除险文溪水库大坝安全评价及加固方案分析

2010-04-09梁江河

黑龙江水利科技 2010年4期

梁江河

（南安市文溪水库管理处，福建南安 362300）

1 工程概况

福建省南安市文溪水库于1965年10月兴建，是一座具有灌溉、防洪、发电和养殖等综合功能的中型水库。水库坝址以上流域面积20.7 km2，总库容1 159万m3。水库按50 a一遇洪水设计，1000 a一遇洪水校核，正常蓄水位195.56 m，设计洪水位195.86 m，校核洪水位197.46 m，地震基本烈度为7°。工程由大坝、溢洪道、输水隧洞和电站等组成。

大坝为均质土坝，坝顶高程为198.66 m，最大坝高48.4 m，坝长210 m，宽6.5 m。上游坝坡坡比自上而下分别为 1∶2.75、1∶3.25、1∶3.75，坝坡为干砌石护坡;下游坝坡坡比自上而下分别为 1∶2.0、1∶2.5、1∶2.5，坝坡为草皮护坡，坝脚设堆石棱体。

由于文溪水库存在下游坝坡出现散浸现象，坝坡稳定安全系数不能满足规范要求，溢洪道砌体勾缝老化脱落等诸多病险问题，被鉴定为“三类坝”，并进行除险加固。

2 大坝安全评价

2.1 工程质量评价

水库大坝工程质量评价的方法主要从现有资料和现场检查上来看，大坝施工时上坝土料基本符合有关规定，大坝施工质量基本达到规范要求。1972年下游坝坡高程174.56～180.06 m发现渗水现象，1974年进行了加固处理，但至今仍未完全解决下游坝坡渗漏问题，大坝左端下游坝坡高程184.06～189.06 m处存在较大面积的散浸现象;溢洪道陡坡段被水冲毁后，经修复仍然发现局部砌体勾缝脱落。工程经过多次维修加固，处于安全运行状态。综上所述，工程质量评价为基本合格。

2.2 大坝运行管理评价

大坝运行管理评价的内容包括大坝运行、维修和安全监测;为安全鉴定提供大坝的运行管理等基础资料，作为大坝安全综合评价及分类的依据之一。根据《中华人民共和国水法》、《水库大坝安全管理条例》、《水库工程管理通则》等管理法规，结合本水库具体实际情况，制定了“文溪水库枢纽工程运行管理制度”和其它规章制度，贯彻执行情况较好。大坝经过多次维修加固，但不够彻底。大坝安全监测工作较为薄弱，未能按规范要求全面开展，必测项目不完善，观测设施损坏严重，设备落后，仪器精度差。

2.3 防洪标准复核

文溪水库属中型水库，大坝属3级水工建筑物，洪水复核采用50 a一遇标准设计，1000 a一遇标准校核，符合《防洪标准》（GB50201-94）的规定。本次复核利用48 a降雨实测资料，采用推理公式法推求设计洪水，采用华东特小流域法推求的洪峰流量作为设计洪水。调洪演算原则为：当库水位达到195.56 m并开始上涨后，开启闸门，先按来多少，泄多少，尽量保持库水位不变，直到闸门全开泄洪，由此计算各频率洪水位，根据洪水位推求坝顶高程，经复核，现有坝顶高程能满足规范要求，但在实际运行中，溢洪道下游河道淤积较严重，影响了溢洪道正常的泄洪能力，大坝防洪安全性评定为B级。

2.4 大坝结构安全评价

大坝结构安全评价的内容包括变形和稳定分析。土石坝的重点是变形和稳定分析。大坝变形分析首先应作监测资料分析，文溪水库曾进行过简易的沉陷位移观测，而后中断观测，观测资料不齐全，且文溪水库大坝没有发生异常变形和开裂，也没有沿坝轴线地形和地质各种变化较大有开裂疑虑的，故可不进行变形计算分析。大坝边坡稳定计算采用北京理正软件设计研究院《土石坝边坡稳定分析程序》。根据复核计算成果，下游坝坡的最小安全系数不能满足规范要求。且从现场检查情况看，大坝上游坝坡块石护坡缝隙较大，小石子被淘空，护坡存在塌陷隐患;溢洪道启闭房基础砌石有较大裂缝，溢洪道局部砌体勾缝脱落。因此大坝结构安全等级可评为C级。

