江西省新干县窑里水库安全评价分析

邓升，王都，裴世强，3

（1.江西省水利科学院，江西 南昌 330029；2.九江市水利电力规划设计院，江西 九江 332000；3.江西省洪图水利水电设计有限公司，江西 南昌 330029）

新中国成立以来，我国新建大量水库，在防洪、灌溉、发电等方面取得了巨大效益，为促进经济发展和提高人民生活水平做出了巨大贡献[1，2]。由于大多水库建于新中国成立初期，物资设备有限，设计和施工技术相对落后，工程质量相对较差，致使大部分水库存在病情险情和其他不安全因素，从而影响水库效益的发挥，甚至造成垮坝的危险[3，4]。对大坝及时进行安全鉴定，诊断病险隐患，采取加固措施是十分必要的。

从地质情况、防洪标准、运行管理、渗流及结构安全等方面，对江西省新干县窑里水库的安全性进行全面复核和评价，找出工程存在的问题，提出加固建议。

1 工程概况

窑里水库位于江西省新干县城上乡河陂村，处于东经115040′、北纬27041′，距离县城约45 km，是以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖等综合效益的中型枢纽工程。水库坝址以上控制流域面积74.2 km2，总库容3 846×104m3，兴利库容2 576×104m3，死库容90×104m3。水库正常蓄水位136.50 m，设计洪水位139.05 m，校核洪水位140.72 m。枢纽主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道、灌溉发电隧洞、导流放空涵（已封堵）和电站等。主坝为均质土坝，2009年除险加固时增设混凝土防渗墙，坝顶长420.0 m，最大坝高36.25 m。

水库于1965年8月动工，1969年春竣工，后经1979、2010年加高加固至现有规模。在原设计、施工以及地质勘察等资料基础上，以水库多年来的运行、检查记录和监测资料为依托，同时进行一定数量和范围的检查、检测，依据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和其他相关规程规范，进行复核计算，全面评价水库大坝安全状况。其主要内容包括：现场安全检查及安全检测、安全监测资料分析、工程质量评价、运行管理评价、防洪能力复核、渗流安全评价、结构安全评价等。

2 工程存在的主要问题

窑里水库因施工准备工作不充分、勘察设计标准较低，投入运营后暴露出不同程度险情，存在很多安全隐患。管理单位采取了适当的加固措施，受资金等因素制约，工程安全隐患不能根除。经现场调研及分析，工程存在以下主要问题：①坝顶防浪墙墙体出现贯穿性裂缝，下游排水沟淤塞严重；②溢洪道溢流面混凝土抹面剥落、裂缝，局部出现析钙现象；③隧洞出口靠近副坝下游坡脚的地面出现沼泽地及渗漏量较大渗漏点；④隧洞闸门止水失效、漏水严重且洞身有多处渗水；⑤管理设施不完善，大坝无安全监测设施，部分渗流监测设施失效，量水堰布置数量不足，通信报讯设备落后，无交通工具等。

3 工程的安全分析与评价

针对水库工程存在的以上问题，从工程地质、防洪能力复核、渗流安全和结构安全4方面进行分析评价。

3.1 工程地质分析

库区处于华南褶皱系，华夏褶皱带赣中南拱褶断束。基底是一单斜或小褶皱构造，伴有燕山早期花岗岩侵入体，位于桐林—七秦向斜的东南翼，产状变化不大，岩层一般倾向西北，倾角60～80°。工程区西北和东南各有一区域断裂，延伸十几千米，挤压带宽3～15 m，分别属压扭性和张性，并切割基底震旦系岩层，距库区2～3 km，对库区影响不是很大。

工程区植被茂密，固体径流来源少，水库淤积不严重。库区周围冲沟、阶地较发育，但未发现滑坡、坍塌、溶洞、低陷等不良地质现象，库岸边坡较稳定。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），库区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应地震烈度为VI度，区域稳定性较好。

3.2 防洪能力复核

3.2.1 防洪标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）及《水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见》，水库枢纽主体工程等别为Ⅲ等，永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级，设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为1 000 a一遇，近期非常运用洪水标准为500 a一遇。

3.2.2 洪水复核

利用瞬时单位线法推求水库设计洪水过程，各频率设计洪峰、洪量详见表1。

表1 各频率设计洪峰、洪量

本次设计洪水与历次设计洪水相差较大，分析认为：历次设计洪水与本次设计洪水推求方法一致，但历次采用1986版《江西省暴雨查算手册》，本次采用2010版《江西省暴雨查算手册》，新旧版手册暴雨参数取值与产汇流分区有所差别，分别属于Ⅳ区和Ⅲ区，汇流参数的取值不同，导致计算结果相差较大。比较邻近流域水库与窑里水库设计洪水，洪水模数基本在合理范围内，认为水库设计洪水合理。

3.2.3 调洪演算成果

根据窑里水库水位—库容曲线和溢洪道水位—泄流关系曲线，对溢洪道进行调洪演算，不同频率的设计洪水调洪演算成果详见表2—3。

表2 窑里水库设计洪水调洪演算成果（正常运用情况）

《窑里水库初步设计报告》中，校核水位140.68 m，设计水位139.02 m，本次复核成果均比原初步设计成果略大，偏安全考虑，安全评价采用本次复核成果，即校核洪水位140.72 m、设计洪水位139.05 m，相应泄量分别为963.64、427.99 m3/s。

表3 窑里水库设计洪水调洪演算成果（非常运用情况）

3.2.4 坝顶高程复核

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：当坝顶上游设有防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。防浪墙顶的高程等于设计洪水位与正常运用条件的坝顶超高和校核洪水位与非常运用条件的坝顶超高的高者。坝顶超高及坝顶高程计算结果详见表4—5，现状坝顶高程满足规范要求。

