蘇雷壩水電站蓄水安全鑒定及質量分析評價

鐘安保

(廣州眾禹工程咨詢有限公司，廣州 510000)

1 項目簡介

蘇雷壩水電站位于廣東省龍川縣附城鎮蘇雷壩村，壩址上距楓樹壩水電站約49km，下游距離龍川縣城約7km，壩址以上河長199km，集水面積為7467km2。

工程的任務是以發電為主，兼顧航運、灌溉、供水任務的綜合性水利樞紐工程。本工程為低水頭徑流式開發，樞紐主要永久性建筑物有攔河閘壩、電站廠房和船閘上閘首；次要建筑物有閘室、下閘首及導航和靠船建筑物等。

蓄水安全鑒定的任務是對涉及蓄水安全有關工程安全的隱患問題。文章擬對蘇雷壩水電站進行蓄水前的工程安全的設計、施工、設備制造與安裝的質量進行檢查，對影響工程安全的因素進行評價，提出蓄水安全鑒定意見，明確是否具備蓄水階段驗收條件，為蓄水驗收提供依據。

2 工程不良地質現象評價

2.1 水庫滲漏

庫區位于兩岸為低山，中間夾一谷的低山丘陵地帶，多數地段地形高于庫區，周圍無下切較深的鄰谷，庫區不存在庫水外滲的地形地貌條件。

庫區回水線范圍內，河流岸坡主要由白堊系上統南雄群砂巖、凝灰質砂礫巖等構成，未發現可溶性巖石及溶洞出露，巖層的透水性相對較小，為相對隔水阻水巖系。廣泛分布于河床底部的第四系沖積層，主要由強透水的砂層、卵礫石層構成，當這部分地層外緣與隔水阻水巖系接觸時，一般也不會產生庫水外滲，但當其水平方向無隔水阻止層起防滲作用時，必須對強透水的砂礫石層作防滲加固處理，方可避免庫水的向外滲漏。

外業地質調查表明，庫區存在的小型構造斷裂，多為壓扭性，斷裂面充填密實，不具集中滲漏的空間條件，考慮到擬建水電站為河流型水庫，水位抬高較小，通過構造裂隙的滲漏水對工程效益的正常發揮影響不大[1]。

2.2 水庫浸沒

水電站工程建成后，庫區正常蓄水位72.0m，庫區水位將明顯升高，位于庫區右岸江邊村附近的水田將會淹沒，位于庫區右岸福光村附近的水田及生態綠化園也會進水，應在兩處分別加設堤防。考慮到地表下存在具較強透水性厚度不等的砂礫石層，在庫水壓力和毛細水上升作用下，將會產生較大范圍的浸沒。為防止以上問題的發生，需在該兩處地段加建堤防的同時，對地基強透水層進行防滲加固處理[2]。

2.3 庫岸穩定

擬建工程庫岸多由砂巖、砂礫巖構成，部分地段為殘坡積土組成的較平緩邊坡，庫岸總體上說來是穩定的。但在個別地段庫岸地層物質較松軟，在庫水浪蝕作用下會產生小規模的坍塌。

3 設計方案穩定性復核

3.1 設計方案

龍川縣蘇雷壩水電站工程樞紐建筑物主要包括攔河閘壩、電站廠房、船閘、升壓變電站和連接建筑物等，其布置分述如下：

3.1.1 攔河閘壩

堰頂高程采用67.00m，孔口凈寬14m，閘室順水流向的長度為17m，底板結構采用整體兩孔一聯式，閘壩基礎置于經振沖處理的中砂層上；按照宣泄設計及校核洪水時閘前壅高的水位不超過天然河道洪水位0.3m為控制原則，經水工模型試驗驗證，共采用15孔泄洪閘；根據水庫運行調度，當水電站泄洪流量大于1340m3/s，開啟泄洪閘下泄多余來水。根據閘下消能防沖要求，初步設計階段攔河閘泄洪采用底流消能方式。