2.5 大坝渗流安全评价

大坝渗流安全评价的主要任务是复核原设计施工的渗流控制措施和当前的实际渗流状态能否保证大坝按设计条件安全进行。根据文溪水库的结构特点，大坝渗流安全评价主要依据本次勘察及试验资料，大坝为黏土均质坝，计算断面选用土坝最大断面进行计算，计算方法采用水力学方法达西定律进行计算，分析大坝各种工况的渗流状态，从而判断大坝渗流安全性。渗流分析成果显示：根据大坝渗流分析，在各种工况下，最大水力坡降为0.58，理论上大坝的渗流量较小。通过坝后量水堰对坝体渗流量的观测，最大渗流量为0.3 L/S。综上所述，大坝坝体的防渗性态满足规范要求，通过对堵口段导渗压载处理后，背水坡的湿坡范围有所减少，但坝左端背水坡高水位时存在渗流稳定薄弱环节。大坝经过30多年的运行，情况尚属正常，可以认为水库渗流性态基本安全，但仍然存在局部异常的渗漏，渗流安全性评定为B级。

2.6 大坝抗震安全评价

文溪水库的区域地震基本烈度为7度，需进行抗震复核。水库大坝抗震安全属结构安全范畴，主要复核计算大坝现状在地震动荷载条件下的稳定、变形及强度。文溪水库大坝为均质土坝，主要复核计算坝坡遇地震荷载作用的稳定性，经计算分析，大坝在正常荷载下遇地震的非常运用II工况下，下游坝坡的最小稳定安全系数为1.118，小于规范要求的1.15。不能满足规范要求。大坝抗震安全评定为C级。

2.7 综合评价

根据文溪水库工程质量大坝被评定为基本合格，水库大坝运行管理方面较好，防洪能力为B级，结构安全为C级，渗流安全为B级，抗震安全为C级的各分项评价结果，大坝综合评价为“三类坝”，应尽快采取除险加固措施。

3 大坝加固设计思路与方案

3.1 大坝加固设计

3.1.1 大坝防渗加固设计

大坝防渗加固，坝体上部渗漏通道防渗采用振动沉模防渗墙，两岸坝肩采用三管高压旋喷截渗墙进行防渗，背水坡加密导渗沟。振动沉模防渗墙厚度为0.20 m，墙体材料为水泥、细河砂、黏性土、膨润土、高效缓凝减水剂，砂浆配合以根据现场材料供应，由试验室确定;防渗墙沿坝轴线上游2 m位置，从左岸延伸至右岸，桩号0+005～0+185。墙顶高程197.7 m，坝内墙底高程178.0 m，坝肩段深入强风化基岩0.5 m，最大的防渗墙高度为19.7 m，防渗面积3 603 m2。两岸坝肩强风化层处理，两岸坝肩强风化透水层，布置三管高压旋喷灌浆形成截渗墙，三管高压旋喷灌浆，采用单排布置，桩径1.2 m，孔距1 m，排距0.9 m，其下部进入相对隔水层0.5 m，上部伸入全风化层1 m。三管高压旋喷灌浆布置于左坝肩桩号0+025.0～0+035.2 m，右坝肩桩号坝0+154.2～0+210.0 m，最大钻孔深度27 m，水泥浆相对密度1.5～1.7 g/cm3。

3.1.2 坝顶、坝坡加固设计

坝顶防浪墙底部位置布置振动沉模防渗墙，施工完成后进行修复，坝顶右岸雨水汇流、冲刷地带，结合下游坡排水设施进行加固。大坝下游坝坡173.9 m高程以下，原为干砌石护坡，未设置反滤层，拟拆除排水棱体顶160.0～179.90 m高程的草皮护坡及砌石护坡，改建为贴坡式排水，坝坡平整后，依次铺设土工布（300 g）、0.2 m砂垫层、0.2 m碎石垫层及0.3 m干砌块石，坡比不变，高程179.9 m平台宽度为2.2 m，排水棱体顶宽度为1.5 m。坝顶附近、坝下游两侧及坝脚排水沟进行修整、改造，排水沟边及底板均采用浆砌块石。

3.1.3 大坝观测设计

沉陷位移观测。为配合自动化监控系统的建设，拟新建设置沉陷位移自动监测系统。在大坝共设置15个自动观测沉陷位移测点，沉陷位移观测点在迎水坡197.0 m一排5点，坝顶靠下游侧198.0 m高程一排5点，背水坡179.90 m和160.00 m高程各布置一排分别设3点和2点，总共15点，分别位于大坝纵向桩号0+035 m、0+065 m、0+095 m、0+125 m和0+150 m处。并在沉陷位移标点上安装感应遥测系统，同时设置人工观测所需的视准线、工作点、后视基点等，在系统发生故障时，进行人工补测，以保证数据的连续性。

