江西省新干縣窯里水庫安全評價分析

鄧升，王都，裴世強，3

（1.江西省水利科學院，江西 南昌 330029；2.九江市水利電力規劃設計院，江西 九江 332000；3.江西省洪圖水利水電設計有限公司，江西 南昌 330029）

新中國成立以來，我國新建大量水庫，在防洪、灌溉、發電等方面取得了巨大效益，為促進經濟發展和提高人民生活水平做出了巨大貢獻[1，2]。由于大多水庫建于新中國成立初期，物資設備有限，設計和施工技術相對落后，工程質量相對較差，致使大部分水庫存在病情險情和其他不安全因素，從而影響水庫效益的發揮，甚至造成垮壩的危險[3，4]。對大壩及時進行安全鑒定，診斷病險隱患，采取加固措施是十分必要的。

從地質情況、防洪標準、運行管理、滲流及結構安全等方面，對江西省新干縣窯里水庫的安全性進行全面復核和評價，找出工程存在的問題，提出加固建議。

1 工程概況

窯里水庫位于江西省新干縣城上鄉河陂村，處于東經115040′、北緯27041′，距離縣城約45 km，是以灌溉為主，兼有防洪、發電、養殖等綜合效益的中型樞紐工程。水庫壩址以上控制流域面積74.2 km2，總庫容3 846×104m3，興利庫容2 576×104m3，死庫容90×104m3。水庫正常蓄水位136.50 m，設計洪水位139.05 m，校核洪水位140.72 m。樞紐主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道、灌溉發電隧洞、導流放空涵（已封堵）和電站等。主壩為均質土壩，2009年除險加固時增設混凝土防滲墻，壩頂長420.0 m，最大壩高36.25 m。

水庫于1965年8月動工，1969年春竣工，后經1979、2010年加高加固至現有規模。在原設計、施工以及地質勘察等資料基礎上，以水庫多年來的運行、檢查記錄和監測資料為依托，同時進行一定數量和范圍的檢查、檢測，依據《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2017）、《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）和其他相關規程規范，進行復核計算，全面評價水庫大壩安全狀況。其主要內容包括：現場安全檢查及安全檢測、安全監測資料分析、工程質量評價、運行管理評價、防洪能力復核、滲流安全評價、結構安全評價等。

2 工程存在的主要問題

窯里水庫因施工準備工作不充分、勘察設計標準較低，投入運營后暴露出不同程度險情，存在很多安全隱患。管理單位采取了適當的加固措施，受資金等因素制約，工程安全隱患不能根除。經現場調研及分析，工程存在以下主要問題：①壩頂防浪墻墻體出現貫穿性裂縫，下游排水溝淤塞嚴重；②溢洪道溢流面混凝土抹面剝落、裂縫，局部出現析鈣現象；③隧洞出口靠近副壩下游坡腳的地面出現沼澤地及滲漏量較大滲漏點；④隧洞閘門止水失效、漏水嚴重且洞身有多處滲水；⑤管理設施不完善，大壩無安全監測設施，部分滲流監測設施失效，量水堰布置數量不足，通信報訊設備落后，無交通工具等。

3 工程的安全分析與評價

針對水庫工程存在的以上問題，從工程地質、防洪能力復核、滲流安全和結構安全4方面進行分析評價。

3.1 工程地質分析

庫區處于華南褶皺系，華夏褶皺帶贛中南拱褶斷束。基底是一單斜或小褶皺構造，伴有燕山早期花崗巖侵入體，位于桐林—七秦向斜的東南翼，產狀變化不大，巖層一般傾向西北，傾角60～80°。工程區西北和東南各有一區域斷裂，延伸十幾千米，擠壓帶寬3～15 m，分別屬壓扭性和張性，并切割基底震旦系巖層，距庫區2～3 km，對庫區影響不是很大。

工程區植被茂密，固體徑流來源少，水庫淤積不嚴重。庫區周圍沖溝、階地較發育，但未發現滑坡、坍塌、溶洞、低陷等不良地質現象，庫岸邊坡較穩定。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），庫區地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，相應地震烈度為VI度，區域穩定性較好。

