郑家河水库大坝除险加固与安全鉴定分析

2021-07-15李元旗

陕西水利 2021年6期

李元旗

(陕西省延安市黄陵县水库管理处，陕西延安 727300)

大坝安全对水库正常运行和发挥效益至关重要，郑家河水库地处黄土高原区，地质情况复杂。虽然经过一次除险加固，但仍存在部分问题，为科学判定大坝问题，需对水库除险加固情况与安全进行分析。

1 概况

郑家河水库位于陕西省黄陵县城西北约30 km的淤泥河上游郑家河村以上500 m处。水库1970年10月开始动工，1973年11月竣工，2000年进行过除险加固，控制流域面积73 km2，多年平均径流量307万m3，总库容1250万m3，其中兴利库容810万m3，滞洪库容425万m3，调节库容810万m3。1000 a一遇校核洪水位1033.7 m，50 a一遇设计洪水位1032.4 m，正常蓄水位1031.0 m，汛限水位1030.0 m，死水位1017.0 m，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等多功能的Ⅲ等中型水库。

水库大坝为均质土坝，最大坝高28.0 m，坝顶宽7.0 m，坝长463 m。坝顶高程1035.0 m，坝基高程1007.0 m。上游迎水坡坡比1∶3，下游背水坡由反滤体顶到高程1027 m坡比为1∶2.5，从高程1027.0 m到坝顶坡比为1∶2，大坝背水坡在高程1027 m、1018 m处设置平行于坝轴线的1 m宽戗台，在戗台上砌深0.25 m，底宽0.4 m梯形断面排水沟两道。在基础坝轴线中线处开挖结合槽一道，深2 m，底宽3 m，边坡坡比为1∶1。下游坝脚设有反滤体，高4 m，顶宽1 m，底宽12.5 m，长84 m。

2 水库运行至第一次除险加固前存在的问题

郑家河水库自建成以来，由于大坝施工质量差，坝基砂砾石基层未做截渗处理等，造成坝基、坝体渗漏严重，坝基存在渗透破坏的危险，致使水库只能长期低水位运行，效益难以发挥。

2.1 第一次评价结论

水库大坝设计等级、防洪标准基本满足规范要求，上下游坝坡稳定安全系数可满足规范要求，但由于坝体填土干密度低，具有强压缩性和湿陷性，在高位蓄水时，坝坡必将产生大量裂缝甚至滑坡，因此坝坡是不稳定的；另外，由于坝体施工质量差，坝基处理不彻底，不仅存在严重的渗漏问题，而且坝基有渗透破坏的可能。放水洞裂缝严重，溢洪道不能安全过流，大坝安全监测设施不完善，故大坝不能正常安全运行。

2.2 第一次除险加固内容

针对水库大坝存在的问题，在大坝上游1018.0 m高程以下采用防渗墙截渗，墙体插入基岩0.5 m；1018.0 m高程以上采用复合土工膜加盖正六边形混凝土盖板的防渗处理措施。坝体表面沉降位移观测采用视准线法，在桩号BD0+390、BD0+290、BD0+190、BD0+090四个断面共设计14个坝面观测位移标点。在上下游坝肩和下游两戗台各设1排渗流观测孔观测渗流情况。为全面反应坝体浸润线变化，在桩号坝BD0+010、BD0+203、BD0+333设两个观测断面，每个断面设3～4个渗流观测孔，以监测大坝渗流状态。坝顶道路采用混凝土路面，路面宽5 m，混凝土面层厚15 cm，道路两侧分别设置1 m宽人行道。坝顶照明、生产管理房屋改造400 m2等其他附属工程设计。

3 大坝现场检查与监测分析

3.1 检查出的问题

2020年8月，对郑家河水库大坝进行了现场检查，存在的主要问题如下：坝顶混凝土道路路面出现裂缝；防浪墙向上游倾斜，破损比较严重。上游坝坡混凝土盖板表面混凝土局部有分化、破碎、破损现象。坡面局部杂草丛生，步道局部破损严重。下游坝面杂草丛生。坝顶设置照明灯，几乎一半以上运行不正常，照明灯损坏严重。监控设施部分损毁，不能正常工作，坝上管理房损毁严重。

3.2 安全监测分析

郑家河水库大坝上虽然建设有渗流观测孔、坝面观测位移标点。但是从2004年10月后一直未进行数据观测，监测资料不全，无法进行运行数据对比分析。

根据郑家河水库历次巡视检查资料，水库自建成以来，由于施工质量问题以及坝基湿陷性黄土未处理，导致大坝在建成后坝基和绕坝渗流问题严重，坝体上游面出现诸多裂缝，一直未能正常蓄水，最高蓄水位1021.7 m，一般蓄水位1018 m。2000年进行除险加固后，坝体未出现渗漏情况。郑家河水库大坝浸润线观测资料仅有2002年5月～2004年10月的观测数据。因此本次仅对现有观测数据进行分析，根据监测数据绘制各观测孔曲线见图1。

