大連市金普新區(qū)高家水庫大壩安全評(píng)價(jià)與建議

孫墅隆，伏世紅

（大連市水利建筑設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116000）

1 工程概況

高家水庫位于大連市金普新區(qū)石河街道華農(nóng)村境內(nèi)，水庫始建于1957年11月，于1958年5月竣工，2002年進(jìn)行過除險(xiǎn)加固。高家水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞組成，是一座以防洪、灌溉為主的?。?）型水庫。水庫上游集雨面積3.5 km2，河道長度4.23 km，河道比降為26.54‰。高家水庫總庫容11.50萬m3。水庫下游保護(hù)范圍內(nèi)主要有村屯、耕地、哈大高鐵、沈大高速及202國道等，包括人口1500人，耕地700畝。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積為500畝，設(shè)計(jì)年供水量7萬m3。2011年實(shí)際為當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)提供灌溉水量8萬m3。水庫管理單位為大連金普新區(qū)石河街道辦事處，有專人管理。

2 大壩安全評(píng)價(jià)

本次水庫安全評(píng)價(jià)工作通過分析現(xiàn)有資料，實(shí)地勘測(cè)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡查及管理單位介紹進(jìn)行評(píng)價(jià)，安全評(píng)價(jià)工作主要包括：大壩現(xiàn)場(chǎng)安全檢查；工程質(zhì)量評(píng)價(jià)；大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)；水庫抗洪能力復(fù)核；大壩結(jié)構(gòu)及抗震穩(wěn)定復(fù)核；大壩滲流安全評(píng)價(jià)及大壩金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)

根據(jù)部分原始資料，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查大壩現(xiàn)狀并結(jié)合大壩建成以來的運(yùn)行情況，目前大壩無明顯滲漏現(xiàn)象；壩頂路面為土路，長滿雜草；漿砌石防浪墻墻體多處塌陷，砂漿脫落嚴(yán)重，防浪墻混凝土壓剝蝕開裂嚴(yán)重；大壩無監(jiān)測(cè)設(shè)施。迎水坡護(hù)坡石大部分塌陷損壞、護(hù)坡石粒徑小、脫落嚴(yán)重。背水坡現(xiàn)狀雜草及灌木叢生，居民生活設(shè)施胡亂堆放，局部背坡種有果樹，下游壩腳處無排水體。溢洪道底板有混凝土襯砌、但表層剝蝕嚴(yán)重。壩頂通往輸水洞豎井的路基及路面塌陷破損，輸水洞豎井進(jìn)水井蓋已經(jīng)銹蝕，無法正常開關(guān)，進(jìn)、出口閘閥銹蝕嚴(yán)重。大壩右側(cè)水庫漿砌石岸墻向內(nèi)傾斜，長度94 m，局部漿砌石岸墻脫落塌陷，墻體內(nèi)長有雜草。水庫無管理房、無防汛路。

2.2 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造資料，本工程區(qū)內(nèi)無影響工程安全的活動(dòng)性構(gòu)造通過。2018年1月勘察共完成鉆孔4個(gè)，區(qū)域覆蓋層較薄，主要為第四系松散堆積物和城子坦組斜長角閃巖及輝綠巖。庫區(qū)周邊分水嶺比較寬厚，分水嶺巖土透水性不大，庫區(qū)內(nèi)未見有導(dǎo)水?dāng)嗔哑扑閹нB通庫外，也未發(fā)現(xiàn)滲漏跡象。庫區(qū)周邊庫岸大都較緩，地表植被較發(fā)育，庫岸穩(wěn)定；上游匯水面積不大，河道相對(duì)平直，無較大比降，庫區(qū)淤積不嚴(yán)重；庫尾地形有一定坡度，部分基巖裸露，無浸沒現(xiàn)象。

大壩為均質(zhì)土壩，壩體填筑材料為粉質(zhì)粘土，通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，壩體干密度為1.61 g/cm3，最大干密度為1.67 g/cm3，壓實(shí)度為96.4%（符合壓實(shí)度為96～98%的要求）。壓縮系數(shù)為0.304，為中等壓縮土。大壩碾壓質(zhì)量較好，穩(wěn)定性較好。

