某大型均质土坝安全综合评价

李 媛，段科萍，周晨露

（1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2.溧阳市水利局，江苏 溧阳 213399；3.南水北调东线江苏水源公司，江苏 南京 210019）

0 引言

水库大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，是江河防洪体系不可替代的重要组成部分。目前我国坝型以土坝为主，占比达81.77%，在社会经济发展中发挥着十分重要的作用[1]。全面合理评估大型均质土坝安全状态，可为水库的科学调度、安全运行提供良好的技术支持，对保障社会公共安全具有十分重要的意义。

1 工程概况

某水库工程规模为Ⅱ等大（二）型，水库大坝为均质土坝，最大坝高20.3 m，坝顶高程25.60 m，水库正常蓄水位21.00 m，死水位15.50 m，汛限水位21.00 m，设计洪水位23.00 m，校核洪水位24.42 m。水库主要由主坝、副坝、溢洪闸、泄洪隧洞等建筑物组成。

2 大坝安全评价

安全评价按照现行法律法规和技术规定要求[2]，依据工程勘测、设计、施工、验收、前期安全鉴定、除险加固工程设计、建设、蓄水安全鉴定、运行管理、安全监测等资料，在现场安全检查、混凝土结构与金属结构安全检测、观测资料分析等工作基础上，对水库工程安全现状进行综合评价。

2.1 工程质量评价

工程质量评价根据现场安全检查情况，对影响水库大坝安全的主要问题进行针对性检测，查清出现问题的部位和原因，对大坝坝体现状填土、混凝土、浆砌石质量、坝基及坝坡施工处理情况等进行有代表性的工程地质勘探和质量检测工作，同时进行现场试验，取足够的试样进行室内试验，获取复核计算所需要的物理力学参数。该水库施工质量总体满足设计和规范要求，竣工验收至今水库运用正常，工程质量综合评价为“合格”。

2.2 防洪安全评价

防洪安全评价根据水库设计阶段采用的水文资料和运行期延长的水文资料、考虑建坝后上下游地区人类活动影响及水库工程现状，进行洪水标准复核、设计洪水复核、调洪计算和坝顶高程计算，评价大坝现状抗洪能力是否满足现行有关标准要求。

根据现行规范[3]，该水库防洪标准采用100 年一遇洪水设计（P=1%）、2000 年一遇洪水校核（P=0.05%）。

水库上游集水面积、下垫面条件与初设相比没有发生变化。水库缺乏实测入库洪水流量资料，无完整的逐时观测记录，库区上游的提水水量也难以准确还原，同时随着下垫面产汇流条件的不断变化，无法采用直接法推求入库设计洪水，故设计洪水采用暴雨途径推求。由于本流域缺少实测的暴雨洪水资料，采用《江苏省暴雨洪水图集》中的地区综合成果。

汇流计算采用单位线方法，水库集水面积F=148.5 km2，干流比降 J=37.3‰，则汇流参数 m1=3.2（F/J）0.28=4.7，m2=1/3。考虑到m1受降雨特性不同会有一定变幅，m1与净雨R、净雨历时tc有关，对m1进行非线性修正，修正公式为：m1=316.083R-1.5139tc0.9875。

同时，分析洪水合理性，整编该水库流域内水文站降雨资料，对 3 h、6 h、12 h、24 h 及 3 d 面暴雨计算均采用泰森多边形法，计算成果与初步设计洪水频率相比较，复核设计洪水稍大，考虑到复核暴雨系列延长，并包含一场较大暴雨，因此复核计算的设计洪水成果更为合理。

根据水库调洪原则、泄流能力曲线、水库水位- 库容关系，采用水库水量平衡基本方程及水库坝址洪水静库容法，对各频率设计洪水进行调洪演算。经调洪计算复核，100 年一遇设计洪水位23.09 m，设计入库洪峰流量1033.85 m3/s，最大下泄流量266.76 m3/s；2000 年一遇校核洪水位24.34 m，入库洪峰流量1499.40 m3/s，最大下泄流量392.80 m3/s。除险加固初设批复为100 年一遇设计洪水位23.00 m，2000 年一遇校核洪水位24.42 m。偏安全考虑，本次安全复核采用以下特征水位：100 年一遇设计洪水位23.09 m、2000 年一遇校核洪水位24.42 m。