图1 大坝浸润线观测图

从图1可以看出，各测点观测水位值与库水位具有一定相关性，A1观测孔靠近上游侧，其测值变化随上游水位变化而变化，A2和A3观测孔靠近下游侧，其观测值基本稳定，变化很小，说明大坝采用上游1018.0 m高程以下设置防渗墙和1018.0高程以上土工膜加砼盖板防渗效果明显。

4 大坝工程质量评价

4.1 工程地质条件

坝址处河谷不对称，右岸为侵蚀岸坡，岸坡陡峻，左岸为堆积岸坡，地形较缓。坝基为三叠系砂页岩，为相对隔水层，顶板高程在993.5 m左右，砂页岩以上为黄土地层，坝址左岸分布有上更统黄土，该黄土土质疏松，渗透性大，为自重湿陷性黄土。在两岸分布有中更新统黄土，其中右岸分布在1027 m高程以上，左岸在砂页岩以上。右岸1027 m高程以下出露下更新统黄土，厚度较大，该黄土土质微密，不湿陷，渗透性较弱，强度较高。坝区一级阶地上部厚1.5 m左右的壤土，下部为砂卵石层，透水性较强，二级阶地上部为冲洪积壤土，具有湿陷性，下部为砂卵石层，厚15 m左右。坝址处河漫滩堆积层下部为砂卵石层，厚度5.2 m～9.5 m，上部为壤土层，具有水平层理和高压缩性。

依据《中国地震动参数区域划分图》(GB 18306-2015)确定工程区地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度为Ⅵ度。

4.2 工程质量评价

经过检测与观测成果分析，水库坝基采用高压旋喷灌浆防渗墙处理，防渗墙轴线位于上游坝坡1018.0 m高程处，防渗墙起始桩号为坝BD0+000，终止桩号为坝BD0+390 m，全长390 m。墙体穿过坝体填筑层和河床砂砾石层，插入基岩0.5 m。坝体防渗加固工程，经蓄水试运行，未出现异常情况，说明坝体防渗效果显著，达到设计目的。

大坝质量检测土样取自坝面以下1.3 m～26.0 m，经过试验测试，渗透系数平均值为：垂直KV=3.4×10-6cm/s，水平KH=6.1×10-6cm/s，小于《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)4.1.5要求的渗透系数1×10-4cm/s，渗透系数满足规范要求。击实最大干密度为1.94 g/cm3，大坝坝体土样检测干密度取值为1.43 g/cm3～1.66 g/cm3，计算大坝坝体填筑土料压实度为74%～86%，按照《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)4.2.3要求，3级中、低坝及3级以下的中坝压实度应为96%～98%，小于规范要求值，不满足压实度要求。综上所述，大坝填筑质量不满足规范要求。

5 防洪能力与稳定性复核

5.1 库水位分析

郑家河水库蓄水运行至今已经接近50年，2000年除险加固之前，由于坝体质量差，坝基和绕坝渗漏严重等原因，水库未按设计蓄水，一直处于低水位运行状态，造成水资源严重浪费，得不到有效的利用。除险加固后，由于汇流面积不大，再加上有灌溉供水需求，水库水位一直未能按照设计蓄水，处于低水位运行状态。

5.2 防洪能力复核

由于郑家河水库坝址无实测洪水资料，根据《延安地区实用水文手册》简称“手册” 以及附近的水文站分布情况，采用水文比拟法、推理公式法、洪峰流量汇水面积相关法以及综合参数法计算洪峰流量，确定其值为50 a一遇设计洪水流量为220 m3/s，1000 a一遇设计洪水流量为420 m3/s。经复核，溢洪道堰顶高程1031.0 m，堰宽5 m，50 a一遇设计洪水位1033.02 m，相应的最大泄量为24.11 m/s；1000 a一遇校核洪水位为1034.33 m，相应的最大泄量为51.13 m/s。本次采用新的洪水成果复核后，校核洪水位较现状运行的校核洪水位1033.7 m增加了0.63 m。通过坝体超高复核，现状坝顶超高1035.703 m满足要求。水库下游泄洪通道畅通，不会对水库泄洪产生影响。

通过上述分析可知，水库防洪标准是符合现行规范要求，水库坝顶超高满足要求。

5.3 大坝渗流

从现场检查看，郑家河水库内未出现旋涡漏水，上游坝坡未出现塌陷，下游坝坡无渗漏点。经过20年运行观察，第一次除险加固后，未见渗流，因此不再复核。

6 结论与建议

本次依据《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》(SL 258-2017)的要求，在收集资料、现场安全检查、地质勘察、安全分析计算的基础上，通过对郑家河水库大坝工程质量、防洪能力、渗流安全等方面进行评价。

6.1 结论

郑家河水库坝顶道路混凝土路面中间有裂缝，防浪墙局部向上游侧倾斜，局部墙体有贯穿裂缝，表面粉刷脱落严重。上、下游坡面杂草丛生，上游坡面正六边形混凝土盖板表面混凝土局部有分化、破碎、破损现象，步道局部破损严重。水库大坝坝体表面变形、渗流量、上下游水位、降水量、气温、库水温等监测设施不完善，监测数据的确缺失，无法对大坝安全运行状态进行有效的分析。