八岔沟水库大坝安全分析与评价

孟庆宇

(凌海市水利工程移民管理局，辽宁 凌海121200)

1 基本概况

1.1 工程概况

八岔沟水库位于长兴岛临港工业区八岔沟村西北，地理位置为:E121°28'，N39°31'，是一座集防洪、灌溉用水于一体的小(2)型水库。该水库始建于1970年10月，坝址以上集雨面积1.7 km2，河道长2.5 km，最大库容为22.2 万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)，水库枢纽工程等级为Ⅴ等，主要永久性建筑物为5 级，次要建筑物属5 级。防洪标准为设计防洪标准为20 a一遇，校核防洪标准为200 a一遇。2005年安全复核结果为，正常高水位27.6 m，水库死水位20.7 m，设计防洪标准为20 a一遇，设计洪水位28.9 m，校核防洪标准为200 a 一遇，校核洪水位29.9 m，相应总库容为22.2 万m3。

水库大坝为黏土心墙坝。现坝顶平均高程31.4 m，最大坝高16.1 m，顶宽3.0 m，坝顶长170 m。迎水坡比为1∶2.5，块石护坡，背水坡比为1∶2.0，草皮护坡［1］。

溢洪道位于大坝左侧，型式为正槽开敞式，底高程为27.6 m，净宽7.3 m，深2.3 m，两侧无衬砌，校核洪水时最大下泄流量为37.69 m3/s，溢洪道长度为127 m。

输水洞位于大坝右侧，型式为坝下埋管，进口底高程为20.7 m，总长57 m，内径为250 mm混凝土圆管，采用坝后式闸阀放水兼泄洪，现闸阀已损坏，不能正常运行［2］。

1.2 工程存在的主要问题

八岔沟水库始建于1970年10月，施工时坝基坐落在全风化及强风化岩层上，未开挖至弱风化岩层上，造成水库渗漏，至今蓄不上水;大坝现有防洪能力满足规范要求;目前水库存在的险情主要有以下几个方面:

1)大坝坝基坐落在全风化及强风化岩层上，下游坝脚渗漏明显。

2)大坝迎水坡护坡石现已凹凸不平，残缺不全。

3)溢洪道两侧无衬砌，岩石风化严重，末端无消能设施。

4)输水洞工作闸阀损坏，渗漏严重，无法正常运行［3］。

5)水库无防汛路。

6)大坝无管理设施。

2 大坝运行管理评价

八岔沟水库自从建成运行至今，水库大坝渗漏严重，虽然经历了几次大洪水，每年汛前水库处于空库状态，未出现过重大责任事故。

水库的调度运行。八岔沟水库是以农业用水为主兼有防洪等综合利用的小(2)型水库。为了确保大坝的安全，水库每年都实行严格防汛调度方案，编制防洪应急预案，有专人负责［4］。

大坝运行。该工程运行多年，工程标准低，质量差，大坝基础开挖深度不够，基础坐落于全风化岩及强风化岩层上，建成运行后坝基渗漏严重;大坝迎水坡护坡石现已破损，下游无排水体;溢洪道两侧无衬砌，岩石风化严重，末端无消能设施;输水洞工作闸阀损坏，渗漏严重，无法正常运行，工程存在严重安全隐患。现有的年份汛期水库蓄满水，到次年汛期前水全部渗漏，水库处于空库状态，并一直未进行处理，坝体有发生渗透破坏的危险［5］。

3 防洪标准复核

该水库为小(2)型水库，按1998年《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》，采用集水面积小于300 km2的设计洪水计算方法，进行洪水复核。大坝坝顶高程安全复核详见表1。

表1 大坝坝顶高程安全复核表

由上表计算可知，现状坝顶高程满足校核洪水所需的高程要求，即现状的坝顶高程满足非常运用洪水200 a一遇的洪水标准。

4 工程质量评价

通过对水库大坝运行期及现状质量检查分析，得出大坝现状质量评价如下:

1)大坝为黏土心墙坝，施工时由于全风化及强风化岩层较厚，未开挖至弱风化岩层，大坝坐落在全风化及强风化岩层上。在大坝运行期间，坝基漏水严重，下游坝脚渗漏明显［6］。

2)大坝迎水坡护坡石现已破损，下游无排水体。

3)溢洪道两侧无衬砌，岩石风化严重，末端无消能设施。

4)输水洞工作闸阀损坏，渗漏严重，无法正常运行。

5)水库无防汛路。

6)大坝无管理设施。

5 抗震稳定安全评价

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)中的有关规定，水库区地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.4 s，地震基本烈度确定为Ⅶ度。

按《水工建筑物抗震设计规范》(DC5073—2000)的规定，本工程抗震设防为丁类，因此工程抗震以基本烈度抗震烈度，为Ⅶ度。经复核计算，大坝是稳定的［7］。

6 大坝渗流安全评价

由于八岔沟水库大坝无渗流观测资料，本次渗流安全复核以大坝现场安全检查及调查情况为依据，进行渗流安全分析评价。

坝肩及坝基岩石以黄褐色——灰褐色薄层状板岩、薄层板岩夹中厚层板岩以及薄层板岩与中厚层板岩石层为主、属震旦系长岭子组地层，依据岩层出露，该岩层节理裂隙发育，岩石呈块状切割，顺节理面及岩层面差异风化明显具有泥化夹层特征，强风化深度10 ～20 m，深度较大［8］。

