淺析營盤水庫大壩安全評價

陶 濤

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司,新疆 昌吉 831100）

1 工程概述

營盤水庫位于天山西端北坡山前丘陵地帶奧雷木齊河谷,行政區劃隸屬巴里坤縣,為攔河式水庫,水庫總庫容49.03 萬m3,控制灌溉面積2000 畝。營盤水庫工程規模為小（2）型,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5 級,次要建筑物與臨時建筑物為5 級。設計洪水標準為10 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇。

營盤水庫于1993 年3 月完工并開始蓄水,水庫受當時的人力、物力及歷史背景條件限制,施工質量無法保證,工程遺留的安全隱患較多。水庫除險加固工程于2013 年4 月開工建設,2014 年10 月完成竣工及下閘蓄水驗收。水庫自建成后一直運行至今,充分發揮灌溉、防洪的作用,未出現過大的險情。

水庫樞紐由大壩、放水涵管、溢洪道組成。營盤水庫為混凝土面板砂礫石壩,壩頂長度72.30 m,壩頂寬度4 m,壩頂高程1309.30 m,壩頂路面上游設置鋼筋混凝土防浪墻,墻頂高程1310.50 m。上游壩坡坡比為1∶1.4,下游壩坡坡比為1∶1.6。壩體分為四個區域,墊層區、主堆石區、任意料區、下游棱體區。

放水涵管布置在大壩右岸,全長22.43 m,進口高程1301.57 m,采用DN600 壁厚10 mm,外包200 mm厚C25 鋼筋混凝土鋼管,出口高程1300.92 m。

溢洪道采取側槽式溢洪道布置,位于大壩左壩肩,溢洪道軸線與壩軸線呈90°夾角。溢流堰采用WES實用堰形式,堰頂高程1307.13 m,堰寬20.0 m。溢洪道由側槽段、調整段、泄槽段、消能段、海曼段組成。溢洪道全長119.30 m,其中溢流堰寬度為20 m,側槽段長20 m,調整段長7.90 m,泄槽段長23.40 m,出口消能段長68 m,最大下泄流量99.18 m3/s。

2 現場安全檢查與安全監測

通過對大壩、放水涵管、溢洪道、金屬結構及管理設施等檢查,水庫目前運行正常,主要存在以下問題：

①壩頂路面較平整、無裂縫,未出現明顯塌陷等異常情況,壩頂交通道路運行正常；防浪墻無開裂、擠碎、架空、錯斷和傾斜情況；上游混凝土護坡無損壞,面板護坡無裂縫、脫落、滑動、隆起、塌坑；下游壩坡無裂縫、剝落、滑動現象；

②放水涵管管身外包鋼筋混凝土結構完好,未出現混凝土脫落、漏筋及漏水現象,操作間結構完好。出水口放水時水流形態、流量正常,無滲水現象；消力池無沖刷、磨損、雜物堆積現象；

③溢洪道控制段堰頂無裂縫、剝落、沖刷、磨損、空蝕現象；泄槽底板無裂縫、滲水、沖刷、磨損、空蝕現象,伸縮縫完好；

④大壩安全監控設施齊全,并布設有浸潤線觀測管,但水庫管理人員技術力量薄弱,安全監測工作未進行,缺少浸潤線觀測資料,為水庫的安全運行和管理帶來一定的盲目性；

⑤目前金屬結構運行正常,水庫管理設施基本完善。

3 工程質量評價

3.1 工程地質評價

營盤水庫位于奧勒木齊河谷西北狹窄地帶,走向約北西30°。河谷形態總體呈“U”形谷,兩岸坡度較小,山勢較平緩,河谷寬80 m~300 m,河谷底部為洪堆積物,山麓有薄層侵蝕堆積,河谷兩岸基巖裸露。地震動峰值加速度0.10 g,庫區地震烈度為Ⅶ度,地震動反應譜特征周期0.45 s,區域構造穩定性相對較好。

水庫壩基巖性為上部0 m~5.5 m卵石混合土層,下部為基巖,2013 年除險加固時進行了壩基固結灌漿和帷幕灌漿處理,根據竣工驗收資料和工程運行情況,壩基防滲處理效果良好,壩基工程質量合格。

3.2 壩體工程質量評價

營盤水庫大壩為面板堆石壩,壩體筑壩材料為砂卵礫石,壩體填筑分成三個區進行,分別為面板下的墊層區,主堆石區及壩后坡任意料區[1]。壩體天然密度為2.15 g/cm3~2.28 g/cm3,含水率為4.6%~6.8%,干密度為2.06 g/cm3~2.14 g/cm3；土的最大干密度ρdmax=2.16 g/cm3,最小干密度ρdmin=1.93 g/cm3,壩體土料的孔隙率為22%,水庫大壩主堆石區、壩后坡任意料區的填筑質量滿足規范要求。

3.3 放水涵管工程質量評價

2013年除險加固階段對原放水涵管末端閘井房拆除新建,涵管基礎埋置于壩基上,巖性為砂卵礫石,承載力特征值fak=400. 0 kPa,天然密度2.11 g/cm3~2.23 g/cm3,滲透系數為1.5×10-2cm/s,屬于強透水層,干密度1.96 g/cm3~2.08 g/cm3,粘聚力28.5 kPa,內摩擦角37°～40°。砂卵礫石地層地基抗變形和承載力可滿足放水涵管設計要求。根據施工檢測及質量評定結果,工程合格率100%。經現場檢查,放水涵管地基穩定,無沉降及裂縫存在。