3.2 防洪能力復核

3.2.1 防洪標準

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）及《水利樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標準的意見》，水庫樞紐主體工程等別為Ⅲ等，永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級，設計洪水標準為50 a一遇，校核洪水標準為1 000 a一遇，近期非常運用洪水標準為500 a一遇。

3.2.2 洪水復核

利用瞬時單位線法推求水庫設計洪水過程，各頻率設計洪峰、洪量詳見表1。

表1 各頻率設計洪峰、洪量

本次設計洪水與歷次設計洪水相差較大，分析認為：歷次設計洪水與本次設計洪水推求方法一致，但歷次采用1986版《江西省暴雨查算手冊》，本次采用2010版《江西省暴雨查算手冊》，新舊版手冊暴雨參數取值與產匯流分區有所差別，分別屬于Ⅳ區和Ⅲ區，匯流參數的取值不同，導致計算結果相差較大。比較鄰近流域水庫與窯里水庫設計洪水，洪水模數基本在合理范圍內，認為水庫設計洪水合理。

3.2.3 調洪演算成果

根據窯里水庫水位—庫容曲線和溢洪道水位—泄流關系曲線，對溢洪道進行調洪演算，不同頻率的設計洪水調洪演算成果詳見表2—3。

表2 窯里水庫設計洪水調洪演算成果（正常運用情況）

《窯里水庫初步設計報告》中，校核水位140.68 m，設計水位139.02 m，本次復核成果均比原初步設計成果略大，偏安全考慮，安全評價采用本次復核成果，即校核洪水位140.72 m、設計洪水位139.05 m，相應泄量分別為963.64、427.99 m3/s。

表3 窯里水庫設計洪水調洪演算成果（非常運用情況）

3.2.4 壩頂高程復核

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）及《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）規定：當壩頂上游設有防浪墻時，壩頂超高可改為對防浪墻頂的要求。防浪墻頂的高程等于設計洪水位與正常運用條件的壩頂超高和校核洪水位與非常運用條件的壩頂超高的高者。壩頂超高及壩頂高程計算結果詳見表4—5，現狀壩頂高程滿足規范要求。

表4 大壩安全超高計算結果m

表5 壩頂高程計算結果 m

3.2.5 復核結論

（1）窯里水庫原設計防洪標準滿足《中華人民共和國防洪標準》和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》要求，不需要調整。

（2）原設計洪水成果需調整為設計洪水位139.05 m（原設計139.02 m），校核洪水位140.72 m（原校核140.68 m）。

（3）溢洪道泄槽段邊墻高度不滿足規范要求，下游未修建泄洪渠，泄洪時易使下游兩岸受到沖刷，水庫泄洪建筑物泄流能力不滿足安全泄洪要求。

（4）水庫洪水調度運用方式符合水庫特點，滿足大壩安全運行要求，不需要修訂。

（5）大壩現狀防浪墻頂高程及防滲體頂高程滿足規范要求。

依據《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2017），窯里水庫防洪標準及大壩抗洪能力滿足規范要求，但洪水不能安全下泄，大壩防洪安全性評為B級。

3.3 大壩滲流安全復核

根據壩區地質，同時考慮滲流監測設施埋設情況，滲流計算選取最大壩斷面為計算斷面。按照《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001），滲流計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，復核計算成果詳見表6，正常蓄水位穩定滲流計算成果如圖1所示。

表6 大壩穩定滲流計算結果

圖1 正常蓄水位下穩定滲流計算成果

副壩滲流監測設施少于3個監測橫斷面，不滿足規范要求。自動監測系統失效，監測數據不足，無法判斷大壩運行過程中是否存在異常。壩體整體滲流穩定，混凝土防滲墻及帷幕灌漿防滲效果較好，各土層滲透坡降均小于允許值，壩體局部滲透穩定性滿足要求。主壩排水設施完善，壩腳排水體塊石較平整，無明顯沉陷、架空等現象。副壩壩腳未按除險加固設計新建貼坡式排水體、排水溝、集滲溝，反濾排水設施不完善，不利于排水。壩基、兩岸壩肩帷幕灌漿質量較好，抽檢結果顯示主、副壩帷幕灌漿透水率變幅分別在0.37～5.9、3.0～7.7 Lu，均小于設計指標（10 Lu），大壩自除險加固后未發現壩基、壩肩滲漏現象，滲流安全滿足要求。經綜合評定，大壩滲流安全為B級。

