良西水庫大壩安全評價分析

梁小龍

(江門市科禹水利規劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

良西水庫位于恩平市的北部，庫區跨良西鎮和大田鎮交界山區，庫址所在水系屬潭江左岸一級支流良西河上游，是一座以灌溉為主結合防洪、發電等綜合利用的中型水庫。水庫總集雨面積 34.63 km2，總庫容 3667萬m3，防洪限制水位 52.50 m，相應庫容為 2152萬m3； 設計洪水位(P=2%)為54.77 m，相應庫容為2753萬m3；校核洪水位(P=0.1%)為 58.043 m，相應庫容為 3667萬m3。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)[1]和《防洪標準》(GB 50201—2014)[2]的規定，良西水庫工程等別為Ⅲ等，設計洪水標準為50年一遇(P=2%)，校核洪水標準為 1000 年一遇(P=0.1%)。2002年經江門、恩平兩地多位專家對良西水庫的安全鑒定，一致認為水庫大壩安全類別為二類壩。

2 工程安全評價與分析

針對良西水庫當前工程所存在的問題，本文從地質、滲流安全、防洪標準以及結構安全等方面進行安全評價與分析。

2.1 工程地質分析

2.1.1 壩體工程地質

根據鉆孔揭露情況，水庫壩體填筑土(層號：①1多由花崗巖風 化殘積土回填而成，局部夾含風化碎石，土質不均勻，黃褐、紅褐色，稍濕， 松散～稍密狀態，揭露層厚 4.3～30.5 m。現場注水 23 段，得出壩體填筑土，滲透系數k介于 1.02×10-4～6.71×10-4cm/s，平均值為 4.25×10-4cm/s， 滲透性能屬于中等透水性。現場標貫試驗 22 次，修正后標貫擊數N=6.1～12.6 擊，平均值為 8.8 擊。取壩體原狀土樣 18 件，得出填筑土的天然密度平均值 為 1.94 g/cm3,天然含水率平均值為 22.9%，平均孔隙比e為 0.678，抗剪強度(慢剪)小值平均值為cc q=17.9 kPa、φc q=27.1°，壓縮系數大值平均值為α0.1-0.2=0.461 MPa-1、壓縮模量小值平均值Es0.1-0.2=3.76 MPa。

壩體背水坡及左右壩肩均未發現漏水、散浸跡象，但在壩體背水坡反濾體下部局部可見滲漏現象，滲出物質主要為紅色銹水，但滲漏量不大。推測滲透位置主要發生在壩體、壩體與壩基接觸部位，需要通過計算復核其滲流安全性以及變形和抗滑穩定性。

2.1.2 壩基工程地質

根據地質測繪及鉆孔揭露的情況，水庫壩基巖土層按地質成因從上向下依次為： 第四系坡積層(Q4 dl) ②1砂質黏土：灰綠色、灰黃色等；主要由粉黏粒和石英砂礫等組成，干強度高，韌性中等；第四系殘積層(Q4 el) ③殘積土：黃褐色、紅褐色；稍濕；硬塑狀態；主要由花崗巖風化殘積形成，石英和長石等已風化為黏土礦物含石英質細礫，含量約 20%～30%，及少量長石細礫；燕山期花崗巖(γ52(3)) ④2 強風化花崗巖：灰黃、灰褐色；主要由未完全風化的長石、石英、云母及暗色礦物等組成，巖芯呈碎塊狀，敲擊聲啞，結構基本破壞；④3弱風化花崗巖：灰黃、灰褐色；主要由長石、石英、云母及暗色礦物等組成，裂隙較發育，巖芯呈短柱狀，敲擊聲脆，結構部分破壞。

壩基下伏地層無強透水砂層分布,壩基清基質量較好。根據現場注水試驗結果及工程經驗，砂質黏土、殘積土、強～弱風化花崗巖滲透性能以弱透水為主；砂質黏土僅在背水坡左壩頭靠近原山體位置鉆孔有揭露，根據壩體滲漏情況可判斷，水庫沿壩基發生滲漏的可能性較小。壩基基本無軟弱土層分布，可認為良西水庫主壩沿壩基產生滑動和變形的可能性較小。

2.2 防洪標準復核

2.2.1 防洪能力復核依據

本次洪水復核中，根據國家標準SL 252—2017、GB 50201—2014和《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2017)[3]：該水庫屬Ⅲ等工程，屬中型水庫，主要建筑物級別為3級，永久性次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物為5級；設計洪水標準為50～100年一遇，校核洪水標準為 1000～2000 年一遇。按《灌溉與排水渠系建筑物設計規范》(SL 482—2011)[4]該水庫泄洪涵消能按 30 年一遇洪水設計。設計洪水標準為 50 年一遇(P=2%)，校核洪水標準為 1000 年一遇(P=0.1%)。

2.2.2 水庫設計洪水復核計算

良西水庫庫區內現設有水庫專用水文觀測站，人力觀測，主要觀測降雨及水庫水位。但由于良西水庫沒有實測流量資料，本次采用設計暴雨推求設計洪水，并根據查圖表法計算得出設計暴雨，分別用廣東省綜合單位線法及推理公式法計算良西水庫各頻率下的設計洪水過程，兩種方法下的計算成果比較見表1。

表1 良西設計洪水成果比較

2.2.3 調洪演算結果與成果比較

根據水庫2002年水位庫容曲線、泄洪涵水位以及泄量關系曲線計算結果資料，采用廣東省水利廳 1994年編制的(TH-3)程序進行調洪演算，良西水庫的調洪演算成果如表2。