人工观测水平位移观测采用视准线法，共布置4条视准线，8个工作基点，8个后视基点，15个自动观测沉陷位移观测点。

人工观测垂直位移观测采用水准法，建立三级水准网络，水准基点设在大坝承压区外岩石（或实地）上。

3.1.4 量水堰加固

坝后量水堰周边排水设施被山沟水冲毁，山坡水流入堰内，造成碎石、泥沙堆积，无法正常观测，要进行重新修整，挖除堰内堆积的碎石、泥沙，量水堰底部尺寸为长 ×宽 =13 m×2 m，边墙采用C15混凝土结构，堰口和排水沟设于左岸，M7.5浆砌石排水沟总长122 m。

3.2 溢洪道加固设计

溢洪道位于大坝右岸，为挂闸实用堰，堰顶高程191.06 m，净宽12.0 m，设两扇6 m×4.8 m弧形钢闸门，闸门使用水封橡皮止水，钢闸门主梁、纵梁和斜支撑等均采用钢板焊制。采用底流式消能，最大泄洪流量305 m3/s。启闭设备为手电两用2×10 t卷扬机。启闭房为砖混结构。溢流堰闸室后依次为平底段、第一陡坡段、第二陡坡段、一级消力池、消能坎、第三陡坡段、二级消力池、平底过渡段、第四陡坡段及第三消力池。

3.2.1 溢洪道加固设计方案选择

根据目前现状存在的问题是：平底段及第一陡坡段底板有渗水现象，第一陡坡段末端曾遭冲毁，第二、三陡坡段末端浆砌条石底板被掀掉（面积约300 m2），第三消力池底部淘刷严重，下游河道淤积严重，高速公路下左侧墙边坡堆积层厚。

本次加固设计拟定原溢洪道加固、溢洪道改线及泄洪洞3个方案进行方案比较，原溢洪道加固最经济，虽然采取一些加固措施，但第一消力池，第四陡坡弯段水流紊乱的问题得不到彻底解决，溢洪道改线方案比泄洪洞方案节省300多万投资，故推荐溢洪道改线方案，改线方案海漫段为避开高速公路桥桥墩，平面上在消能坎首端设一折线转弯。改线后的溢洪道由进水渠、溢流堰闸室、平底段、第一陡坡段、第二陡坡段、第一消力池、消能坎、第三陡坡段、二级消力池、水平过渡段、海漫、防冲槽组成，总长462.63 m。加固设计包括启闭房翻建成框架结构，闸室基础进行三管高压喷射灌浆处理，溢洪道底板浇筑C25混凝土，底板基础面上开挖纵横向排水沟，并埋设排水系统。溢洪道两侧采用C20埋石混凝土加固，侧墙后设浆砌块石排水沟。

3.2.2 溢洪道进口钢闸门和启闭设备改造

溢洪道闸门经过40多年运行后锈蚀比较严重，已达到使用年限，底侧止水橡皮老化、磨损严重。进口闸门启闭设备老化，启闭机及其钢丝绳锈蚀严重，运行不灵活，为保证安全运行，需重新更换2扇弧形钢闸门，埋件不进行更换，更换启闭机及其钢丝绳。

3.3 输水隧洞加固改造

输水隧洞位于大坝右侧，为钢筋混凝土衬砌有压洞，圆形断面，内径2.0 m，总长度214.0 m，进口高程172.56 m，最大输水流量7.2 m3/s，闸门型式为钢筋混凝土闸门，孔口尺寸为1.6 m×1.2 m（高×宽），采用20 t手摇电动两用螺杆启闭机。

3.3.1 闸门及启闭设备更新

目前输水隧洞建筑物运行正常，闸门及启闭设备运行40多年，存在进口钢筋混凝土闸门严重老化、变形、启闭设备锈蚀等现象。加固设计针对钢筋混凝土闸门严重老化，无法启闭的问题，更换为钢闸门，主要材质为Q235钢，喷砂除锈达2.5级后，喷锌200 μm，再喷涂浅灰色氯化橡胶铝粉防锈添二道，干膜厚120 μm，钢闸门尺寸不变，为1.6 m×1.2 m。

3.3.2 输水隧洞出口放水设备更新

输水隧洞出口放水闸阀运行时间久，现已失效，加固设计拟对出口放水闸阀进行更换，更换后的闸阀尺寸与原来的一致，为φ1000圆形阀。