水庫大壩安全評價及處理建議分析

彭 鵬

（福建省永川水利水電勘測設計院有限公司韶關分公司，廣東 韶關 512000）

在水利工程和水資源的管理中，水庫大壩發揮著舉足輕重的作用，例如水力發電、抗旱防澇、改善航運、居民用水方面的重大作用。但在水庫大壩的建設和運行中，安全問題一直是核心問題，一旦發生安全事故，將會造成不可估量的生命和財產損失。在檢查中發現，大壩防洪標準低，結構不穩定、壩坡抗滑穩定性差、輸水或泄洪建筑物結構強度低、壩體開裂、大壩滲漏嚴重等問題，一直是水庫大壩存在的普遍性問題[1]。所以，對大壩進行安全性評價和分析，探索一套針對水庫大壩的完整的鑒定程序，研究出切實可行的治理策略，是確保水庫大壩安全運行的重要手段，也是水利工程更好地服務民生的最佳途徑。

1 工程概況

大壩水庫，位于北緯20°41′21′，東經110°02′18′。水庫由主壩、副壩、溢洪道和輸水涵管等樞紐建筑物組成。其中主壩一座，是1311m 長、5m 寬的均質土壩，壩頂高程為61.32m，最高處為16.30m，防浪墻設計為62.32m 的高程，副壩一座，壩長為1153m，樁號0+000～0+900 設計為60.00m 的壩頂高程，壩頂寬為11.6m，樁號0+900～1+154 壩頂高程為60.50m，壩頂寬為6.0m，副壩最高處為5.2m。設有一座長107.73m、寬21m 的溢洪道，閘孔為3.3m 高度，進口底高程為53.10m，閘門為卷揚機啟閉的弧形鋼閘門。設計輸水涵一座，涵管為鋼筋砼內襯的鋼管，直徑2.0m，進口高程49.50m，流量設計為12m3/s。

2 水庫大壩安全評價

2.1 洪水標準復核

某水庫大壩最高處為16.32m，水頭差距最大值為14.55m，根據《水利水電工程劃分及洪水標準》（SL252-2017）第5.1.2 節、第5.2.7 節的相關規定，將水庫設計為100 年一遇（P=1%）的洪水標準，設計為1000 年一遇（P=0.1%）的校核洪水標準，針對溢洪道消能防沖設計，綜合分析后設定為30 年一遇（P=3.33%）洪水標準，完全保持了原有的設計方案。

2.2 輸水建筑物過流能力復核

2.2.1 基本狀況

1.舊電站涵管和高涵、昌平涵都存在一定的安全隱患，因為涵管周圍以及高涵、昌平涵都沒有進行接觸和封堵性的灌漿。

2.電站輸水涵啟閉室排架柱存在嚴重安全隱患，因為混凝土局部老化脫落，已經外露鋼筋，而且梁工作橋板和頂板發現多處開裂。

3.啟閉機存在安全問題，因為老化陳舊而失去靈敏度，不方便操作，應該淘汰。

4.輸水涵存在安全隱患，表現為放水時大震動，容易引發共振而帶來電站運行的危險。

2.2.2 輸水涵洞水力計算復核

位于水庫大壩左端的輸水涵，其結構是鋼筋混凝土內襯鋼管，管徑2.0m，涵洞底的進口高程和出口高程分別為49.50m 和49.00m，總體長度為110m。基于在水面之下設置涵管出口，因此涵管只能是淹沒出流，計算公式參照《水工設計手冊8》如下：

上式中：流量系數設定為μ；設定涵管斷面面積：ω=3.14×1.02=3.14m2；Ho 表示計入行近流速水頭的上游洞底以上水頭，Ho=H+V2/2g；進出口等阻力系數總和設定為Σζ，取1.25（其中進口和出口分別為0.25和1.0）；R 為水力半徑，R=d/4=0.5m；C 為謝才系數，；如果鋼管糙率n 取0.013，那么C=68.53；管長設定為I，取110m；涵洞坡降設定為i，取0.00455；h 表示出口洞底以上的水深（m），1.26m。根據以上的計算，輸水涵管過流的最大能力為25.47m3/s，設計流量為12.00m3/s，因此，輸水涵管基本可以達到供水的標準[2]。

