水库安全鉴定诸单元分析和对策

邵美娇

(厦门市汀溪水库管理处 361100)

1 工程概况

东山水库位于厦门市开元区莲前街道办事处西林村东山峡云顶山边，东山支流，枢纽工程由均质土坝、溢洪道和坝下输水涵洞等工程组成。

水库土坝工程于1957年12月25日动工兴建，1958年12月16日竣工。由于兴建年代早，运行时间长，虽然先后实施了几次除险加固，但工程仍存在输水涵洞、溢洪道结构老化、防汛及其他工程管理设施不完善等问题，这些问题直接威胁到水库大坝的安全和正常运用，亟须进行安全鉴定。

本次安全鉴定的主要内容有:水库地质安全评价、大坝工程质量评价、大坝运行管理评价、防洪标准复核、结构安全评价、渗流安全评价、大坝抗震安全复核、金属结构安全评价、综合安全评价。

2 安全鉴定评价单元

2.1 工程地质概况

早期的水库工程建设，其坝址地质状况主要以目测观察为主。根据东山水库坝址早期地质资料和2003年对大坝特征点位置地质钻探成果，坝址基础地质为强风化花岗岩石和弱风化闪长玢岩，局部为粉状土，库区地质大部分是花岗石和片状的火成岩，构造良好，符合大坝、溢洪道、放水涵洞等建筑物的地质要求。

2.2 大坝工程质量评价

由于历史原因，东山水库工程属于“三边”工程，施工过程未能严格按照规范进行，填筑土料未经过严格筛选，作为大坝主要填土的土料是砂壤土，其含砂量超过设计标准，坝体密实度达不到规范要求。根据现场检查情况，大坝迎水坡护砌体局部塌落，背水坡反滤体也局部塌落;溢洪道出口段高程112.0m 处，当库水位达到117.10m 时出现渗水现象;放水涵洞进口卧管第10 节(高程112.46m)处发现断裂。但管理单位在1999年对大坝渗漏较严重的放水涵洞周围进行灌浆，并毒杀白蚁，使大坝渗流有所控制。根据《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2000)规定，工程质量为“合格”。

2.3 大坝运行管理评价

东山水库已运行54年，目前管理设施落后，人员配备少，大坝无安全监测设施，也无观测资料，大坝处于带病运行状态。根据《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2000)规定，运行管理评价为“差”。

2.4 防洪标准复核

东山水库下游防护对象有:鹰厦铁路、莲前大道、驻军、工矿企业等，属于重要水库。防洪标准:设计洪水频率为2%、校核洪水频率为0.1%。

2.4.1 设计洪水

设计洪水计算法采用推理公式试算法。根据计算得出设计频率洪水成果，见表1。

表1 设计频率洪水成果

2.4.2 调洪计算

调洪演算原则:起调水位是溢洪道底高程117.10m;涨洪段控制下泄流量等于上游来水量，直至闸门全开，自由泄洪。

根据上述原则和方法分别对设计、校核频率洪水过程进行调洪演算。

表2 东山水库复核调洪成果

2.4.3 坝顶高程复核

根据《防洪标准》(GB 50201—94)，复核采用50年一遇洪水设计，1000年洪水校核。设计暴雨采用小流域设计洪水计算方法，即由厦门市水文站提供的厦门岛内24h 降水量设计资料进行分析。原校核水位为119.27m，设计水位为119.00m，正常水位为119.00m，死水位为102.1m。经本次调节计算，校核水位为119.23m，设计水位为118.74m，正常水位为118.74m，死水位为102.1m。依据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，坝顶超高由波浪爬高、风雍高度和安全超高三部分组成，从而得出东山水库坝高复核成果并与现状坝高作比较，见表3。

表3 东山水库坝顶高程复核成果

计算工况:Ⅰ校核洪水位+非常运用情况;Ⅱ设计洪水位+正常运用情况;Ⅲ正常水位+非正常运用情况+地震安全加高(0.5m)

取“设计洪水位+ 正常运用情况”的坝顶高程120.77m 作为东山水库坝顶高程，现状坝顶高程为120.35m，防浪墙高程为121.20m，根据东山水库大坝防浪墙的现状，结构稳定，坚固不透水，按规范要求坝顶超高可以算至防浪墙顶，因此，复核结果满足要求，大坝防洪安全性为A 级。

2.5 结构安全评价

东山水库结构安全评价主要包括三方面:坝体结构稳定分析、溢洪道结构安全分析和坝内输水涵洞结构安全分析。

2.5.1 大坝稳定复核计算

大坝稳定复核计算的工作条件按《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)执行，采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法，计算断面选取最大断面，公式如下:

