浅析营盘水库大坝安全评价

陶 涛

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司,新疆 昌吉 831100）

1 工程概述

营盘水库位于天山西端北坡山前丘陵地带奥雷木齐河谷,行政区划隶属巴里坤县,为拦河式水库,水库总库容49.03 万m3,控制灌溉面积2000 亩。营盘水库工程规模为小（2）型,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物为5 级,次要建筑物与临时建筑物为5 级。设计洪水标准为10 年一遇,校核洪水标准为50 年一遇。

营盘水库于1993 年3 月完工并开始蓄水,水库受当时的人力、物力及历史背景条件限制,施工质量无法保证,工程遗留的安全隐患较多。水库除险加固工程于2013 年4 月开工建设,2014 年10 月完成竣工及下闸蓄水验收。水库自建成后一直运行至今,充分发挥灌溉、防洪的作用,未出现过大的险情。

水库枢纽由大坝、放水涵管、溢洪道组成。营盘水库为混凝土面板砂砾石坝,坝顶长度72.30 m,坝顶宽度4 m,坝顶高程1309.30 m,坝顶路面上游设置钢筋混凝土防浪墙,墙顶高程1310.50 m。上游坝坡坡比为1∶1.4,下游坝坡坡比为1∶1.6。坝体分为四个区域,垫层区、主堆石区、任意料区、下游棱体区。

放水涵管布置在大坝右岸,全长22.43 m,进口高程1301.57 m,采用DN600 壁厚10 mm,外包200 mm厚C25 钢筋混凝土钢管,出口高程1300.92 m。

溢洪道采取侧槽式溢洪道布置,位于大坝左坝肩,溢洪道轴线与坝轴线呈90°夹角。溢流堰采用WES实用堰形式,堰顶高程1307.13 m,堰宽20.0 m。溢洪道由侧槽段、调整段、泄槽段、消能段、海曼段组成。溢洪道全长119.30 m,其中溢流堰宽度为20 m,侧槽段长20 m,调整段长7.90 m,泄槽段长23.40 m,出口消能段长68 m,最大下泄流量99.18 m3/s。

2 现场安全检查与安全监测

通过对大坝、放水涵管、溢洪道、金属结构及管理设施等检查,水库目前运行正常,主要存在以下问题：

①坝顶路面较平整、无裂缝,未出现明显塌陷等异常情况,坝顶交通道路运行正常；防浪墙无开裂、挤碎、架空、错断和倾斜情况；上游混凝土护坡无损坏,面板护坡无裂缝、脱落、滑动、隆起、塌坑；下游坝坡无裂缝、剥落、滑动现象；

②放水涵管管身外包钢筋混凝土结构完好,未出现混凝土脱落、漏筋及漏水现象,操作间结构完好。出水口放水时水流形态、流量正常,无渗水现象；消力池无冲刷、磨损、杂物堆积现象；

③溢洪道控制段堰顶无裂缝、剥落、冲刷、磨损、空蚀现象；泄槽底板无裂缝、渗水、冲刷、磨损、空蚀现象,伸缩缝完好；

④大坝安全监控设施齐全,并布设有浸润线观测管,但水库管理人员技术力量薄弱,安全监测工作未进行,缺少浸润线观测资料,为水库的安全运行和管理带来一定的盲目性；

⑤目前金属结构运行正常,水库管理设施基本完善。

3 工程质量评价

3.1 工程地质评价

营盘水库位于奥勒木齐河谷西北狭窄地带,走向约北西30°。河谷形态总体呈“U”形谷,两岸坡度较小,山势较平缓,河谷宽80 m~300 m,河谷底部为洪堆积物,山麓有薄层侵蚀堆积,河谷两岸基岩裸露。地震动峰值加速度0.10 g,库区地震烈度为Ⅶ度,地震动反应谱特征周期0.45 s,区域构造稳定性相对较好。

水库坝基岩性为上部0 m~5.5 m卵石混合土层,下部为基岩,2013 年除险加固时进行了坝基固结灌浆和帷幕灌浆处理,根据竣工验收资料和工程运行情况,坝基防渗处理效果良好,坝基工程质量合格。

3.2 坝体工程质量评价

营盘水库大坝为面板堆石坝,坝体筑坝材料为砂卵砾石,坝体填筑分成三个区进行,分别为面板下的垫层区,主堆石区及坝后坡任意料区[1]。坝体天然密度为2.15 g/cm3~2.28 g/cm3,含水率为4.6%~6.8%,干密度为2.06 g/cm3~2.14 g/cm3；土的最大干密度ρdmax=2.16 g/cm3,最小干密度ρdmin=1.93 g/cm3,坝体土料的孔隙率为22%,水库大坝主堆石区、坝后坡任意料区的填筑质量满足规范要求。

3.3 放水涵管工程质量评价

2013年除险加固阶段对原放水涵管末端闸井房拆除新建,涵管基础埋置于坝基上,岩性为砂卵砾石,承载力特征值fak=400. 0 kPa,天然密度2.11 g/cm3~2.23 g/cm3,渗透系数为1.5×10-2cm/s,属于强透水层,干密度1.96 g/cm3~2.08 g/cm3,粘聚力28.5 kPa,内摩擦角37°～40°。砂卵砾石地层地基抗变形和承载力可满足放水涵管设计要求。根据施工检测及质量评定结果,工程合格率100%。经现场检查,放水涵管地基稳定,无沉降及裂缝存在。

