观顶水库安全鉴定及评价

白莹莹

（宁波市鄞州区水利水电勘测设计院,浙江 宁波 315192）

0 引言

观顶水库在前期安全鉴定的基础上进行了除险加固工作,主要作业内容为坝体加固、坝体及坝基接触带防渗、溢洪道治理、大坝观测设施布置及启闭设备更换等。为持续掌握水库安全运行状况,验证除险加固工作成效和监测设施水平,决定开展加固作业后的安全评价工作。

1 工程概况

观顶水库位于宁波市海曙区,始建于1958 年,2015 年完成水库除险加固竣工验收。观顶水库上游流域面积2.202 km2,主流长度2.682 km,总库容222.53 万m3,正常库容175.59 万m3,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电的小（1）型水库,水库灌溉农田1200 亩,发电260 万kW·h,保护下游龙峰村、龙谷村及五龙潭风景区。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水隧洞及引水隧洞等组成。水库枢纽平面布置见图1。

图1 水库枢纽平面布置图

2 安全鉴定

2.1 工程质量评价

工程质量评价是在基础资料收集整理分析、现场安全检查的基础上,了解大坝基础处理、坝体坝基防渗处理的有效性,大坝结构的完整性、耐久性与安全性[1]。

2.1.1 坝肩坝基

坝肩、坝基建基面均为弱风化基岩,建基面处理效果较好,右坝肩套井土与Ⅱ层弱风化基岩接触段渗透系数为1.47×10-4cm/s；坝基段坝体土与Ⅱ层弱风化基岩接触段渗透系数为1.29×10-4cm/s~2.40×10-3cm/s,平均值为7.19×10-4cm/s,均为中等透水性,长期运行存在渗漏隐患。弱风化基岩现场压水试验测得透水率为q=0.8 Lu~2.1 Lu,属微～弱透水性。水库大坝右侧排水沟有漏水现象,大坝防渗土体、防渗土体与弱风化基岩接触段均为中等透水性（岩）土体,不能满足规范要求,且套井土填筑不均一,局部斜墙厚度较薄（ZK102号孔揭露厚度仅为1.9 m）。库水存在通过坝体土、坝体土与坝基接触段向下游渗漏的可能性。

2.1.2 防渗体

大坝防渗体由套井土、斜墙土及坝体土共同组成。渗透性：套井土现场注水试验渗透系数为3.42×10-4cm/s~1.22×10-3cm/s,为中等透水性；斜墙土现场注水试验渗透系数为1.43×10-4cm/s~2.21×10-3cm/s,为中等透水性；坝体土现场注水试验渗透系数为1.15×10-4cm/s~2.60×10-3cm/s,为中等透水性。

2.1.3 坝体结构

坝顶为人行道及沥青路面,坝顶最低高程为544.28 m,坝顶无明显裂缝、无明显不均匀沉降。坝顶宽度为12 m,防浪墙顶最低点高程为545.37 m。大坝迎水坡为二级坡,自上而下坡比依次为1∶2.30、1∶3.00,采用干砌块石护坡；背水坡为三级坡,自上至下坡比依次为1∶1.97、1∶2.02、1∶2.08,分别于539.30 m、528.50 m高程处设5.20 m、1.50 m宽马道,背水坡采用梅园石护坡,护坡完整性较好,未发现有隆起、塌坑现象。溢洪道位于大坝左端,溢洪道进口段为C25 砼护底,控制段为山体基岩开挖而成,泄槽段左侧为山体,右侧为砼导墙,底部为基岩,泄槽末端设钢筋砼消力池,后接泄洪渠将水导至下游溪坑。

2.1.4 工程质量评价结论

从以上分析可知,坝区工程地质条件较好,工程质量基本满足设计和规范要求,在多年运行过程中发现大坝坝脚处存在漏水现象,水质尚清澈,水量较大,但尚不严重影响工程安全,工程质量评为基本合格。

2.2 防洪能力复核

通过调洪演算和大坝防洪能力复核,汇流历时采用实际汇流历时,当坝顶上游侧设有防浪墙时,坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。当防渗体顶部设计有防浪墙时,防渗体高程不低于正常运用条件的静水位,计算结果见表1和表2。