表2 良西水庫調洪演算結果

根據安全鑒定后的結果與2002年除險加固調洪演算成果進行對比(如表3所示)，本次計算的設計水位與 2002 年除險加固時相差 0.07 m,校核水位相差0.05 m,這主要是由于本次計算的設計洪水及水位～泄量關系曲線與 2002 年加固時的差異引起的，本次計算成果基本合理。

表3 良西水庫調洪演算成果比較表

2.2.4 壩頂高程復核

良西水庫實測主壩壩頂高程為59.230～59.543 m，根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2001)[5]規定：壩頂高程(y)=最大波浪在壩坡上的爬高(R)+最大風雍水面高度(e)+安全加高(A)；壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，即壩頂高程=靜水位(Z)+壩頂超高(y)，并分別按設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高、校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高，及正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高并加地震安全加高三種計算結果，取其大值來確定壩頂高程。但在正常運用條件下壩頂應高出靜水位 0.50 m，在非常運用條件下壩頂應不低于靜水位。

依據表4計算結果，現狀壩頂防浪墻高程均高于計算所需壩頂高程；正常運用條件下，現狀壩頂高程高于靜水位3.94～5.21 m；非常運用條件下，現狀壩頂高程高于靜水位0.79～2.06 m。綜上所述，良西水庫所有大壩壩頂高程均滿足規范要求。

表4 良西水庫壩頂高程計算結果與復核情況表

2.3 大壩滲流安全評價分析

根據現場地質勘察，選取良西水庫主壩典型斷面進行滲流計算，并根據現場地質勘察，選取良西水庫主壩典型斷面進行滲流計算，根據規范：SL 274—2001規定，選取各運行水位進行滲流分析，土壩在各運行工況下的滲流計算如表5。

表5 主壩滲流浸潤線

根據滲流計算結果可知，壩體填土的滲透系數為 4.25×10-4cm/s>1×10-4cm/s，不滿足規范的要求，主壩壩體填土的壓實度為 0.86<0.96，壓實度未滿足規范要求。 綜上所述，根據規范SL 258—2017，主壩的滲流安全性評價為 B 級。

2.4 結構安全評價分析

2.4.1 壩體結構安全分析

根據良西水庫現狀情況，水庫土壩壩坡穩定分析按規范SL 274—2020的相關規定，壩坡穩定計算采用簡化畢肖普法計算，分析了壩坡抗滑安全穩定計算、壩頂高程及壩頂寬度復核及下游護坡復核得出土壩邊坡的穩定性，正常蓄水位洪水位以及設計洪水位情況下大壩下游壩坡穩定性。

根據上述計算成果可知，水庫土壩下游壩坡在各工況下的抗滑穩定滿足現行規范的要求。

2.4.2 溢洪道結構安全復核

溢洪道位于主壩右岸，1976 年擴建工程時在原來溢洪道的基礎上改建為鋼筋混凝土雙孔泄洪涵，主要由進口段、控制段、泄槽段、消力池段組成。本次主要是 對溢洪道泄流能力，泄漕水面線、消能防沖、邊墻穩定等方面進行復核，具體結果如下：

(1)溢洪道控制段閘頂高程滿足規范要求。

(2)溢洪道泄流安全復核中，泄流能力、泄槽邊墻高度及消能經復核均滿足規范要求。溢洪道啟閉架人行橋左梁、啟閉架人行橋面板、啟閉架 1#梁、啟閉架 2#梁出現耐久性破壞的跡象，局部鋼筋銹蝕，出現開裂、露筋等缺陷。需盡快進行維修加固。

(3)溢洪道閘室及邊墻在各工況下的抗滑穩定滿足規范要求。

(4)溢洪道箱涵配筋滿足要求。

2.4.3 輸水涵結構安全復核

通過計算可知，水庫一副壩輸水涵、六副壩輸水涵及附城輸水涵的過流能力均滿足原設計過流要求。但經結構復核發現：

(1)一副壩輸水涵、六副壩輸水涵及附城輸水涵的過流能力均滿足原設計過流要求；一副壩和附城輸水涵放水塔及工作橋高程均滿足要求。

(2)經檢測，一副壩輸水涵管人行橋梁、附城輸水涵管人行橋梁實測強度未能滿足設計強度要求，其余受檢混凝土構件實測強度能滿足設計要求，由此判斷該 2 座涵管結構存在一定的安全隱患，需加強運行維護。

2.4.4 金屬結構安全復核

良西水庫金屬結構設備主要包括主壩溢洪道和附城輸水涵兩個方面：

(1)溢洪道金屬結構設備：閘門與啟閉設備；經現場檢測，閘門止水膠老化；閘門面板厚度不符合設計要求。閘門焊縫發現飛濺，外觀質量未符合標準要求。啟閉機安全檢測各項指標合格；經計算，啟閉力滿足要求。

(2)輸水涵金屬結構設備：輸水涵閘門關閉不嚴，有漏水現象。啟閉機外觀質量較好，未見銹蝕，現狀運行基本正常，啟閉力滿足要求。

3 結論與建議

經對水庫安全鑒定，良西水庫存在一定的安全隱患，評定為二類壩，需盡快采取除險加固措施。建議對水庫溢洪道挑流鼻坎齒墻混凝土護腳、啟閉房以及輸水涵洞存在安全隱患的地方進行維護加固，對溢洪道、輸水涵閘門進行更換，以確保良西水庫安全運行。