3.4 溢洪道工程质量评价

溢洪道为2013 年除险加固时候新建溢洪道,位于大坝左坝肩,全长119.3 m。基础埋置于基岩上,岩性为安山玢岩,表层1.0 m~3.0 m强风化层,弱风化层承载力特征值fak=1300.0 kPa,属弱透水层。安山玢岩地层地基抗变形和承载力可满足溢洪道设计要求。根据施工检测及质量评定结果,合格率100%。经现场检查,溢洪道地基稳定,无沉降及裂缝存在。

综上,根据《水库大坝安全评价导则》（SL 258-2017）,营盘水库工程质量评定为合格。

4 运行管理评价

营盘水库自建成运行至今,管理机构设置合理,管理体制、管理制度及管理设施建立完善,均符合相关规范要求。水库划定的工程管理范围和保护范围合理,制定大坝安全责任制,明确单位管理责任人且严格遵守执行。水库已编制完成《营盘水库汛期调度运用方案》和《2018 年萨尔乔克乡水管站营盘水库防汛抢险应急预案》。水管站安排专人巡查水库大坝及建筑物运行情况,管理人员认真巡检,发现问题得以及时处理,使水库正常运行。

综上,水库能按设计条件和功能安全运行,大坝运行管理评价为规范。

5 防洪能力复核

营盘水库的防洪能力复核主要包括防洪标准复核、设计洪水复核、调洪计算和坝顶高程复核。

本次复核根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）确定水库设计洪水标准应为10 年一遇,校核洪水标准为50 年一遇,水文系列延长后,设计洪峰流量为48.7 m3/s；校核洪峰流量为108 m3/s。

经溢洪道调洪复核计算,10 年一遇设计洪水时最大下泄流量为42.08 m3/s,50 年一遇校核洪水时最大下泄流量为99.35 m3/s。本次复核最大泄洪流量大于除险加固批复的最大泄洪流量,溢洪道泄流能力满足安全泄洪的要求。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定,坝顶高程由水库静水位加波浪爬高、风浪壅高及安全超高确定。分别计算下列四种情况,选择计算的最大坝顶高程进行复核,现状坝顶高程满足规范要求,见表1。

表1 复核计算坝顶高程与现状坝顶高程对比表

因此,综合评价水库的防洪安全性分级为A级。

6 渗流安全评价

6.1 坝体、坝基渗流稳定性分析

坝体渗流计算选择最大断面（桩号0+059）,分别进行水库正常蓄水位1307.13 m时的渗流分析（正常运用条件）和水库水位降落期渗流分析,计算结果表明,坝体、坝基渗流稳定,见表2。

表2 大坝渗流稳定计算成果表

6.2 放水涵管渗流安全评价

放水涵管结构保持完整,与周围坝体结合紧密,未见到明显渗水痕迹,管身段有一定锈蚀,未见管身漏水,现场安全检查时,未发现渗漏现象。放水涵管运行正常,渗流稳定。

6.3 溢洪道渗流安全评价

采取侧槽式溢洪道布置在大坝左坝肩,全长119.30 m。现场安全检查时,溢洪道未发现渗漏现象运行正常,渗流稳定。

综上,渗流安全评价为A级。

7 结构安全评价

7.1 坝体结构安全评价

经过对大坝0+059 断面进行稳定性分析,在正常运用条件下：正常蓄水位上下游坝坡稳定安全系数分别为2.86 和2.067,均大于规范规定最小安全系数1.15；设计洪水位上下游坝坡稳定安全系数分别为2.788 和1.994,均大于规范规定最小安全系数1.15。

在非常运用条件下：校核洪水位上下游坝坡稳定安全系数分别为2.488 和1.617,大于规范规定最小安全系数1.05；水位降落期,上游坝坡稳定安全系数为2.346,大于规范规定最小安全系数1.05；满足现行规范要求。

7.2 放水涵管稳定分析

放水涵管进、出口外观结构完整性较好,放水涵管为壁厚10 mm钢管,经过计算,钢管最大应力为11.2 MPa,小于容许应力113 MPa,结构安全。

7.3 溢洪道稳定分析

外观结构完整性较好,校核工况下,溢洪道结构设计底板抗浮稳定性2.97 大于规范值1.2,底板抗滑稳定性5.77 大于规范值2.5,溢洪道结构满足规范要求。

因此,结构安全评价为A级。

8 抗震安全评价

本区域地震动峰值加速度为0.10 g,属于Ⅶ度设防区。经复核,遭遇Ⅶ度地震烈度情况下,大坝上游坝坡安全系数为2.318,下游坝坡安全系数为1.982,均大于允许安全系数1.02,满足现行规范要求。因此,抗震安全评价为A级。

9 金属结构安全评价

营盘水库主要金属结构包括输水管道和涵管出口设置的闸阀。金属结构布置合理,设计与制造、安装符合规范要求。经复核计算,输水管结构强度满足现行规范要求,阀门承压满足压力要求。阀门能保证泄水设施在紧急情况下正常开启；未超过报废折旧年限。因此,水库金属结构安全性评为安全,营盘水库金属结构安全性评价为A级。

10 结语

通过本次大坝安全评价,营盘水库评定为一类坝。针对水库存在的安全问题,建议继续密切监测坝体的运行,确保大坝的安全；加强对管理人员业务技术能力的培训,完善浸润线观测资料；完善管理设施,新建上坝交通桥；增设水雨情设备、渗流观测设备。