小堡子水库大坝安全评价

全贞蓉

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 基本概况

1.1 工程概况

静宁县小堡子水库位于红寺河右岸细巷乡小堡子村小堡子沟，坝址距县城26 km，是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的IV等小(1)型水库，坝址以上控制流域面积11.86 km2，主沟道长6.3 km，沟道纵坡比降2%。水库于1977年1月开工建设，1981年建成蓄水，经除险加固设计后总库容为140.5万m3，防洪标准按30 a一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

小堡子水库大坝为均质土坝，现最大断面坝高33 m，坝顶高程为1702.54 m，最大坝高断面坝顶宽6 m，坝体上游边坡坡比为1∶3，坝下游马道以上坡比为1∶3，马道以下坡比为1∶3.8，下游坡马道宽为2 m，马道顶高程为1691.04 m。上游坝面为六边形砼预制板铺成，下游坝面草皮护坡。

输水泄洪洞位于大坝右肩，为圆拱直墙式断面，进水段左、右边墙砼外观完好；渠为梯形渠，底板有淤泥、杂草丛生。进口底板高程1691.74 m，底宽1.5 m，边墙高1.3 m，洞顶半径0.75 m。最大泄流量13.4 m3/s。输水泄洪洞洞身段局部损坏，出口砼右侧有开裂，破损。明渠段消力池淤积严重。输水泄洪洞进口基本堵死，对水库的安全泄洪构成了一定的威胁。

溢洪道布置于坝体右岸坝肩部位，基础坐落在黄土层上，进口至陡坡段为2.2 m×3.55 m的矩形暗渠，陡坡至出口段为1.8 m×2.1 m的矩形暗渠，暗渠为现浇混凝土衬砌。渠出口建筑垃圾封堵严重，消力池内淤积严重，且长满杂草。

1.2 工程存在的主要问题

(1)水库原设计仅为20年一遇设计，200年一遇校核，不满足规范30年～50年一遇设计，300年～1000年一遇校核的要求，加之水库淤积，防洪库容下降，防洪能力不足。

(2)大坝上、下游坝坡均有裂缝、冲刷坑和滑塌坑，且坝体内有空洞。

(3)输水洞洞身段局部破坏，同时消力池段淤积严重。

(4)输水洞闸门破损、启闭机锈蚀严重，止水橡皮老化，不能正常工作。

(5)无大坝观测设备和通讯设备。

(6)上坝道路狭窄，雨季车辆难以通行。

(7)水库管理所办公设施落后，缺乏必要的防汛抢险工具，无法满足运行管理和防洪需要。

2 大坝运行管理评价

小堡子水库的建设经历了初建、加固维修和配套工程建设三个时期。自建成运行至今，因库区淤积严重，管理体制不健全，基本上没有进行常年看管，库区维持空库运行。

大坝运行至今，由于水库淤积严重，坝前实际淤积高程已达到1693.00 m左右，高于输水泄洪洞底板，输水涵管淤塞堵死，无法参与泄洪。水库目前没有水文监测、位移、浸润线、渗流观测等科学的观测手段，水库管理所设置简易雨量站1个，只开展实时雨情，人工巡查等监测。水库能按照审批的调度规程进行调度运用，各项规章、制度较齐全并得到落实，水文测报及通信设施基本完备。运行管理评价结论为“较规范”。

3 大坝防洪标准复核

工程等级属Ⅳ等小(1)型水库，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。水库防洪标准为30 a一遇设计，相应洪峰流量为72 m3/s；300 a一遇校核，相应洪峰流量为165.0 m3/s。

小堡子水库的泄水建筑物包括输水泄洪洞和溢洪道。

输水泄洪洞位于右坝肩，为城门洞形无压洞，水库输水洞经过2008年除险加固工程后，因库区淤积严重，将输水涵管淤塞堵死，现失去输水功能。

溢洪道在坝右肩山体增设开敞式溢洪道，进水渠地板、宽顶堰堰顶高程1696.85 m，底宽2.2 m，溢洪道最大泄流能力27.8 m3/s。

小堡子水库坝址附近无水文站及气象站，水库建成后也未进行水库水文测验，不能采用实测资料分析推求设计洪水，经调查近二十年小堡子水库很少发洪水，洪峰流量较小，平时沟道基本干涸，采用暴雨资料进行设计洪水复核。大坝坝顶复核成果见表1。

表1 坝顶超高计算成果表 单位：m

计算结果表明，坝顶超高由非常运行条件下校核洪水位工况控制，小堡子现状坝顶高程满足现行《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)要求。

小堡子水库防洪标准按30 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核，满足《防洪标准》(GB 50201-2014)及《水利水电工程等级及洪水标准》(SL 252-2017)的有关规定。计算后，小堡子现状坝顶高程满足校核洪水位所需的高程要求。

综上所述，小堡子水库大坝防洪能力满足现行规范要求，大坝防洪能力安全评价结论为“安全可靠A级”。

4 工程质量评价

1)水库岸坡全为土质岸坡，局部库岸存在坍岸现象。库区淤积严重，有效库容极小，基本处于干库状态，失去了灌溉功能，防洪功能也减弱了。淤积物来源主要有固体泥流和库岸坍塌。