经坝顶超高计算复核，该水库现状坝顶高程小于计算的最大坝顶高程，但根据“当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。但此时在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5 m；在非常运用条件下，坝顶应不低于静水位”[4]。现状坝顶高程满足抗洪能力要求，水库泄流能满足安全下泄要求。

2.3 渗流安全评价

渗流安全评价要复核大坝渗流控制措施，并通过渗流观测资料和渗流计算分析大坝的实际渗流性态，评价大坝能否满足按设计条件安全运行。

以主坝为例，主坝为均质土坝，坝基主要为粉质粘土和淤泥质粉质粘土，下卧安山岩，渗透系数均较小。对主坝进行渗流压力监测，通过水位过程线，判断测点水位与库水位是否具有相关性。选取主坝最大坝高断面，计算断面见图1。各土层渗透系数参考初步设计参数值，再根据观测资料进行反演调整。

图1 主坝计算断面

渗流计算采用二维有限元渗流计算，计算结果见图2、表1。结果表明，主坝坝坡出逸点高程低于贴坡反滤顶高程，计算渗透比降小于允许值，主坝渗透稳定性满足要求。

图2 主坝计算断面渗流等势线图

表1 渗透坡降计算成果表

2.4 大坝结构安全评价

结构安全评价复核大坝在静力条件下的变形、强度与稳定性是否满足现行规范要求。土石坝主要进行变形与稳定分析，混凝土坝、砌石坝及输水、泄水建筑物则是强度与稳定分析。

以主坝为例，采用简化毕肖普法，选择圆弧型滑裂面，滑动面上的孔隙水压力根据渗流分析成果确定，计算断面见图1。考虑到土坝建成运行时间长，主固结过程已基本完成，且土料渗透系数小，地勘提供的固结快剪成果值可看作该土料的总应力指标值。由于地勘未提供有效应力指标，可将总应力指标c、φ 适当调整得到有效应力指标c’、φ’，土料分区同渗流计算分区，分区土料的计算参数见表2。

表2 稳定计算安全系数成果表

坝坡结构稳定计算工况和稳定分析计算结果见表3。主坝、副坝沉降量较小并趋于稳定，未见异常变形情况。

表3 稳定计算安全系数成果表

2.5 大坝抗震安全评价

该工程区场地类别为II 类，地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期0.35 s，相应地震基本烈度值为Ⅶ度。复核结果见图3、表4，大坝抗震稳定性满足规范要求[5]，不存在地震液化问题。

图3 主坝坝坡稳定计算图

表4 稳定计算安全系数成果表

2.6 泄输水建筑物安全评价

综合地形、地质条件和枢纽总体布置，泄、输水建筑物选型合适、布置合理，防渗体系完整。通过水力复核计算，各建筑物体形设计及消能方式合适，泄流能力与消能效果均达到设计要求。经结构与抗渗复核，各建筑物结构强度与稳定性均满足相应设计规范要求，渗径长度满足规范要求。

2.7 金属结构安全评价

对闸门外观检查的腐蚀程度、焊缝质量，启闭机及电气设备外观性能、电气参数、材料特性参数等进行检测，供电线路、变压器设备、备用电源、配电设备基本完好，闸门强度、应力和变形以及启闭机启闭力复核结果均满足规范要求，现场检查和安全检测未发现明显缺陷。

3 结论

本次安全评价根据现场检查、检测数据分析和复核计算，该水库大坝现状工程质量总体合格，运行管理条件好，水库大坝防洪安全、渗流稳定、结构稳定、抗震稳定、泄输水建筑物及金属结构安全等均满足要求，运行情况总体正常，应属“一类坝”。