2.3 滲流安全評價

在檢查過程中，發現壩基和壩體存在嚴重的滲漏（圖1 為斷面穩定滲流期簡圖）。通過計算顯示，大壩的不同工況下，滲坡降最大的數值為0.54～0.58，都是在下游壩腳棱體排水處出現，而其他部位都沒有超過規定允許的0.40 的滲坡降，因此滲透破壞情況不會發生。但存在很高位置的浸潤線逸出點，如果正常水位長期運行，會影響大壩的穩定性。分析滲流系數，主壩樁號0+300-0+450 段填土數值表現為1.04×10-3～6.95×10-3cm/s，地基土數值表現為6.95×10-3～8.07×10-3cm/s，都明顯高于1×10-4cm/s，壩基和壩體嚴重滲漏，達不到設計標準。大壩不具備合格的防滲和反濾排水條件。所以，按照滲流計算、現場觀測和土工試驗，同時結合施工質量，可斷定水庫為不安全的滲流狀態，有安全隱患，滲流安全等級評價為C 級。

圖1

2.4 結構安全評價

復核計算顯示，在不同的工況下大壩的上下游壩坡的抗滑穩定安全系數都可以達到設計的標準，參考《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2017）相關標準[3]，該壩體結構安全分級為B 級。

針對溢洪道的評價，其過流斷面符合泄洪的標準，但滲漏情況出現在控制段側墻的局部處，并且泄槽底板及側墻因為部分開裂而產生滲漏；發生開裂的位置還包括啟閉室梁、底板局部、邊墻；基于檢修橋板厚不達標，并且橋面未設置欄桿，有一定的安全隱患。所以，溢洪道結構安全分級為C 級。

針對輸水涵管的評價，原主涵、舊電站涵管和高涵、昌平涵都存在一定的安全隱患，因為涵管周圍以及高涵、昌平涵都沒有進行接觸和封堵性的灌漿；電站輸水涵啟閉室排架柱存在嚴重安全隱患，因為混凝土局部老化脫落，已經外露鋼筋，而且梁、工作橋板和頂板發現多處開裂；啟閉室排架柱的混凝土等級低于C20，沒有達到設計標準。輸水涵放水時大震動，容易引發共振而帶來電站運行的危險。因此，輸水涵管結構安全分級定為C 級。綜合上面情況，作為樞紐工程的水庫大壩評價為C 級的結構安全。

2.5 金屬結構安全復核

2.5.1 啟閉設施現場情況

現場調查顯示，輸水管道啟閉設施可以正常運行，但拉桿嚴重腐蝕，輸水涵洞進口閘板始終在水位下運行，難以查看其狀況，沒有維修的記錄。

2.5.2 啟閉力及拉桿穩定復核

計算顯示，水庫泄洪閘啟動力需要28.5t，閉門力為21.2t，既有啟閉機為30t 的啟閉力，已經達到規范標準。泄洪閘設計的標準螺桿直徑應該是9.5cm，既有螺桿直徑為10.8cm，因此可符合設計標準。輸水涵洞手動拉桿式閘門拉桿在常規水位狀況下，一般需要2.48t的啟門力，需要2.3t的閉門力，既有的拉桿直徑為3.5cm。如果閉門力為2.3t 的情況下，使用3.5cm 直徑的拉桿，導向環必須為1.25cm。既有導向環為1～1.6m 的間距，因此，輸水涵洞閘門拉桿直徑在導向環超過1.25m 時難以滿足設計規范。

2.6 大壩運行管理情況

調查顯示，水庫大壩的主壩段迎水坡局部淘刷嚴重；未曾拆除舊啟閉機的機房，有損水庫形象；局部開裂的防浪墻嚴重影響外觀質量；主壩段輸水涵到糖廠約650m 長的壩角處有滲漏現象；主壩反濾體失去功能，壩角沒有設計量水堰；主副壩背水坡面不僅雜草叢生、凹凸不平，且局部有跌窩；溢洪道控制段側墻的某些地方有滲漏存在，局部的側墻和泄槽底板因為開裂而泄露；檢修橋橋板厚度不達標，而且沒有設置欄桿，有一定的安全隱患；溢洪道啟閉室的梁、底板和邊墻有些部位開裂；原主涵、舊電站涵管和高涵、昌平涵都存在一定的安全隱患，因為涵管周圍以及高涵、昌平涵都沒有進行接觸和封堵性的灌漿；水庫的資料沒有統一整理而雜亂無章；因為該水庫沒有職工宿舍造成很多的工作不便。綜合以上情況可見，水庫大壩存在很多的運行管理問題，嚴重影響了水庫的運行效益。