2)水库坝体填筑质量差，填筑土体密实程度低，且填筑不均匀；坝体及坝基不存在渗漏及渗流稳定问题；左、右坝肩与坝体衔接部位易产生不均匀沉降。

3)小堡子水库泄洪及引水建筑物质量良好，满足水库运行要求。存在输水洞进口基本被堵死，需人工清淤才能保证输水洞运行。库区淤积严重，坝肩与坝体衔接部位易产生不均匀沉降。

4)小堡子水库运行管理房院内地面混凝土有细小裂缝、院墙墙体有沉陷、开裂情况，需对管理房进行维修加固。

5 大坝抗震稳定安全评价

土坝抗震稳定分析的计算目的是复核土坝在自重、渗透压力、孔隙水压力和地质动水压力、地震动土压力等的作用下，坝坡应具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体与坝基接触面的整体剪切破坏。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)，本地区地震基本烈度为Ⅷ度。

5.1 计算参数

本次稳定计算参数选取将主要依据水库安全鉴定工程地质报告，计算采用数值均取平均值。坝体填筑材料物理力学参数见表2。

表2 现状主坝填筑材料物理力学指标表

5.2 计算结果

根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL 203-97)的规定，水库大坝坝坡稳定计算采用理正岩土计算6.0版边坡稳定分析计算，依据《碾压土石坝设计规范》采用圆弧滑动法寻找最危险滑动面，计算结果见图1及表3。

图1 大坝抗震计算图

表3 主坝抗震稳定分析计算成果表

经计算，大坝抗震稳定性不满足《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247-2018)要求。综上所述，小堡子水库大坝抗震结构整体稳定性不满足相关规范要求，大坝抗震安全评定结论为“不安全C级”。

6 大坝渗流安全评价

小堡子水库枢纽由大坝、输水泄洪洞及溢洪道组成，大坝为黄土均质坝。根据现场调查，小堡子水库未设置监测设备，坝后也无量水堰，由于本水库监(观)测资料甚少，因此，本次评价采取现场检查法和计算分析法相结合的方法进行渗流评价。

通过现场检查及运行过程中并未发现渗流异常现象，现状下游坝脚处无排水棱体，无法降低坝体浸润线，致使坝体渗流逸出点较高。

坝体渗流稳定分析采用理正岩土6.0版渗流问题有限元分析系统，采用有限元法。通过计算分析，防渗材料允许值高于坝体坝基渗透坡降，不存在渗透稳定性问题。大坝渗流安全评价结论为“基本安全B级”，存在缺陷。

7 结构稳定安全评价

7.1 计算参数的确定

结合水库工程特点，计算参数依据水库安全鉴定工程地质报告，计算数值采用平均值。详细数据见表4。

表4 坝体材料渗透系数

7.2 计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)，坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法，对于均质坝宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法。

1)正常蓄水位稳定渗流期的上、下游坝坡(要求安全系数>1.25)；

2)校核洪水位稳定渗流期的上、下游坝坡(要求安全系数>1.25)。

各工况水位组合见表5。

表5 大坝渗流计算工况表

7.3 计算公式及结果

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)规定，圆弧滑动稳定可按下式简化毕肖普法计算：

计算断面取最大断面，最大断面坝高33 m，坝顶高程为1702.54 m，最大坝高断面坝顶宽6 m，坝体上游边坡坡比为1∶3，坝下游马道以上坡比为1∶3，马道以下坡比为1∶3.8，下游坡马道宽为2 m。坝坡稳定采用瑞典圆法计算出圆弧滑裂面的安全系数，见图2～图5及表6。

图2 正常蓄水位稳定渗流期上游游坝坡稳定计算简图

图3 正常蓄水位稳定渗流期下游游坝坡稳定计算简图

图4 校核洪水位稳定渗流期上游游坝坡稳定计算简图

图5 校核洪水位稳定渗流期下游游坝坡稳定计算简图

通过对本大坝最大断面进行边坡稳定计算，得出该计算断面在正常蓄水位和校核洪水位情况下稳定系数，计算成果见表6。

表6 稳定计算成果汇总表

从以上计算工况分析得出，大坝正常蓄水位工况下的上游坝坡，和校核洪水位工况下的下游坝坡抗滑稳定安全系数均不满足规范要求，水库大坝结构安全评定结论为“不安全C级”。

8 结论与建议

依据专项安全评价结论，对照《水库大坝安全评价导则》(SL 258-2017)及《水库降等与报废标准》(SL 605-2013)规定，小堡子水库大坝安全分类评定为三类坝，不安全，属病险水库大坝。安全运行存在问题，工程农田灌溉任务与效益已完全由引洮供水二期配套农业灌溉工程代替，无进一步开发利用价值。经综合分析评价，小堡子水库安全综合评价结论为降等。

降等后小堡子水库应全面加强水库大坝安全监测，配置必要的监测设施与设备，全面加强监测数据分析及预报。并升级水库工程运行管理，达到“规范”级。完善水库大坝渗流反滤排水设施，对大坝进行加固处理，提高大坝坝体质量、稳定及抗震安全。