西郊水库工程病险隐患问题与处理对策探析

崔晓亮,李小丹

(陕西省泾惠渠灌溉中心,陕西 咸阳 713800)

0 引言

西郊水库是一座以农业灌溉为主,兼有防洪、供水、生态补水等综合效益的Ⅲ等中型水利工程。水库自建成以来,为灌区农业、经济发展和生态环境的改善做出了积极的重要贡献。经过近二十年的运行,水库枢纽工程暴露出了很多严重的隐患问题,直接影响着水库的正常运行和库区人民群众的生命财产安全。本文结合西郊水库病险水库加固的基础资料,对水库病险隐患进行探讨,分析其隐患成因,并有提出相应的处理措施,以保证水库正常运行,充分发挥经济社会效益。

1 水库概况

西郊水库位于泾惠渠灌区中部,三原县城以西约2 km的清河干流上,是以农业灌溉、防洪为主,兼有防洪、供水、生态补水等综合效益的Ⅲ等中型水利工程。水库自2003年建成后,主要承担着灌区20.7万亩农田春夏灌补水,并扩灌三原县肖李村3.24万亩、徐木 9.8万亩农田的灌溉任务以及渭北工业园区工业用水和清河生态补水任务。该水库主要利用泾惠渠灌区渠系在非灌溉季节引蓄泾河来水或灌溉季节弃水,以及清河上游河道区间径流进行调蓄,为灌区农业、经济发展和生态环境的改善做出了积极的重要贡献。但在工程运行过程中,陆续暴露出一些工程安全隐患,虽然采取了一定的补救工程措施,但水库至今仍不能按扩容后正常蓄水位422.0 m 运行(根据监测资料最高蓄水至 420.45 m),严重影响水库效益的发挥。

2 水库工程存在的主要病险隐患分析

2.1 大坝右坝肩下游岸坡及坝坡抗滑稳定性不足

2.1.1 稳定分析断面位置选择

根据下游岸坡的现场情况,选择在下游岸坡相应最危险位置处计算断面稳定安全系数(见图1)。依据《水利水电工程边坡设计规范》(SL386-2007)的规定,考虑到边坡上部存在溢洪道,故根据边坡对水工建筑物的危害程度,边坡的级别定为 4 级。其抗滑稳定的安全系数取值表1。

表1 稳定安全系数

图1 断面位置示意图

2.1.2 稳定安全系数计算

采用STAB边坡稳定程序进行计算,边坡稳定性分析方法采用简化毕肖普法,地震烈度为Ⅷ度,地震动峰值加速度0.15 g。计算结果见表2。经计算可知,断面在遇地震条件下的安全系数为 0.983,不满足规范要求。

表2 断面稳定计算结果

2.2 大坝左坝肩渗透隐患一直存在

水库工程建成运行后,两坝肩先后出现渗漏问题。右坝肩最先在2005年出现大坝下游右岸坡渗流异常,并随之加剧,在2009年对右坝肩采用防渗墙技术进行了加固处理,目前运行状态良好。左坝肩下游在2010年,首次出现集中渗漏,逸出点高程 410.0 m,渗流量 0.01 L/s,后经过不间断观测,最大渗流量 0.08 L/s,经多年观测,该处渗流量与库水位成正比关系。由于西郊水库水位变动幅度较大,故左坝肩渗流问题也是时隐时现。

2.3 大坝安全监测设施损坏问题突出

2.3.1 变形监测

目前大坝上游 3个表面变形测点因盖子长期浸泡水中,生锈无法打开进行观测,下游表面变形测点和两岸工作基点、校核基点基本完好。内部变形监测由于沉降仪进水、损坏等原因,近几年一直处于停测状态。

2.3.2 渗流监测

坝基、坝体、溢洪道渗流监测渗压计因信号线断裂,计算机软硬件老化、瘫痪等原因均不能正常工作。绕坝渗流监测自动化监测设施损坏不能使用,现采用人工方式进行观测。绕坝渗流仅余右坝肩3个(P8～1、P8～2、P8～3)和左坝肩3个(P7～1、P7～2、P7～3)观测孔可进行人工观测,其余因周边群众盖房填埋等原因均已报废。坝后由于河床淤积、下游景观绿化等原因,也无法进行观测。