壩體（粉質(zhì)粘土）滲透系數(shù)為5×10-6cm/s，屬微透水性，壩體不存在滲漏問題，滲透穩(wěn)定性較好。

壩基部位根據(jù)鉆孔揭露，巖性主要為強(qiáng)～弱風(fēng)化輝綠巖組成。壩基巖體強(qiáng)度較高，穩(wěn)定性較好。強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖透水率范圍在20 Lu～50 Lu，透水等級(jí)屬于中等透水；在弱風(fēng)化輝綠巖段進(jìn)行壓水試驗(yàn)（試驗(yàn)段長5 m，試驗(yàn)壓力為0.3 MPa），知透水率主要為6.9 Lu～14.8 Lu，透水等級(jí)為弱透水～中等透水，建議對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿處理。

溢洪道兩側(cè)為重力式漿砌石邊墻，邊墻襯砌較完整，無破損現(xiàn)象，底板有混凝土襯砌，但表層剝蝕嚴(yán)重，無明顯巖石裸露，無消力池，抗沖刷性能一般。

輸水洞位于大壩中間位置，壩頂通往輸水洞豎井的路基及路面塌陷破損，輸水洞豎井進(jìn)水井蓋已經(jīng)銹蝕，無法正常開關(guān)，進(jìn)、出口閘閥銹蝕嚴(yán)重。

大壩右側(cè)水庫漿砌石岸墻向內(nèi)傾斜，長度94 m，局部漿砌石岸墻脫落塌陷，墻體內(nèi)長有雜草。

綜上所述，水庫實(shí)際施工質(zhì)量已經(jīng)基本達(dá)到規(guī)定要求，工程運(yùn)行中雖暴露局部質(zhì)量缺陷，但尚不嚴(yán)重影響工程安全，故認(rèn)為工程質(zhì)量基本合格。

2.3 大壩運(yùn)行管理評(píng)價(jià)

高家水庫隸屬大連金普新區(qū)石河街道辦事處，有專人看管，具有預(yù)警、報(bào)警方案，大壩運(yùn)行管理較規(guī)范，工程養(yǎng)護(hù)情況較好。但大壩管理設(shè)施及安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備，水庫無管理房。

2.4 防洪安全復(fù)核

（1）高家水庫屬小（2）型水庫，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）中有關(guān)規(guī)定，樞紐工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級(jí)別為5級(jí)。按照平原區(qū)、濱海區(qū)永久性水工建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)的劃分，結(jié)合水庫重要性及位置等綜合因素，高家水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為：10年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。

（2）本次復(fù)核高家水庫10年一遇洪水位為54.40 m，50年一遇校核洪水位為54.77 m。

（3）經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，采用本次洪水計(jì)算成果，即10年一遇設(shè)計(jì)水位54.40 m，最大泄量為40.74 m3/s；50年一遇校核洪水位54.77 m，最大泄量為74.46 m3/s。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，溢洪道凈寬由41 m漸變至跌坎處凈寬17 m，仍為自由溢流，不影響水庫泄流。

（4）高家水庫現(xiàn)狀壩頂高程為56.35 m，防浪墻頂高程56.83 m。右側(cè)岸墻現(xiàn)狀頂高程為55.66 m。經(jīng)大壩壩頂高程復(fù)核，滿足50年一遇洪水的防洪要求。

綜上所述，高家水庫大壩壩頂高程滿足50年一遇的洪水的防洪要求，高家水庫大壩工程防洪安全性為“A”級(jí)。

2.5 滲流安全評(píng)價(jià)

