良西水库大坝安全评价分析

梁小龙

(江门市科禹水利规划设计咨询有限公司，广东 江门 529000)

1 工程概况

良西水库位于恩平市的北部，库区跨良西镇和大田镇交界山区，库址所在水系属潭江左岸一级支流良西河上游，是一座以灌溉为主结合防洪、发电等综合利用的中型水库。水库总集雨面积 34.63 km2，总库容 3667万m3，防洪限制水位 52.50 m，相应库容为 2152万m3； 设计洪水位(P=2%)为54.77 m，相应库容为2753万m3；校核洪水位(P=0.1%)为 58.043 m，相应库容为 3667万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)[1]和《防洪标准》(GB 50201—2014)[2]的规定，良西水库工程等别为Ⅲ等，设计洪水标准为50年一遇(P=2%)，校核洪水标准为 1000 年一遇(P=0.1%)。2002年经江门、恩平两地多位专家对良西水库的安全鉴定，一致认为水库大坝安全类别为二类坝。

2 工程安全评价与分析

针对良西水库当前工程所存在的问题，本文从地质、渗流安全、防洪标准以及结构安全等方面进行安全评价与分析。

2.1 工程地质分析

2.1.1 坝体工程地质

根据钻孔揭露情况，水库坝体填筑土(层号：①1多由花岗岩风 化残积土回填而成，局部夹含风化碎石，土质不均匀，黄褐、红褐色，稍湿， 松散～稍密状态，揭露层厚 4.3～30.5 m。现场注水 23 段，得出坝体填筑土，渗透系数k介于 1.02×10-4～6.71×10-4cm/s，平均值为 4.25×10-4cm/s， 渗透性能属于中等透水性。现场标贯试验 22 次，修正后标贯击数N=6.1～12.6 击，平均值为 8.8 击。取坝体原状土样 18 件，得出填筑土的天然密度平均值 为 1.94 g/cm3,天然含水率平均值为 22.9%，平均孔隙比e为 0.678，抗剪强度(慢剪)小值平均值为cc q=17.9 kPa、φc q=27.1°，压缩系数大值平均值为α0.1-0.2=0.461 MPa-1、压缩模量小值平均值Es0.1-0.2=3.76 MPa。

坝体背水坡及左右坝肩均未发现漏水、散浸迹象，但在坝体背水坡反滤体下部局部可见渗漏现象，渗出物质主要为红色锈水，但渗漏量不大。推测渗透位置主要发生在坝体、坝体与坝基接触部位，需要通过计算复核其渗流安全性以及变形和抗滑稳定性。

2.1.2 坝基工程地质

根据地质测绘及钻孔揭露的情况，水库坝基岩土层按地质成因从上向下依次为： 第四系坡积层(Q4 dl) ②1砂质黏土：灰绿色、灰黄色等；主要由粉黏粒和石英砂砾等组成，干强度高，韧性中等；第四系残积层(Q4 el) ③残积土：黄褐色、红褐色；稍湿；硬塑状态；主要由花岗岩风化残积形成，石英和长石等已风化为黏土矿物含石英质细砾，含量约 20%～30%，及少量长石细砾；燕山期花岗岩(γ52(3)) ④2 强风化花岗岩：灰黄、灰褐色；主要由未完全风化的长石、石英、云母及暗色矿物等组成，岩芯呈碎块状，敲击声哑，结构基本破坏；④3弱风化花岗岩：灰黄、灰褐色；主要由长石、石英、云母及暗色矿物等组成，裂隙较发育，岩芯呈短柱状，敲击声脆，结构部分破坏。

坝基下伏地层无强透水砂层分布,坝基清基质量较好。根据现场注水试验结果及工程经验，砂质黏土、残积土、强～弱风化花岗岩渗透性能以弱透水为主；砂质黏土仅在背水坡左坝头靠近原山体位置钻孔有揭露，根据坝体渗漏情况可判断，水库沿坝基发生渗漏的可能性较小。坝基基本无软弱土层分布，可认为良西水库主坝沿坝基产生滑动和变形的可能性较小。

2.2 防洪标准复核

2.2.1 防洪能力复核依据

本次洪水复核中，根据国家标准SL 252—2017、GB 50201—2014和《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2017)[3]：该水库属Ⅲ等工程，属中型水库，主要建筑物级别为3级，永久性次要建筑物级别为4级，临时性建筑物为5级；设计洪水标准为50～100年一遇，校核洪水标准为 1000～2000 年一遇。按《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》(SL 482—2011)[4]该水库泄洪涵消能按 30 年一遇洪水设计。设计洪水标准为 50 年一遇(P=2%)，校核洪水标准为 1000 年一遇(P=0.1%)。

2.2.2 水库设计洪水复核计算

良西水库库区内现设有水库专用水文观测站，人力观测，主要观测降雨及水库水位。但由于良西水库没有实测流量资料，本次采用设计暴雨推求设计洪水，并根据查图表法计算得出设计暴雨，分别用广东省综合单位线法及推理公式法计算良西水库各频率下的设计洪水过程，两种方法下的计算成果比较见表1。

表1 良西设计洪水成果比较

2.2.3 调洪演算结果与成果比较

根据水库2002年水位库容曲线、泄洪涵水位以及泄量关系曲线计算结果资料，采用广东省水利厅 1994年编制的(TH-3)程序进行调洪演算，良西水库的调洪演算成果如表2。