2.3.3 环境量监测

水文气象监测系统各仪器传输的数据异常,不能正确掌握水文气象参数。

3 工程病险隐患问题成因分析

(1)西郊水库库岸均为第四系堆积岸坡,岸坡岩性主要为黄土状壤土、粉土及粉质 壤土组成,由于岸坡土体均为密实度较差、土质松散的风洪积堆积体,常发生崩塌现象,形成不稳定土体。库岸每年都在坍塌,原库岸的耕地部分已经坍塌进库内,村庄和道路也在逐年趋近水库[1]。

(2)坝后长期积水造成大坝下游坝坡浸润线涌高,排水棱体地基沉陷,堆石体倾倒、局部沉陷,严重影响排水棱体整体稳定及排水效果;由于坝后下游河道高程较高,整体排水不畅,造成坝后长期积水。另外,左岸下游存在两处五四村排污管道,由于左岸坝后地形下游高上游低,排水不畅,使排污管附近形成小型水潭,溢出污水最终也排入坝后水池,加剧了坝后积水。

(3)水库建设过程中,由于项目法人发生频繁变更,以及建设时期资金不足等原因,造成水库先天不足[2]。

4 处理对策分析

大坝在2021年经过安全鉴定,综合大坝运行现状和工程勘测设计、施工、竣工验收、运行管理及大坝安全监测等资料,在现场安全检查、安全监测资料分析、工程质量评价、运行管理评价、防洪标准复核、渗流安全评价、结构安全评价、金属结构安全评价等基础上,对西郊水库大坝工程安全现状进行了综合分析评价,综合评定西郊水库大坝为“三类坝”。应根据工程现状制定除险加固方案,主要针对影响水库安全运行的隐患进行处理和加固。其设计、施工方案选择应充分考虑工程现状,不改变水库枢纽主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪排 沙洞、排水泵站的功能和布局,维持目前水库正常蓄水位 422.0 m,同时尽可能减小对其他建筑物及正常运行的影响。

4.1 左坝肩进行防渗墙处理

2009年泾惠渠灌溉中心对右坝肩采用防渗墙进行了加固处理,目前运行状态良好,未发现任何异常现象。从已经实施的右岸防渗墙的施工及防渗处理效果看,采用塑性混凝土防渗墙方案比较理想,消除了右坝肩存在的隐患。因此建议左坝肩防渗处理也可采用塑性混凝土防渗墙防渗方案进行处理。

4.2 右坝肩下游岸坡进行防护加固

建议对右坝肩下游岸坡局部进行开挖,以消减滑坡体自身的下滑力,同时在滑坡体外围设置排水沟,减少坡面雨水入渗对滑坡的影响。对新削边坡采取浆砌石拱格+干砌石的方式进行防护[3]。

4.3 修复大坝安全检测设施

建议按照《土石坝安全监测技术规范》(SL551-2012)的要求,根据西郊水库大坝结构特点、相关地质水文条件等基本资料,并结合工程多年实际运行情况和现状需求可以将渗流、变形和环境量作为重点监测内容。结合工程当前实际运行情况,做到监测内容、测点布置正确合理,能可靠有效地监控大坝的工作性态,仪器设备应考虑监测自动化以便于有效地监控大坝的工作性态,实现数据即时传输,满足工程安全运行需求。设备选择方面建议包括:(1)环境量监测,包括上、下游水位、气温、降水量、库水温监测项目。(2)变形监测,包括坝体表面水平位移、坝体表面垂直位移、坝体内部位移监测项目。(3)渗流监测,包括渗流量、坝体渗透压力、坝基渗透压力、绕坝渗流监测项目。

5 结语

西郊水库建成20余年来,为泾惠渠灌区的农业和经济发展作出了积极贡献,为改善灌区内人民生活质量发挥了应有的作用。水库的不安全运行直接影响了库区群众的生命安全和正常的生产生活。因此,对西郊水库实施除险加固,可以使水库功能和效益得到正常发挥,为实现水库安全运行,保障当地农业灌溉用水及城乡居民生产生活,支持地方经济发展和社会繁荣稳定都有非常重要的意义。