坝肩及坝基均未发现有大的构造断裂断(层)存在，岩石构造以风化裂隙及成岩裂隙为主，岩层具有波状起伏，挤压弯曲特征明显。

经现场检查、当年施工人员和管理人员的介绍，大坝坝基全风化及强风化岩层较厚，未开挖至弱风化岩层，运行期间下游坝脚有明显渗漏，水库水位较低时，渗漏量较小，但下游仍可见水流，汛期高水位时，渗漏量较大，大坝坝脚全线漏水，坝下多处部位出现积水坑并有明流溢出，表明大坝存在渗漏情况，依据出水点处的部位性状分析，大坝坝基强风化板岩、节理裂隙发育，风化深度较大，渗透性增强，坝基部位渗漏并具有明显线状及面状渗漏的特征，属于坝基岩石风化层渗漏特征。有的年份即使汛期蓄满水，到次年汛前漏空。遇大洪水时，高水位运行时极可能发生渗透变形。大坝存在严重渗流隐患并严重威胁大坝安全。

7 结构稳定安全评价

7.1 计算参数确定

八岔沟水库大坝为黏土心墙土坝，坝壳土料为沙壤土和一般黏性土，经开挖取得土样，并参照已建工程的参数，确定土料指标，详细数据见表2。

表2 水库土料指标表

7.2 计算工况

1)正常工作条件:正常高水位时上、下游坝坡(要求安全系数＞1.15)。

2)非常工作条件:校核洪水位时上、下游坝坡(要求安全系数＞1.25)。7.3 计算原理及公式

根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—01 采用静力法的瑞典圆弧法进行验算，计算公式如下:

八岔沟水库大坝为黏土心墙坝。现坝顶平均高程31.4 m，最大坝高16.1 m，顶宽3.0 m，迎水坡比1∶2.5，背水坡比1∶2.0，坝坡稳定计算是采用瑞典园法算出圆弧滑裂面的安全系数，对以上两种工况下的坝坡稳定进行计算，计算结果见表3。

表3 坝坡稳定计算成果表

从以上计算工况看，大坝上、下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。

8 大坝安全综合评价

8.1 综合评价

大坝安全综合评价包含防洪标准评价、抗震稳定安全评价、大坝渗流安全评价和结构稳定安全评价。

8.1.1 防洪标准评价

经复核，水库按20 a一遇洪水设计、200 a一遇洪水校核，水库现状大坝坝顶高程满足《防洪标准》(GB50201—94)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(GB252—2000)和《碾压土石坝设计规范》(SL274—2001)要求。溢洪道两侧无衬砌，岩石风化严重，末端无消能设施。输水洞工作闸阀损坏、漏水严重，无法正常运行。根据《水库大坝安全评价导则》(SL258—2000)的分级标准，该水库的防洪安全性为B 级。

8.1.2 抗震稳定安全评价

依据中国地震烈度区划图，库区范围内地震烈度为七度，本坝处于七度地震区，经复核计算，大坝是稳定的。

8.1.3 大坝渗流安全评价

大坝坝基坐落在风化及强风化岩层上，下游坝脚处常年有流水，坝基渗漏。根据《水库大坝安全评价导则》(SL258—2000)的分级标准，大坝渗流安全性为C 级。

8.1.4 结构稳定安全评价

经复核计算，从以上计算工况看，大坝上、下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。

8.2 结论与建议

根据大坝存在的上述问题，按照《水库大坝安全评价导则》(SL258—2000)的分级标准，八岔沟水库大坝应属三类坝。

针对水库存在的问题，建议对水库大坝进行除险加固工程建设。在工程除险加固之前。水库应合理调度运行，特别是在汛期高水位时，应加强安全管理和监测工作，以确保工程安全运行。

［1］荣林意，宋书亭，罗赛虎. 高山水库安全评价［J］. 水利科技与经济，2008(09):740 －742.

［2］曾贞志. 老园水库大坝安全鉴定综合评价［J］. 黑龙江水专学报，2007(01):30 －34.

［3］李念国，梁秋生. 土坝安全评估综合评判法［J］. 黑龙江水专学报，2008(03):15 －19.

［4］李天庆，崔晓阳，曹晨华. 林口县万寿水库大坝安全分析与评价［J］. 水利科技与经济，2010(09):69 －70.

［5］孟华，逮宪伟. 联和水库大坝安全分析［J］. 黑龙江水利科技，2011，39(06):243 －244.

［6］黄立华，李钧，赵燕. 清水河水库大坝安全分析［J］. 中国农村水利水电，2011(08):139 －142.

［7］蔡景礼. 磨盘山水库大坝安全分析评价［J］. 黑龙江水利科技，2013，41(02):92 －94.

［8］秦立雁，赵晋斌. 尚志万发水库大坝安全分析［J］. 黑龙江水利科技，2010，38(01):214 －215.