3.4 溢洪道工程質量評價

溢洪道為2013 年除險加固時候新建溢洪道,位于大壩左壩肩,全長119.3 m。基礎埋置于基巖上,巖性為安山玢巖,表層1.0 m~3.0 m強風化層,弱風化層承載力特征值fak=1300.0 kPa,屬弱透水層。安山玢巖地層地基抗變形和承載力可滿足溢洪道設計要求。根據施工檢測及質量評定結果,合格率100%。經現場檢查,溢洪道地基穩定,無沉降及裂縫存在。

綜上,根據《水庫大壩安全評價導則》（SL 258-2017）,營盤水庫工程質量評定為合格。

4 運行管理評價

營盤水庫自建成運行至今,管理機構設置合理,管理體制、管理制度及管理設施建立完善,均符合相關規范要求。水庫劃定的工程管理范圍和保護范圍合理,制定大壩安全責任制,明確單位管理責任人且嚴格遵守執行。水庫已編制完成《營盤水庫汛期調度運用方案》和《2018 年薩爾喬克鄉水管站營盤水庫防汛搶險應急預案》。水管站安排專人巡查水庫大壩及建筑物運行情況,管理人員認真巡檢,發現問題得以及時處理,使水庫正常運行。

綜上,水庫能按設計條件和功能安全運行,大壩運行管理評價為規范。

5 防洪能力復核

營盤水庫的防洪能力復核主要包括防洪標準復核、設計洪水復核、調洪計算和壩頂高程復核。

本次復核根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）確定水庫設計洪水標準應為10 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇,水文系列延長后,設計洪峰流量為48.7 m3/s；校核洪峰流量為108 m3/s。

經溢洪道調洪復核計算,10 年一遇設計洪水時最大下泄流量為42.08 m3/s,50 年一遇校核洪水時最大下泄流量為99.35 m3/s。本次復核最大泄洪流量大于除險加固批復的最大泄洪流量,溢洪道泄流能力滿足安全泄洪的要求。

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）規定,壩頂高程由水庫靜水位加波浪爬高、風浪壅高及安全超高確定。分別計算下列四種情況,選擇計算的最大壩頂高程進行復核,現狀壩頂高程滿足規范要求,見表1。

表1 復核計算壩頂高程與現狀壩頂高程對比表

因此,綜合評價水庫的防洪安全性分級為A級。

6 滲流安全評價

6.1 壩體、壩基滲流穩定性分析

壩體滲流計算選擇最大斷面（樁號0+059）,分別進行水庫正常蓄水位1307.13 m時的滲流分析（正常運用條件）和水庫水位降落期滲流分析,計算結果表明,壩體、壩基滲流穩定,見表2。

表2 大壩滲流穩定計算成果表

6.2 放水涵管滲流安全評價

放水涵管結構保持完整,與周圍壩體結合緊密,未見到明顯滲水痕跡,管身段有一定銹蝕,未見管身漏水,現場安全檢查時,未發現滲漏現象。放水涵管運行正常,滲流穩定。

6.3 溢洪道滲流安全評價

采取側槽式溢洪道布置在大壩左壩肩,全長119.30 m。現場安全檢查時,溢洪道未發現滲漏現象運行正常,滲流穩定。

綜上,滲流安全評價為A級。

7 結構安全評價

7.1 壩體結構安全評價

經過對大壩0+059 斷面進行穩定性分析,在正常運用條件下：正常蓄水位上下游壩坡穩定安全系數分別為2.86 和2.067,均大于規范規定最小安全系數1.15；設計洪水位上下游壩坡穩定安全系數分別為2.788 和1.994,均大于規范規定最小安全系數1.15。

在非常運用條件下：校核洪水位上下游壩坡穩定安全系數分別為2.488 和1.617,大于規范規定最小安全系數1.05；水位降落期,上游壩坡穩定安全系數為2.346,大于規范規定最小安全系數1.05；滿足現行規范要求。

7.2 放水涵管穩定分析

放水涵管進、出口外觀結構完整性較好,放水涵管為壁厚10 mm鋼管,經過計算,鋼管最大應力為11.2 MPa,小于容許應力113 MPa,結構安全。

7.3 溢洪道穩定分析

外觀結構完整性較好,校核工況下,溢洪道結構設計底板抗浮穩定性2.97 大于規范值1.2,底板抗滑穩定性5.77 大于規范值2.5,溢洪道結構滿足規范要求。

因此,結構安全評價為A級。

8 抗震安全評價

本區域地震動峰值加速度為0.10 g,屬于Ⅶ度設防區。經復核,遭遇Ⅶ度地震烈度情況下,大壩上游壩坡安全系數為2.318,下游壩坡安全系數為1.982,均大于允許安全系數1.02,滿足現行規范要求。因此,抗震安全評價為A級。

9 金屬結構安全評價

營盤水庫主要金屬結構包括輸水管道和涵管出口設置的閘閥。金屬結構布置合理,設計與制造、安裝符合規范要求。經復核計算,輸水管結構強度滿足現行規范要求,閥門承壓滿足壓力要求。閥門能保證泄水設施在緊急情況下正常開啟；未超過報廢折舊年限。因此,水庫金屬結構安全性評為安全,營盤水庫金屬結構安全性評價為A級。

10 結語

通過本次大壩安全評價,營盤水庫評定為一類壩。針對水庫存在的安全問題,建議繼續密切監測壩體的運行,確保大壩的安全；加強對管理人員業務技術能力的培訓,完善浸潤線觀測資料；完善管理設施,新建上壩交通橋；增設水雨情設備、滲流觀測設備。