3.1.2 水電站廠房

本電站廠房為低水頭河床式電站，安裝有3臺GZXXXX-WP-500型貫流燈泡式機組，單機容量5000kW，機組安裝高程為62.00m，流道全長70.00m；主廠房尺寸為(長×寬)46.16×19.00×24.85m，廠內設75/20t橋式吊車一臺，吊車軌頂高程87.80m；廠房建在凝灰質礫巖。

副廠房緊靠主廠房下游布置，位于流道之上方，平面尺寸44.16m×13.30m(長×寬)，共四層。

3.1.3 船閘

按《內河通航標準》(GB50139-2004)確定Ⅶ級航道50t級船舶航道尺寸為32.5m×5.5m×0.7m(長×寬×設計吃水深)[3]。

船閘通航標準為Ⅶ級50t，船閘有效尺寸為80×8×1.6m。船閘上游設計最高通航水位72m；下游設計最高通航水位70.88m；船閘上游設計最低通航水位69.80m；下游設計最低通航水位66.95m。上閘首門檻高程為68.20m，下閘首門檻高程為65.35m，閘室閘首口門有效寬度采用8.00m。

3.1.4 連接建筑物土壩

連接建筑物分別為：右岸連接土壩和河心洲上的土壩。右岸土壩長31.5m，最大壩高8.3m；河心洲上的土壩長111.5m，最大壩高9.7m，壩頂寬5.0m。壩體上游坡比為1∶3.0，下游坡比為1∶2.5。

3.2 攔河閘抗滑穩定計算

3.2.1 閘頂高程復核

本工程攔河閘壩，按照50a一遇的設計洪水和200a一遇的校核洪水進行設計。水閘級別為2級時，正常蓄水位的安全超高下限值為0.5m，設計洪水位的安全超高下限值為1.0m，校核洪水位的安全超高下限值為0.7m。規范要求擋水時閘頂高程不應低于水閘正常蓄水位(或最高擋水位)加波浪計算高度與相應安全超高值之和；泄水時，閘頂高程不應低于設計洪水位(或校核洪水位)與相應安全超高之和。經計算：

1)正常蓄水位要求閘頂高程為73.28m(波浪計算高度0.78m)。

2)設計洪水位要求閘頂高程為76.28m。

3)校核洪水位要求閘頂高程為77.37m。

交通橋梁底應高出最高洪水位0.5m以上，本工程選用0.6m，交通橋采用預制梁板結構，梁高為1.4m，確定閘頂高程(交通橋面高程)為78.70m。滿足規范要求。

3.2.2 抗滑穩定分析

閘室穩定按閘室沿基底面的抗滑穩定公式計算，閘室基底應力按材料力學偏心受壓公式進行計算。計算得出閘室在各種運用條件下的抗滑穩定安全系數及基底壓應力值。經過計算其在校核洪水、設計洪水、正常蓄水工況下的抗滑穩定分別是5.41、13.18和1.69l；上游基底應力相應的工況下分別為68.92 kPa、76.91 kPa和77.33kPa，下游基底應力分別為108.26kPa、103.40kPa和122.17kPa。根據計算結果，閘壩抗滑穩定滿足規范要求[4-6]。

3.3 船閘穩定分析

對船閘進行抗滑、抗傾、抗浮穩定性和基底應力計算，計算結果顯示閘室的抗剪強度抗滑穩定安全系數、抗傾覆穩定安全系數、抗浮穩定安全系數和基底垂直最大應力在運行情況下分別是2.41、7.06、8.81和137.29kpa；在檢修洪水下分別是1.52、2.18、2.27和86.79kPa；在完成建設蓄水前分別是2.163、25.426和123.24kPa；特殊地校核洪水下分別是1.20、1.62、1.65和68.84kPa，經驗算各種穩定安全系數及基底應力均滿足要求。