3 大壩除險加固處理建議

3.1 提高水庫防洪標準

可根據需要提高壩頂的高程，也包括適當提升防浪墻和心墻等，同時強化調蓄能力，達到削減洪峰的效果，提升防洪標準。為了增加下瀉洪量，可以將溢洪道加深、加寬或者合理增建，具體方式包括：拓寬溢洪道且添加閘門，加深溢洪道且設置閘門，增加溢洪道以及重建溢洪道，采取大壩加高、加大溢洪能力有機融合的模式。由此可見，合理地增加水庫的調蓄庫容量，拓展泄洪量等綜合措施，是提升水庫防洪標準的有效措施。

3.2 治理滲流破壞

調查顯示，水庫大壩心墻填筑土壓實度和滲透系數都難以滿足設計要求，并且土質為分散性，因此防滲加固是至關重要的手段。在大壩被滲流破壞的情況下，可通過對壩基、壩體、壩肩等部位滲漏情況的分析，提出簡便易行的處理措施，遵循的主體原則是“上堵下排”。所謂的上堵就是在壩軸線以上的上游側封堵滲漏入口，以有效截斷滲漏途徑，實際的措施包括水平防滲和垂直防滲。上堵中的垂直防滲手段包括截滲槽、高壓噴射灌漿、混凝土面板護砌、混凝土防滲墻、土工膜防滲、劈裂灌漿、充填灌漿等；水平防滲措施包括黏土鋪蓋、混凝土填塞溶洞或裂縫等。所謂的下排是指在下游利用導滲和濾水手段，迅速排出滲水又不帶走土顆粒，實現滲透穩定[4]。

3.3 加固和改造泄洪系統

通過襯砌防護溢流面，對閘墩或者上部結構的加固，進行出口過渡段、溢洪道和泄流槽段的接長，消能設施的加強，有效提升抗沖刷能力。如果消力池被嚴重沖刷，改道了尾水渠，那么就要及時清除破碎帶以及消力池風化基礎，清除到堅硬巖石為止。可以利用混凝土和漿砌塊石加固土基，確保抗沖性能增加。利用削坡或者錨固襯護的手段穩定邊陡坡，清除溢洪道的淤積，針對隱患大的地方可以采取原地重建或者異地重建的措施。

3.4 加強水庫管理

針對大壩水庫的管理來說，必須盡快建立和完善全新的水庫管理機制，新的機制既要適應市場經濟運行，又要責權明確、管理科學，該新型管理機制要探索投資的多元化，產權的明晰化，供水供電價格的商業化，水庫服務的有償化，真正實現水庫管理的良性循環，經濟效益和社會效益的雙豐收。

4 結語

水庫是我 國的重要水利工程，但水庫的安全隱患也不容忽視，在整體的8.5 萬多座水庫中，有3.6 萬多為病險水庫，嚴重影響著工農業生產和社會經濟的發展。國家十分重視病險水庫的相關問題，開展了卓有成效的水庫除險加固工作。

針對水庫大壩防洪問題，其措施采取大壩加高，合理地增加水庫的調蓄庫容量，拓展泄洪量等綜合措施。治理滲流破壞問題：水庫大壩基礎防滲的“上堵”措施包括水平和垂直防滲兩種，水平防滲主要是鋪蓋黏土、水下拋土等內容，垂直防滲主要是壩體灌漿、凹槽回填黏土、構筑防滲板墻等內容。大壩水庫按照國家和政府的相關要求，根據行業規范進行水庫大壩各項安全評價，并根據安全評價和分析的結果和數據以及相關部門的審定意見，制定水庫大壩的除險加固工程的具體策略。