卡尔塔水库大坝安全鉴定及评价

石永磊

(新疆水利水电项目管理有限公司，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

我国作为一个农业大国，自成立以来，修建了众多的水力措施以改善农业用水短缺的问题[1-3]。但是早期建设的水利工程受制于经济、设计、施工水平低下，导致工程建设质量较为低下，形成了较多的病险水利措施，严重威胁到了当地居民的正常生产生活[4-6]。针对这部分水利措施，采用相关的措施进行除险加固治理极为重要的。在采用相关措施对工程加以治理前，采用合理手段，分析工程现状的安全情况是极为重要的一步，可为工程除险加固工程设计提供参考文件[7-10]。结合卡尔塔水库安全鉴定工程，对早期修建的水库安全鉴定。评价问题进行研究。

1 工程概况

卡尔塔水库位于轮台县南，属于引水注入的平原水库，水源来自卡尔塔河。水库大坝最大坝高为4.7m，坝长3160m，设计总库容为850×104m3。水库主要承担2333hm2农田灌溉作用，同时可为下游草场提供丰富水源，带动当地养殖业的发展。卡尔塔水库在新疆地区具有十分重要的作用，促进当地经济发展，维护社会稳定。水库自建成使用已经过去了40余年，水库安全已经发生变化，严重威胁了当地居民的正常生产生活。因此，对其安全进行鉴定和评价是十分必要的。

2 现场检查及主要问题

根据现场调查，水库大坝的主要填筑材料为粉土、黏土，为中-弱透水体。水库大坝在长期的水流冲刷侵蚀影响下，0-155-0-192段破损严重，同时由于建设时期较早，施工质量难以达标，部分坝段出现了塌陷破坏，已经严重影响到水库的安全运行。由于建设时期经济投入和技术问题，大坝坝基未采取防渗处理措施，放水涵洞存在较为严重的渗漏问题，闸室稳定性较差，金属结构锈蚀问题极为严重。泄洪闸闸址选择缺乏科学性，闸门、启闭机已经丢失，泄洪闸已经失去泄洪作用。放水渠结构较为简陋，采用土渠且没有任何防渗措施，过水能力差。水库缺乏必须的安全观测、水文观测设施，管理制度不完善，且与外界交通不便。

3 大坝安全鉴定及评价

3.1 工程质量及运行管理评价

3.1.1 工程质量评价

卡尔塔水库建于20世纪60年代。水库设计缺乏严格的质量控制要求，大坝采用均质土坝，且在未进行坝基防渗处理的情况下就对坝体进行填筑。根据现场取样，坝体土体的渗透系数如下：K=5.31×10-5-2.8×10-3cm/s。水库大坝坝顶为道路，现状路面平整度极差，土体松散，难以满足通行需求，坝体填筑过程中甚至仅采用人工夯实，填筑质量极差。工程供设置两个放水涵洞，其中1#涵洞基本处于报废状态，2#涵洞结构也极为破败，损坏严重。

3.1.2 运行管理评价

卡尔塔水库管理站目前配备有9名管理人员，负责水库的日常巡查、看守等工作。目前，大坝运行缺乏科学的调度规程，库区为设置报警系统，缺乏必须的安全监测设施，通讯条件也较为落后，水库管理、技术水平低下。

卡尔塔水库的主要职责是提供灌溉用水。库区范围内用水主要集中在春、秋两季。因此，水库在每年的6-8月引蓄洪水，12月至次年2月引蓄冬闲水。3月、9-11月为耕地及草场提供灌溉水源。水库目前的灌溉调度方案极为混乱，未建立一套合理的调度管理机制，严重影响了水库作用的发挥。

3.2 结构安全评价

3.2.1 坝体变形分析

卡尔塔水库大坝自建成以来，已经投入使用超过了40年。坝体、坝基已经基本完成固结沉降。因此，大坝发生大规模变形破坏的可能性较小。但由于，大坝建筑质量较差，使用期间经历了多次洪水的影响，大坝上游护坡出现了较为严重的破损现象，且部分坝段在设计时，未采用护坡结构，坝体损毁较为严重。1#放水涵洞采用手动启闭设备，涵洞洞室不存在金属结构，但控制闸门启闭的卷扬机老化严重。2#放水涵洞采用双孔结构，采用砖砌，在长期使用中，已经严重破损。2#涵洞左孔金属设备维护不及时，造成金属设备严重锈蚀、老化，且闸门、启闭设备已经丢失。但由于放水涵洞、泄洪闸等结构已经使用多年，基础沉降已经完成，发生大规模变形几率较低。

3.2.2 坝体稳定性分析

大坝作为水库的主要水工建筑物，其稳定性分析尤为重要。根据现场调查，坝体0+155-0+192段属于危险段，该段坝体遭受水流冲刷侵蚀较为严重，临水侧形成直立陡坎。对0+200处(最不利断面)的坝坡稳定性进行分析，根据现场取样的室内试验结果，该断面处岩土体物理力学参数见表1。

表1 岩土体物理力学参数

本次主要计算稳定期、以及水位降落期坝坡的稳定性情况。各种工况下计算成果见表2。从表2中可知在稳定渗流期，坝坡的整体稳定性情况较好，上、下游坝坡安全系数K为2.07和1.93，水位下降期上游坝坡安全系数为1.37，均大于规范要求的1.15，因此，两种工况下卡尔塔水库大坝稳定性满足要求。

表2 坝坡稳定性计算结果

3.3 抗震及渗流安全评价

3.3.1 抗震安全评价

卡尔塔水库处于地震Ⅶ度烈度区，地震加速度a=0.15g，计算参数按照表1选取。地震工况下坝坡稳定性系数计算结果见表3。从表中可知，地震工况下上、下游坝坡安全系数均大于规范允许值1.01，坝坡稳定性满足要求。

表3 地震工况坝坡稳定性计算结果

3.3.2 渗流稳定性分析

渗流分析采用有限元计算方法，渗流场计算满足拉普拉斯方程：

(1)

(2)

式中：P为水压力；H为水头；kx、ky为X、Y方向渗透系数。

渗流场分析断面同坝坡稳定性分析一致，选择最不利的0+200断面，按最不利水头差计算，上游水位946.60m，下游水位944.10m。坝体渗漏量计算结果见表4。

表4 坝体渗流量计算结果

经计算，水库每年蓄水期间渗漏量>51×104m3，渗漏情况较为严重。根据岩土力学试验结果可知，坝体土允许比降为0.18，经计算下游坝基的水力比降为0.31，已经超过允许值，渗流稳定性不满足要求。

4 结论及建议

根据现场调查结合室内工作，卡尔塔水库大坝主要存在工程建设质量低下、缺乏必要的安全监测设施、现场管理水平不足、钢结构锈蚀严重等问题，经过分析，坝体稳定性整体满足要求，渗流条件下存在流土可能。综合评价确定卡尔塔水库属于三类病险库。

针对卡尔塔水库现状，可采用相关工程措施包括：坝体加高加宽，采用必要的防渗措施，增设防浪墙；重建水库泄洪闸以满足防洪需求；重建放水涵洞并更新启闭设备；增设安全监测设施。同时，水库应当提高管理水平，定期观测坝体稳定、渗流、变形等情况，制定科学合理的调度方案。