3.4 廠房整體穩定分析

對廠房進行抗滑、抗浮穩定性和基底應力計算，計算得廠房1#和2#機組段整體穩定計算成果顯示其抗滑、抗浮穩定性和基底最大應力在正常運行下分別是12.65、2.99和333.30kpa；在檢修洪水下分別是11.21、2.761和345.38kPa；在非常運行分別是48.05、2.12和316.88kPa；完成建設下基底豎向最大正應力是416kpa。驗算后各種穩定安全系數及基底應力均滿足要求。廠房3#機組段整體穩定計算成果顯示其抗滑、抗浮穩定性和基底最大應力在正常運行下分別是15.68、3.46和549.07kPa；在檢修洪水下分別是14.16、3.22和598.05kPa；在非常運行分別是61.76、2.44和479.36kpa；完成建設下基底豎向最大正應力是761kPa。

根據以上計算成果，邊坡穩定安全系數滿足規范要求。從結果可以看出，廠房抗滑穩定安全系數設計值K大于規定允許值[K]=1.10或1.05。廠房抗浮穩定安全系數Kf也大于規定允許值[Kf]=1.1；廠房基礎面最大垂直正應力均小于強風化基巖容許承載力[fk]=800kPa，最小垂直正應力均大于零，計算表明廠房整體是穩定的和安全的[7-8]。

3.5 土壩滲透穩定和抗滑穩定分析

3.5.1 滲流計算及滲透穩定分析

本土壩的滲流計算僅考慮以下最不利水位組合：

1)上游設計洪水位(▽75.28m)驟降至正常蓄水位(▽72m)。

2)上游校核洪水位(▽76.67m)驟降至正常蓄水位(▽72m)。

根據計算，壩體單寬最大滲流量為0.014m3/d，均質土壩計算滲透水力比降J=0.087。根據工程經驗對于良好壓實的風化土，允許滲透水力比降[J]=0.5。所以土壩壩體滲透計算滿足穩定要求。

3.5.2 土壩壩坡穩定分析

選取與閘壩相鄰的最大壩體斷面進行均質土壩壩坡穩定分析，考慮兩種不利情況下的壩坡穩定條件：

1)上、下游相應設計洪水位75.28m，74.98m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游壩坡穩定。

2)上、下游相應校核洪水位76.67m，76.02m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游壩坡穩定。

經計算上游壩坡的抗滑穩定安全系數為2.1和2.02；下游壩坡的抗滑穩定安全系數為1.66和1.75；均滿足設計規范的要求。

4 蓄水安全鑒定

4.1 工程地質

1)工程區地震基本烈度為Ⅵ度，相應地震動峰值加速度為0.05g，反應譜特征周期為0. 35s，區域構造穩定性較好，產生水電站誘發地震的可能性極小。

2)工程區為地基強透水層，已做防滲處理，不存在通往庫外的滲透通道，不存在永久滲漏問題。

3)工程區的構造活動不強烈，不良物理地質現象不發育，不存在影響樞紐運行的較大規模的邊坡穩定問題。

4.2 工程設計

對工程設計的安全鑒定結果如下：

攔河閘壩軸線走向基本與河床水流垂直，為開敞式結構。攔河閘壩全長為245m，采用面流消能方案，閘基置于經振沖處理的中砂層上。經水工模型試驗和多年試蓄水檢驗，攔河閘壩的設計基本滿足要求。

電站廠房為低水頭河床式電站，安裝有貫流式燈泡機組，機組(自進口閘墩上游側起至尾水閘墩下游側止)流道長為70m，廠房建在弱風化的為凝灰質礫巖上。經復核，電站廠房的設計滿足規范要求。