表1 观顶水库防浪墙顶高程计算成果表 单位：m

表2 观顶水库坝顶、防渗体顶高程计算成果表 单位：m

（1）经复核,大坝所需需防渗体顶高程为542.85 m,现状防渗体顶高程为544.10 m,大坝防渗体顶高程满足规范要求。

（2）经复核,大坝所需防浪墙顶高程为544.05 m,现状防浪墙最低点高程为545.37 m,防浪墙顶高程满足规范要求。

（3）经复核,大坝所需坝顶高程为543.43 m,现状坝顶最低点高程为544.28 m,坝顶高程满足规范要求。

综上,大坝防渗体顶高程、防浪墙顶高程、坝顶高程均满足规范要求,故评定本水库大坝防洪安全性级别为A级。

2.3 渗流安全评价

渗流稳定分析的目的是复核当前的实际渗流状态能否保证大坝安全运行。

2.3.1 计算工况

选择典型断面进行渗流稳定分析,计算工况选取如下：

工况一：正常蓄水位541.33 m,下游无水；

工况二：设计洪水位542.85m（P=3.33%）,下游无水；

工况三：校核洪水位543.43m（P=0.33%）,下游无水。

工况四：上游库水位降落,上游水位由校核洪水位543.43 m骤降至1/3 坝高处即水位532.20 m,下游无水。

2.3.2 计算方法

计算方法采用有限元法,计算工具采用河海大学AutoBank软件。渗流有限元分析基本方程：

式中：[K]为透水系数矩阵；{H}为总水头向量；{Q}为流量向量。

2.3.3 计算结果

计算结果见表3及图2~图4。

表3 大坝渗流计算结果表

图2 正常蓄水位水头等值线图

图3 设计洪水位水头等值线

图4 校核洪水位水头等值线图

2.3.4 计算结果分析与评价

从单宽渗流量来看,大坝的渗流量较小。按照上游正常蓄水位、下游无水的工况,对大坝一年的渗流量作大致估算：7.38×10-6×127×0.8×3600×24×365/10000=2.36 万m3。

根据现场注水试验,右坝肩套井土与弱风化基岩接触段及坝基段坝体土与弱风化基岩接触段均为中等透水性,长期运行存在渗漏隐患。

2.4 结构安全评价

2.4.1 计算工况

确定观顶水库稳定计算的工况为：

（1）工况一：正常运用时上游水位达到正常蓄水位541.33 m,下游无水时稳定渗流期的下游坝坡稳定；

（2）工况二：正常运用时上游水位达到设计洪水位542.85 m,下游无水时稳定渗流期的下游坝坡稳定；

（3）工况三：非常运用时上游水位达到校核洪水位543.43 m,下游无水时可能形成稳定渗流期的下游坝坡稳定；

（4）工况四：非常运用时上游水位由校核洪水位543.43 m 骤降至1/3 坝高处即水位532.20 m,下游无水时上游坝坡稳定。

（5）工况五：上、下游均无水的情况,上下游坝坡稳定。

2.4.2 计算结果

计算方法采用计及条块间作用力的简化毕肖普法,计算工具采用河海大学AutoBank软件,计算成果见表4及图5~图9。

表 4 大坝稳定计算成果表

图5 大坝正常蓄水位下游稳定计算结构图

图6 大坝设计洪水位下游稳定计算结构图

图7 大坝校核洪水位下游稳定计算结构图

图8 大坝水位骤降期上游稳定计算结构图

图9 上、下游均无水时上、下游稳定计算结构图

2.4.3 评价结论

通过对大坝的结构安全评价可知大坝上下游坝坡抗滑稳定满足规范要求；大坝不存在危及安全的异常变形；溢洪道左右侧边坡稳定,泄流安全,输水建筑物泄流安全,近岸坝坡稳定。根据以上情况,评定本水库大坝结构稳定安全性级别为A级。

2.5 金属结构安全评价

观顶水库金属结构主要包括引水隧洞、放水隧洞及其配套设施等。大坝引水隧洞位于水库库区中部左侧山谷,隧洞长590 m,隧洞进口底高程540.95 m,出口底高程538.90 m,隧洞尺寸为2.0 m×1.9 m（宽×高）；放水隧洞位于大坝左端,洞长105 m,进口段为圆形,直径0.6 m,洞身段为马蹄形,隧洞尺寸为1.7 m×1.9 m（宽×高）,采用SYZ型600 镶铜圆闸门及其配套φ30 不锈钢拉杆及启闭机,出口底高程526.63 m。

放水隧洞及其配套设施均未出现腐蚀、变形等现象,启闭机运行良好,根据以上情况,评定本水库金属结构安全性级别为A 级。

2.6 水库综合鉴定结论

观顶水库大坝的工程质量基本合格,大坝防洪能力满足国家要求的洪水标准,渗流性态基本安全,结构稳定满足规范要求,金属结构安全,尚能正常运行,综合评定为二类坝。

3 结语

水库安全鉴定首要事项是做好安全评价,文章详细论述了安全评价工作的组成事项,即包括基础资料收集整理,现场安全检测,各项复核计算与专项评价,结合各分项评价意见作出枢纽的安全综合鉴定结论。同时应依据鉴定结论和暴露出的缺陷对坝体及时进行处理,加强后续安全运行监测和科学管理。