表4 大坝安全超高计算结果m

表5 坝顶高程计算结果 m

3.2.5 复核结论

（1）窑里水库原设计防洪标准满足《中华人民共和国防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》要求，不需要调整。

（2）原设计洪水成果需调整为设计洪水位139.05 m（原设计139.02 m），校核洪水位140.72 m（原校核140.68 m）。

（3）溢洪道泄槽段边墙高度不满足规范要求，下游未修建泄洪渠，泄洪时易使下游两岸受到冲刷，水库泄洪建筑物泄流能力不满足安全泄洪要求。

（4）水库洪水调度运用方式符合水库特点，满足大坝安全运行要求，不需要修订。

（5）大坝现状防浪墙顶高程及防渗体顶高程满足规范要求。

依据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），窑里水库防洪标准及大坝抗洪能力满足规范要求，但洪水不能安全下泄，大坝防洪安全性评为B级。

3.3 大坝渗流安全复核

根据坝区地质，同时考虑渗流监测设施埋设情况，渗流计算选取最大坝断面为计算断面。按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，复核计算成果详见表6，正常蓄水位稳定渗流计算成果如图1所示。

表6 大坝稳定渗流计算结果

图1 正常蓄水位下稳定渗流计算成果

副坝渗流监测设施少于3个监测横断面，不满足规范要求。自动监测系统失效，监测数据不足，无法判断大坝运行过程中是否存在异常。坝体整体渗流稳定，混凝土防渗墙及帷幕灌浆防渗效果较好，各土层渗透坡降均小于允许值，坝体局部渗透稳定性满足要求。主坝排水设施完善，坝脚排水体块石较平整，无明显沉陷、架空等现象。副坝坝脚未按除险加固设计新建贴坡式排水体、排水沟、集渗沟，反滤排水设施不完善，不利于排水。坝基、两岸坝肩帷幕灌浆质量较好，抽检结果显示主、副坝帷幕灌浆透水率变幅分别在0.37～5.9、3.0～7.7 Lu，均小于设计指标（10 Lu），大坝自除险加固后未发现坝基、坝肩渗漏现象，渗流安全满足要求。经综合评定，大坝渗流安全为B级。

3.4 结构安全分析

3.4.1 坝体结构安全性分析

根据规范要求并结合水库大坝坝体结构、工程运行状况和地质条件等具体情况，选取最大坝高断面作为典型断面用于坝坡稳定分析，如图2所示。

图2 坝体计算分区

坝体上、下游坡在各种可能的不利工况下的抗滑稳定性计算成果见表7。在各工况下，大坝的上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

表7 主坝坝坡抗滑稳定计算结果

3.4.2 溢洪道结构安全性分析

经过对溢洪道泄流能力、消能防冲能力及边墙稳定性进行复核分析，得出以下结论。

（1）溢洪道整体结构较好，进口段、控制段及泄槽段底板平整，堰体结构完整，未见明显破损、大裂缝等，边墙稳定性较好，安全检测结果显示所检部位的堰体、底板及边墙的混凝土强度平均值基本达到原设计强度等级，满足设计要求。溢洪道整体结构安全性较好。

（2）在设计及校核工况下，溢洪道泄流能力满足设计要求；能够承载校核情况下的最大下泄流量，泄流能力能够满足规范要求。

（3）溢洪道泄槽底板抗浮稳定及边墙抗滑稳定、抗倾覆稳定均满足要求，边墙基底应力满足要求，但泄槽段边墙高度不满足规范要求，泄洪渠未做衬砌，泄洪时下游两岸易受到冲刷。

（4）溢洪道控制段堰基抗滑稳定及堰基面应力均满足规范要求，边墙抗滑、抗倾覆稳定性满足规范要求。

3.4.3 灌溉发电隧洞结构安全性分析

启闭竖井、钢筋混凝土衬砌段整体结构较好，未见蜂窝、麻面等，洞身局部有漏水点，但基本在施工缝处，涵管钢衬段局部发现锈蚀，未严重影响结构安全；经复核，进水口闸室抗滑稳定及基底应力均满足规范要求；所选断面的配筋面积、钢筋应力和裂缝控制均满足规范要求；涵管钢衬厚度和环向钢筋应力满足规范要求。隧洞出口靠近副坝下游坡脚处发现沼泽地与渗漏点，经现场检查与安全检测，渗漏是由于涵管段伸缩缝处止水橡皮安装不良或老化破损、失去止水功能、导致伸缩缝成为渗漏通道造成的，影响副坝下游坡脚稳定。

4 结论与建议

4.1 结论

通过分析复核，水库现存问题尚不严重影响大坝运行，根据《水库大坝安全鉴定办法》（水建〔2003〕271号）、《江西省大中型水库定期安全鉴定实施办法》（赣水建管〔2017〕44号）及《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），评定窑里水库大坝为二类坝。

4.2 建议

窑里水库已运行逾50 a，为确保安全运行和充分发挥社会效益和经济效益，建议尽快采取如下处理措施。

（1）对施工缝错缝及漏水的隧洞钢筋混凝土衬砌段进行回填、固结灌浆处理，采用环氧砂浆填塞施工缝漏水位置。

（2）建议挖除伸缩缝漏水的涵管段，新建钢衬钢筋混凝土涵管，并将钢衬段向隧洞进口方向延长数米。

（3）建议根据实际情况调整及校正事故检修闸门的中心位置，并更换止水橡皮。

（4）按规范要求完善大坝安全监测设施，修复渗流监测设施，增设变形监测设施、量水堰等。

（5）加固前，加强检查观测、科学管理和合理调度，确保大坝安全运行。