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)规定，正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数为K≥1.15，根据计算，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数为K=1.151 ＞［K］=1.15，满足规范要求。

2.5.2 溢洪道结构安全分析

采用明渠恒定均匀流水面曲线分段试算法复核溢洪道侧墙高度。根据能量平衡方程原理计算溢洪道槽内水面曲线，得知该水库溢洪道各段泄槽均满足泄洪要求。

溢洪道侧墙稳定复核参照《水工建筑物》一书［2］，计算其抗滑抗倾稳定安全系数满足《溢洪道设计规范》(SL 253—2000)的要求。

2.5.3 输水涵洞泄流复核

本次复核按无压管流公式分析箱涵流量，经过输水涵洞泄流能力虽然满足要求，但涵洞卧管顶高程112.46m 处所对应的卧管段存在裂缝，必须进一步加强观测并采取有效措施进行处理。

2.6 渗流安全评价

东山水库大坝坝后未设渗流观测点，存在坝肩绕渗现象，在库水位113.9m 时，坝后渗流量约0.7L/S;在库水位117.0m 时，溢洪道闸室出口段112m 高程处出现渗水现象。数据表明坝基在施工时，坝体夯填密实度不符合规范要求，导致大坝存在渗漏现象。1980年对大坝进行灌浆防渗处理后，坝后渗流量明显减少，但大坝放水涵洞渗流依旧，1999年又对大坝渗漏较严重的放水涵洞周围进行灌浆，并毒杀白蚂蚁，使大坝渗流有所控制。

大坝渗流复核计算断面选用土坝最大断面进行计算。根据土坝渗流计算的两段法公式来计算浸润线位置。通过计算，大坝在各工况下通过坝体的水力坡降均在允许范围内，小于J允=0.59～0.44的下限值，但在较高水位运行时溢洪道闸室出口段出现渗水现象。分析原因有三:ⓐ大坝的条石心墙在施工中未修至设计高程，失去防渗效果;ⓑ大坝坝体的黏土填筑标准偏低;ⓒ大坝坝基渗流控制不够完善。

综上所述，该工程虽有一定渗流异常，但不影响大坝安全，故渗流性态为B 级。

2.7 抗震安全复核

东山水库大坝地震基本烈度为7 度，按《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)规定，在大坝坝坡稳定计算时，应考虑地震力，稳定计算断面选取最大断面，采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法。计算结果表明东山水库大坝上、下游坝坡在校核洪水位，设计洪水位及死水位三种计算工况下，坝坡抗震稳定安全系数均大于现行规范容许值，抗滑稳定满足要求。

2.8 金属结构安全评价

东山水库共有泄洪闸两扇。在鉴定过程中，发现闸门板有轻微磨损，其余未见异常。但其供电系统不够完善。

3 结论与建议

3.1 结论

经本次安全鉴定，东山水库工程质量评价为B 级，防洪能力为A 级，结构安全评价为B 级，运行管理为B级，渗流安全评价为B 级，抗震安全评价为A 级，金属结构为B 级。大坝综合评价为二类坝。

3.2 建议和对策

考虑到水库综合情况，针对水库存在的问题提出如下建议和对策:

a.设置位移和渗流观测点，建立加强日常观测管理制度。

b.对大坝存在隐患部位应尽快加固处理:ⓐ对放水涵洞进口卧管第十节卧管彻底翻修，清理输水涵洞内的淤泥杂物;ⓑ对输水涵洞与大坝土体结合部、溢洪道底和坝体进行灌浆防渗处理;ⓒ对塌陷的大坝迎水坡干砌块石进行重新翻砌，干砌缝灌水泥砂浆，清除大坝背坡杂树杂草;ⓓ溢洪道启闭设备更新，如更换启闭机电动机，外电源线路;ⓔ经常性对白蚂蚁毒杀防治;ⓕ溢洪道闸门板加高0.2m。

4 结 语

大坝安全鉴定是水库工程管理的一项重要工作，对病险土石坝及时进行安全鉴定，对保护下游人民群众生命财产安全具有十分重要的意义，只有系统进行安全鉴定并及时提出整治对策，才能去伪存真，抓住病险水库治理的关键、要害问题，及早采取除险加固措施，防患于未然，让水库工程造福于社会和人民。

1 郑文康，刘翰湘.水力学［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

2 祁庆和.水工建筑物［M］.北京:中国水利水电出版社，2001.

3 刘辉.土石坝水库安全鉴定常见问题及处理建议［J］.科技致富向导，2012(14).

4 彭翠生，胡德恒.竹坑水库大坝安全鉴定分析［J］.江西水利科技，2001(S1).