胡杨河市某水库大坝安全综合评价与工程建议

2022-03-01夏明海王鹏池佃东

重庆建筑 2022年2期

夏明海，王鹏，池佃东

（1 伊犁哈萨克自治州奎屯河流域水利工程灌溉管理处，新疆奎屯 833200；2 新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830002；3 新疆生产建设兵团第七师奎屯河引水工程建设管理局，新疆奎屯 833200）

0 引言

新中国成立初期，我国兴建了一大批水利水电工程，旨在发挥其防洪发电、灌溉供水、水产养殖以及旅游航运等功能。其中作为挡水构筑物的重力坝，由于其具备结构可靠、安全稳定等优点，广泛运用于水利水电工程的建设中。目前，我国水库总量、总库容均居世界之首，并成为受益人数和保护人数最多的国家[1-6]。

上世纪二十年代起，我国已开始进行水库建设，因此部分现有的水库运营时间较长，出现了各类安全隐患问题，水库安全有待进一步完善。并且随着水库建设安全评价标准的不断更新，我国的水库建设更需进行系统的安全评价[7-8]。

胡杨河市某水库始建于1952 年，该水库的建设目标是建成以灌溉为主，兼具防洪、养殖效益的中型水库。其控制灌区面积约为60 万亩，奎屯河河水通过该水库进行调节，每年引蓄春汛期间的洪水，同时当河道来水减少时，利用库水灌溉，保证作物生育期的需水量。因此，该水库大坝的安全与否，将直接影响周边人民群众的生命财产安全。该水库的安全评价可为进一步完善水库的科学调度及其安全运行提供技术支撑，并且相关研究结论可为类似工程的安全分析提供借鉴，因此具有较高的研究价值[9-10]。

1 工程及地质概况

1.1 工程概况

胡杨河市某水库为Ⅲ等中型水库，主要拦蓄奎屯河水，设计库容800 万m3。经3 次扩建，1968 年完成设计库容4000 万m3，对应设计水位308.68m，水库淹没面积14.19km2。 2008 年进行水库除险加固设计库容4000 万m3，对应设计水位308.68m，水库淹没面积14.19km2。

1.2 地形地貌

以该水库为中心的25km 半径范围为勘测区，其附近不存在活动的大断裂，地质构造相对稳定；并且该水库位于奎屯河下游冲积河床及冲积平原区，地理条件相对理想。

水库坝线根据已拆除泄水闸为界，分为东坝和西坝。西坝段为老河道段，河道两侧为阶地，阶地高1.0～2.0m。水库两侧为奎屯河冲洪积平原区，多为耕地。

1.3 地层岩性

库区海拔314～320m，地形坡降自南向北变缓，坡降南部为1.0%～1.5%，北部为2%～3%。地表岩性南部为细砂砾石，北部由细砂土层及黄土层构成，场区的西部还分布有较大面积的现代风积物，为佐顿艾力生沙漠的一部分。场区的第四系主要由洪积物、冲积物、湖积沉积物和风积物等组成。

1.4 地质构造

库区地层中堆积了巨厚的中新生代陆相碎屑岩，总厚度大于3000m。更新世末以来，新构造活动由天山向准噶尔盆地迁移，场地南部新生代地层褶皱隆起，北部继续沉降堆积。根据物探资料，奎屯河以西埋藏有四个隆起、六十户鼻隆，西湖隆起、卡因迪科隆起，均为隐伏构造，两地隆起地表呈现高地。

2 大坝安全综合评价

2.1 工程质量评价

如表1、表2 所示，现有坝体整体质量较好，老坝体局部位置欠密实且有少量渗漏，其余位置及进行除险加固的坝体干密度均符合设计要求，说明实际施工质量达到规定要求。参照《水库大坝安全评价导则》（SL 258—2017）[11]，该水库本次质量综合评价为优良。

表1 水库坝体加高部分基本参数表

表2 水库老坝体基本参数表

2.2 运营管理评价

该水库工程经过多年的运行管理，制定了一系列生产管理制度以及水工建筑物及启闭机等设备运行操作规程和大坝安全监测规程；水库工程管理严格按调度规程执行，各项规章制度落实到位；水文测报及通信设施基本齐备，但设施比较落后，需配备现代化的管理设施。根据《水库大坝安全评价导则》相关规定，该水库本次运行管理评价为好。

2.3 防洪标准复核

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）[12]相关规定：该水库为Ⅲ型水库，水工建筑物级别为3 级，设计洪水为30 年一遇，校核洪水为200 年一遇。经调洪计算，该水库30 年一遇设计洪水下防洪库容为374 万m3，设计洪水位为308.21m；200 年一遇校核洪水下水库调洪库容为1000 万m3，校核洪水位为308.68m。本次防洪标准复核成果与2003 年水库除险加固报告结果一致，故水库现状能满足防洪需求。

大坝为3 级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2020）[13]，正常运用情况下安全加高值取0.7m，非常情况取0.5m。 3 级坝正常运用条件下设计风速取多年平均最大风速的1.5 倍，根据风速资料，多年平均最大风速为12.9m/s，则设计风速为19.35m/s；非常运用条件下设计风速为多年平均最大风速12.9m/s。水库按正常蓄水位308.68m，结合坝轴线走向及风向，选取各段典型断面进行超高复核，根据计算结果可知该坝体超高满足要求。

如表3 所示，对放水、泄洪涵洞的泄流能力进行复核，水库放水涵洞最大泄水能力复核为36.78m3/s，泄洪涵洞最大泄水能力复核为42.17m3/s，均大于原设计流量25m3/s。综上所述，该水库防洪标准复核安全等级定为A 级。

表3 水库泄流能力分析

2.4 结构安全评价

水库大坝外观总体质量较好，未发现大裂缝及贯穿裂缝，坝体基本平整，坝段之间没有明显错缝位移及不均匀沉降位移、沉陷变形现象。大坝上游坝坡面顺坝顶向下位于水位变幅区第三块混凝土板下端沿线处出现由于冻胀及冰拔产生的翘起现象，翘起尺寸1～10cm 不等，未出现混凝土板整体下滑及位移现象；大坝坝顶沥青路面产生较多细密裂缝，不影响大坝安全，大坝变形基本稳定。

大坝稳定计算的工作条件按《碾压式土石坝设计规范》执行，并根据大坝现状的实际环境条件，水库稳定分析分别考虑稳定渗流期的上、下游坝坡，水库水位降落期的上游坝坡以及正常运用遇地震的上、下游坝坡。正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数K 为1.30；非常运用条件Ⅰ最小安全系数K 为1.20；非常运用条件Ⅱ最小安全系数K 为1.15。

如表4 所示，坝体稳定分析选择具有代表性的西坝W0＋070、西坝W0+900、西坝W1+400、西坝W3+000 断面、东坝E1+200 断面作为坝体稳定分析计算断面。采用计取条块间作用力的简化毕肖普法进行计算，计算结果表明，大坝抗滑稳定最小安全系数满足规范要求；参照《水库大坝安全评价导则》相关规定，坝坡最小安全系数为1.473，且未产生危及安全的裂缝，说明大坝抗滑稳定。