船閘級別為Ⅶ級，通航船舶50噸級，自上游至下游依次布置上游引航道、上閘首、閘室、下閘首、下游引航道，經復核，船閘的設計滿足規范要求。

右岸土壩長31.5m，最大壩高8.3m；河心洲上的土壩長111.5m，最大壩高9.7m，壩頂寬5.0m。經復核，土壩設計滿足規范要求。

4.3 水工建筑物

4.3.1 導流建筑物封堵工程

工程采用分期導流的方式進行施工導流，不需要封堵。故無導流建筑物封堵工程設計。

4.3.2 土建工程

目前，泄洪閘、發電廠房、船閘、升壓變電站、土壩等單位工程均已完工驗收，基本滿足形象面貌要求。

4.3.3 金屬結構

1)金屬結構的總體布置和設備選型基本合理，設計符合現行規范的有關規定，各類閘門等金屬結構設備具備運行、維護和檢修條件。

2)金屬結構設備的制造質量符合設計和現行規范要求。

4.4 工程安全監測

安全監測系統設計基本滿足相關監測規程、規范要求，測點布置基本合理；泄洪閘、發電廠房、船閘、升壓變電站等單位工程，各監測儀器設備均已基本按設計要求及相關規范要求進行了埋設，并取得了一定的數據；在運營期間須定期進行下游河床觀測，若發現有沖刷，及時進行處理。

4.5 鑒定結論

龍川縣蘇雷壩水電站工程設計基本合理，泄洪閘、發電廠房、船閘、土壩、升壓變電站等單位工程已驗收，施工質量滿足規范及設計要求，工程形象面貌達到一定蓄水條件。

后期應按運行要求做好運行期的監測和安全管理。

5 工程質量分析評價

5.1 工程質量檢測

止水銅片埋設位置正確，保護良好；結構物輪廓尺寸，符合設計要求；所用原材料及中間產品檢驗結果全部合格；金屬結構及啟閉機安裝質量優良；

電控設備安裝質量合格；混凝土試塊抗壓強度檢驗評定按《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》(SL176-2007)執行，通過對各標號混凝土的檢測結果，根據《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》(SL176-2007)有關規定，本單位工程混凝土試塊抗壓強度質量評定為：合格。

5.2 攔河閘工程質量評定

本單位工程共分17個分部工程，全部合格，合格率100%。其中12個評定為優良，優良率70.59%，施工中未發生過質量事故。單位工程施工質量檢驗與評定資料齊全。

5.3 船閘工程質量評定

本單位工程共分7個分部工程，全部合格，合格率100%，其中優良分部工程5個，優良率71.43%。施工中未發生過質量事故。外觀質量應得105分，實得94.2分，得分率為89.71%，單位工程施工質量檢驗與評定資料齊全。

5.4 廠房工程質量評定

本單位工程共分20個分部工程，全部合格，合格率100%，其中優良分部工程2個，優良率10%。施工中未發生過質量事故。外觀質量應得109分，實得93.1分，得分率85.41%，單位工程施工質量檢驗與評定資料齊全。

5.5 土壩工程質量評定

本單位工程共分5個分部工程，全部合格，合格率100%，其中1個分部評定為優良，優良率20%。施工中未發生過質量事故。單位工程施工質量檢驗與評定資料齊全。

6 結 論

蘇雷壩水電站蓄水建設工程是以發電為主，兼顧航運、灌溉、供水任務的綜合性水利樞紐工程，為保證蘇雷壩水電站蓄水及泄流過程中水閘整體的安全性，對水電站蓄水進行安全鑒定。龍川縣蘇雷壩水電站工程設計基本合理，施工質量滿足規范及設計要求，工程形象面貌達到一定蓄水條件。

后期應按運行要求做好運行期的監測和安全管理。蓄水過程中，應嚴格控制水位，同時按要求加大蓄水期安全監測和巡查觀測的頻次。蓄水期間，根據蓄水期安全監測與檢查項目，定期對樞紐運行情況進行評價。蓄水后加強氣象、暴雨和水情預報工作，為工程安全，合理調度提供技術支持。