表2 良西水库调洪演算结果

根据安全鉴定后的结果与2002年除险加固调洪演算成果进行对比(如表3所示)，本次计算的设计水位与 2002 年除险加固时相差 0.07 m,校核水位相差0.05 m,这主要是由于本次计算的设计洪水及水位～泄量关系曲线与 2002 年加固时的差异引起的，本次计算成果基本合理。

表3 良西水库调洪演算成果比较表

2.2.4 坝顶高程复核

良西水库实测主坝坝顶高程为59.230～59.543 m，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)[5]规定：坝顶高程(y)=最大波浪在坝坡上的爬高(R)+最大风雍水面高度(e)+安全加高(A)；坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，即坝顶高程=静水位(Z)+坝顶超高(y)，并分别按设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高、校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高，及正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高并加地震安全加高三种计算结果，取其大值来确定坝顶高程。但在正常运用条件下坝顶应高出静水位 0.50 m，在非常运用条件下坝顶应不低于静水位。

依据表4计算结果，现状坝顶防浪墙高程均高于计算所需坝顶高程；正常运用条件下，现状坝顶高程高于静水位3.94～5.21 m；非常运用条件下，现状坝顶高程高于静水位0.79～2.06 m。综上所述，良西水库所有大坝坝顶高程均满足规范要求。

表4 良西水库坝顶高程计算结果与复核情况表

2.3 大坝渗流安全评价分析

根据现场地质勘察，选取良西水库主坝典型断面进行渗流计算，并根据现场地质勘察，选取良西水库主坝典型断面进行渗流计算，根据规范：SL 274—2001规定，选取各运行水位进行渗流分析，土坝在各运行工况下的渗流计算如表5。

表5 主坝渗流浸润线

根据渗流计算结果可知，坝体填土的渗透系数为 4.25×10-4cm/s>1×10-4cm/s，不满足规范的要求，主坝坝体填土的压实度为 0.86<0.96，压实度未满足规范要求。 综上所述，根据规范SL 258—2017，主坝的渗流安全性评价为 B 级。

2.4 结构安全评价分析

2.4.1 坝体结构安全分析

根据良西水库现状情况，水库土坝坝坡稳定分析按规范SL 274—2020的相关规定，坝坡稳定计算采用简化毕肖普法计算，分析了坝坡抗滑安全稳定计算、坝顶高程及坝顶宽度复核及下游护坡复核得出土坝边坡的稳定性，正常蓄水位洪水位以及设计洪水位情况下大坝下游坝坡稳定性。

根据上述计算成果可知，水库土坝下游坝坡在各工况下的抗滑稳定满足现行规范的要求。

2.4.2 溢洪道结构安全复核

溢洪道位于主坝右岸，1976 年扩建工程时在原来溢洪道的基础上改建为钢筋混凝土双孔泄洪涵，主要由进口段、控制段、泄槽段、消力池段组成。本次主要是 对溢洪道泄流能力，泄漕水面线、消能防冲、边墙稳定等方面进行复核，具体结果如下：

(1)溢洪道控制段闸顶高程满足规范要求。

(2)溢洪道泄流安全复核中，泄流能力、泄槽边墙高度及消能经复核均满足规范要求。溢洪道启闭架人行桥左梁、启闭架人行桥面板、启闭架 1#梁、启闭架 2#梁出现耐久性破坏的迹象，局部钢筋锈蚀，出现开裂、露筋等缺陷。需尽快进行维修加固。

(3)溢洪道闸室及边墙在各工况下的抗滑稳定满足规范要求。

(4)溢洪道箱涵配筋满足要求。

2.4.3 输水涵结构安全复核

通过计算可知，水库一副坝输水涵、六副坝输水涵及附城输水涵的过流能力均满足原设计过流要求。但经结构复核发现：

(1)一副坝输水涵、六副坝输水涵及附城输水涵的过流能力均满足原设计过流要求；一副坝和附城输水涵放水塔及工作桥高程均满足要求。

(2)经检测，一副坝输水涵管人行桥梁、附城输水涵管人行桥梁实测强度未能满足设计强度要求，其余受检混凝土构件实测强度能满足设计要求，由此判断该 2 座涵管结构存在一定的安全隐患，需加强运行维护。

2.4.4 金属结构安全复核

良西水库金属结构设备主要包括主坝溢洪道和附城输水涵两个方面：

(1)溢洪道金属结构设备：闸门与启闭设备；经现场检测，闸门止水胶老化；闸门面板厚度不符合设计要求。闸门焊缝发现飞溅，外观质量未符合标准要求。启闭机安全检测各项指标合格；经计算，启闭力满足要求。

(2)输水涵金属结构设备：输水涵闸门关闭不严，有漏水现象。启闭机外观质量较好，未见锈蚀，现状运行基本正常，启闭力满足要求。

3 结论与建议

经对水库安全鉴定，良西水库存在一定的安全隐患，评定为二类坝，需尽快采取除险加固措施。建议对水库溢洪道挑流鼻坎齿墙混凝土护脚、启闭房以及输水涵洞存在安全隐患的地方进行维护加固，对溢洪道、输水涵闸门进行更换，以确保良西水库安全运行。