3.4 結構安全分析

3.4.1 壩體結構安全性分析

根據規范要求并結合水庫大壩壩體結構、工程運行狀況和地質條件等具體情況，選取最大壩高斷面作為典型斷面用于壩坡穩定分析，如圖2所示。

圖2 壩體計算分區

壩體上、下游坡在各種可能的不利工況下的抗滑穩定性計算成果見表7。在各工況下，大壩的上、下游壩坡抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

表7 主壩壩坡抗滑穩定計算結果

3.4.2 溢洪道結構安全性分析

經過對溢洪道泄流能力、消能防沖能力及邊墻穩定性進行復核分析，得出以下結論。

（1）溢洪道整體結構較好，進口段、控制段及泄槽段底板平整，堰體結構完整，未見明顯破損、大裂縫等，邊墻穩定性較好，安全檢測結果顯示所檢部位的堰體、底板及邊墻的混凝土強度平均值基本達到原設計強度等級，滿足設計要求。溢洪道整體結構安全性較好。

（2）在設計及校核工況下，溢洪道泄流能力滿足設計要求；能夠承載校核情況下的最大下泄流量，泄流能力能夠滿足規范要求。

（3）溢洪道泄槽底板抗浮穩定及邊墻抗滑穩定、抗傾覆穩定均滿足要求，邊墻基底應力滿足要求，但泄槽段邊墻高度不滿足規范要求，泄洪渠未做襯砌，泄洪時下游兩岸易受到沖刷。

（4）溢洪道控制段堰基抗滑穩定及堰基面應力均滿足規范要求，邊墻抗滑、抗傾覆穩定性滿足規范要求。

3.4.3 灌溉發電隧洞結構安全性分析

啟閉豎井、鋼筋混凝土襯砌段整體結構較好，未見蜂窩、麻面等，洞身局部有漏水點，但基本在施工縫處，涵管鋼襯段局部發現銹蝕，未嚴重影響結構安全；經復核，進水口閘室抗滑穩定及基底應力均滿足規范要求；所選斷面的配筋面積、鋼筋應力和裂縫控制均滿足規范要求；涵管鋼襯厚度和環向鋼筋應力滿足規范要求。隧洞出口靠近副壩下游坡腳處發現沼澤地與滲漏點，經現場檢查與安全檢測，滲漏是由于涵管段伸縮縫處止水橡皮安裝不良或老化破損、失去止水功能、導致伸縮縫成為滲漏通道造成的，影響副壩下游坡腳穩定。

4 結論與建議

4.1 結論

通過分析復核，水庫現存問題尚不嚴重影響大壩運行，根據《水庫大壩安全鑒定辦法》（水建〔2003〕271號）、《江西省大中型水庫定期安全鑒定實施辦法》（贛水建管〔2017〕44號）及《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2017），評定窯里水庫大壩為二類壩。

4.2 建議

窯里水庫已運行逾50 a，為確保安全運行和充分發揮社會效益和經濟效益，建議盡快采取如下處理措施。

（1）對施工縫錯縫及漏水的隧洞鋼筋混凝土襯砌段進行回填、固結灌漿處理，采用環氧砂漿填塞施工縫漏水位置。

（2）建議挖除伸縮縫漏水的涵管段，新建鋼襯鋼筋混凝土涵管，并將鋼襯段向隧洞進口方向延長數米。

（3）建議根據實際情況調整及校正事故檢修閘門的中心位置，并更換止水橡皮。

（4）按規范要求完善大壩安全監測設施，修復滲流監測設施，增設變形監測設施、量水堰等。

（5）加固前，加強檢查觀測、科學管理和合理調度，確保大壩安全運行。