足非常運用洪水200 a一遇的洪水標準。

4 工程質量評價

通過對水庫大壩運行期及現狀質量檢查分析，得出大壩現狀質量評價如下:

1)大壩為黏土心墻壩，施工時由于全風化及強風化巖層較厚，未開挖至弱風化巖層，大壩坐落在全風化及強風化巖層上。在大壩運行期間，壩基漏水嚴重，下游壩腳滲漏明顯［6］。

2)大壩迎水坡護坡石現已破損，下游無排水體。

3)溢洪道兩側無襯砌，巖石風化嚴重，末端無消能設施。

4)輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴重，無法正常運行。

5)水庫無防汛路。

6)大壩無管理設施。

5 抗震穩定安全評價

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)中的有關規定，水庫區地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應譜特征周期為0.4 s，地震基本烈度確定為Ⅶ度。

按《水工建筑物抗震設計規范》(DC5073—2000)的規定，本工程抗震設防為丁類，因此工程抗震以基本烈度抗震烈度，為Ⅶ度。經復核計算，大壩是穩定的［7］。

6 大壩滲流安全評價

由于八岔溝水庫大壩無滲流觀測資料，本次滲流安全復核以大壩現場安全檢查及調查情況為依據，進行滲流安全分析評價。

壩肩及壩基巖石以黃褐色——灰褐色薄層狀板巖、薄層板巖夾中厚層板巖以及薄層板巖與中厚層板巖石層為主、屬震旦系長嶺子組地層，依據巖層出露，該巖層節理裂隙發育，巖石呈塊狀切割，順節理面及巖層面差異風化明顯具有泥化夾層特征，強風化深度10 ～20 m，深度較大［8］。

壩肩及壩基均未發現有大的構造斷裂斷(層)存在，巖石構造以風化裂隙及成巖裂隙為主，巖層具有波狀起伏，擠壓彎曲特征明顯。

經現場檢查、當年施工人員和管理人員的介紹，大壩壩基全風化及強風化巖層較厚，未開挖至弱風化巖層，運行期間下游壩腳有明顯滲漏，水庫水位較低時，滲漏量較小，但下游仍可見水流，汛期高水位時，滲漏量較大，大壩壩腳全線漏水，壩下多處部位出現積水坑并有明流溢出，表明大壩存在滲漏情況，依據出水點處的部位性狀分析，大壩壩基強風化板巖、節理裂隙發育，風化深度較大，滲透性增強，壩基部位滲漏并具有明顯線狀及面狀滲漏的特征，屬于壩基巖石風化層滲漏特征。有的年份即使汛期蓄滿水，到次年汛前漏空。遇大洪水時，高水位運行時極可能發生滲透變形。大壩存在嚴重滲流隱患并嚴重威脅大壩安全。

7 結構穩定安全評價

7.1 計算參數確定

八岔溝水庫大壩為黏土心墻土壩，壩殼土料為沙壤土和一般黏性土，經開挖取得土樣，并參照已建工程的參數，確定土料指標，詳細數據見表2。

表2 水庫土料指標表

7.2 計算工況

1)正常工作條件:正常高水位時上、下游壩坡(要求安全系數＞1.15)。

2)非常工作條件:校核洪水位時上、下游壩坡(要求安全系數＞1.25)。7.3 計算原理及公式

根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274—01 采用靜力法的瑞典圓弧法進行驗算，計算公式如下:

八岔溝水庫大壩為黏土心墻壩。現壩頂平均高程31.4 m，最大壩高16.1 m，頂寬3.0 m，迎水坡比1∶2.5，背水坡比1∶2.0，壩坡穩定計算是采用瑞典園法算出圓弧滑裂面的安全系數，對以上兩種工況下的壩坡穩定進行計算，計算結果見表3。

表3 壩坡穩定計算成果表

從以上計算工況看，大壩上、下游坡的抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

8 大壩安全綜合評價

8.1 綜合評價

大壩安全綜合評價包含防洪標準評價、抗震穩定安全評價、大壩滲流安全評價和結構穩定安全評價。

8.1.1 防洪標準評價

經復核，水庫按20 a一遇洪水設計、200 a一遇洪水校核，水庫現狀大壩壩頂高程滿足《防洪標準》(GB50201—94)、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(GB252—2000)和《碾壓土石壩設計規范》(SL274—2001)要求。溢洪道兩側無襯砌，巖石風化嚴重，末端無消能設施。輸水洞工作閘閥損壞、漏水嚴重，無法正常運行。根據《水庫大壩安全評價導則》(SL258—2000)的分級標準，該水庫的防洪安全性為B 級。

8.1.2 抗震穩定安全評價

依據中國地震烈度區劃圖，庫區范圍內地震烈度為七度，本壩處于七度地震區，經復核計算，大壩是穩定的。

8.1.3 大壩滲流安全評價

大壩壩基坐落在風化及強風化巖層上，下游壩腳處常年有流水，壩基滲漏。根據《水庫大壩安全評價導則》(SL258—2000)的分級標準，大壩滲流安全性為C 級。

8.1.4 結構穩定安全評價

經復核計算，從以上計算工況看，大壩上、下游坡的抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

8.2 結論與建議

根據大壩存在的上述問題，按照《水庫大壩安全評價導則》(SL258—2000)的分級標準，八岔溝水庫大壩應屬三類壩。

針對水庫存在的問題，建議對水庫大壩進行除險加固工程建設。在工程除險加固之前。水庫應合理調度運行，特別是在汛期高水位時，應加強安全管理和監測工作，以確保工程安全運行。

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［2］曾貞志. 老園水庫大壩安全鑒定綜合評價［J］. 黑龍江水專學報，2007(01):30 －34.

［3］李念國，梁秋生. 土壩安全評估綜合評判法［J］. 黑龍江水專學報，2008(03):15 －19.

［4］李天慶，崔曉陽，曹晨華. 林口縣萬壽水庫大壩安全分析與評價［J］. 水利科技與經濟，2010(09):69 －70.

［5］孟華，逮憲偉. 聯和水庫大壩安全分析［J］. 黑龍江水利科技，2011，39(06):243 －244.

［6］黃立華，李鈞，趙燕. 清水河水庫大壩安全分析［J］. 中國農村水利水電，2011(08):139 －142.

［7］蔡景禮. 磨盤山水庫大壩安全分析評價［J］. 黑龍江水利科技，2013，41(02):92 －94.

［8］秦立雁，趙晉斌. 尚志萬發水庫大壩安全分析［J］. 黑龍江水利科技，2010，38(01):214 －215.