大壩上游為干砌石護(hù)坡，下游草皮護(hù)坡且下游壩腳處無排水體，大壩運(yùn)行良好，下游坡腳無滲漏。大壩坐落在強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖巖基上，未進(jìn)行灌漿處理，通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，并未發(fā)現(xiàn)滲漏異常征兆。通過采用有限元分析方法分別計(jì)算：（1）上游正常蓄水位（53.30 m）與相應(yīng)下游水位；（2）上游設(shè)計(jì)洪水位（54.40 m）與相應(yīng)下游水位；（3）上游校核洪水位（54.77 m）與相應(yīng)下游水位；（4）上游庫水位降落四種情況下大壩的滲流穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算成果匯總表

根據(jù)以上分析計(jì)算成果可以看出水庫下游壩坡及壩基出逸比降小于允許值，處于滲流穩(wěn)定狀態(tài)。正常蓄水位穩(wěn)定滲流狀態(tài)下為0.007 m3/d/m，不會(huì)影響水庫的正常運(yùn)行。大壩滲流狀態(tài)是安全的，安全級(jí)別為A級(jí)。

2.6 結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)與抗震安全復(fù)核

高家水庫大壩為均質(zhì)土壩，抗滑穩(wěn)定計(jì)算可采用瑞典分條法。水庫大壩為5級(jí)建筑物，采用瑞典條分法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定時(shí)，允許最小安全系數(shù)：正常運(yùn)用條件下為1.15，非常運(yùn)用Ⅰ條件下為1.05，非常運(yùn)用Ⅱ條件下為1.02。

高家水庫大壩全長136 m，最大壩高8.1 m，壩頂高程56.35 m，壩頂寬3.5 m，防浪頂高程56.83 m。大壩上游為干砌石護(hù)坡，邊坡比為1∶2.2～3.7，下游邊坡為草皮護(hù)坡，邊坡比為1∶2.6～3.3。粉質(zhì)粘土土層分布及土層主要物理力學(xué)特性采用地勘報(bào)告中指標(biāo)，巖土分布及主要物理力學(xué)特性采用經(jīng)驗(yàn)值，主要物理力學(xué)指標(biāo)見表2。壩坡穩(wěn)定計(jì)算滲流穩(wěn)定期的下游壩坡和正常運(yùn)用遇地震的上、下游壩坡。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），水庫所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.02 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 壩體、壩基物理力學(xué)指標(biāo)表

表3 大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表3可知，在各種運(yùn)用工況及地震工況下，水庫上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)定的允許值，滿足抗滑穩(wěn)定要求。水庫樞紐建筑物的結(jié)構(gòu)安全性級(jí)別為B級(jí)，水庫樞紐建筑物抗震安全性級(jí)別為B級(jí)。

2.7 金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

輸水洞進(jìn)、出口為手動(dòng)控制DN250閘閥，進(jìn)、出口閘閥銹蝕嚴(yán)重，正常啟閉困難，已超過報(bào)廢年限，但尚不影響大壩安全，可認(rèn)為輸水洞金屬結(jié)構(gòu)的安全性為B級(jí)。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

高家水庫工程質(zhì)量基本合格，運(yùn)行管理較規(guī)范，防洪安全性為A級(jí)，滲流安全性為A級(jí)，結(jié)構(gòu)安全性為B級(jí)，抗震安全性為B級(jí)，金屬結(jié)構(gòu)安全性為B級(jí)。根據(jù)《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017）中的有關(guān)規(guī)定，高家水庫大壩安全分類可定為“二類壩”。

3.2 建議

為了使高家水庫更好的發(fā)揮效益，提高防洪能力，滿足灌溉要求，水庫相關(guān)管理單位應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

（1）新建防汛路、壩頂路鋪設(shè)混凝土路面；

（2）拆除并新建水庫防浪墻；

（3）更換迎水坡護(hù)坡石，對(duì)背水坡維修改造，壩腳增高排水體；

（4）維修加固溢洪道；

（5）新建壩頂通往輸水洞豎井的交通路，更換進(jìn)、出水口閘閥；

（6）拆除重建大壩右側(cè)水庫漿砌石岸墻；

（7）新修水庫管理房；

（8）完善大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。