張國祝
(黑龍江省水利水電集團第二工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)
西崗子煤礦水庫安全評價分析
張國祝
(黑龍江省水利水電集團第二工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000)
較早修建的水庫因為時間久遠、檔案資料不全等問題,導致水庫在管理、運行等方面存在各種問題。因此,需要對水庫進行安全評價分析,確保工程的安全。本文以西崗子煤礦水庫為例,討論水庫安全評價的過程,供同類水庫工程參考。
水庫;大壩;安全評價
西崗子煤礦水庫位于阿陵河流域下游左岸西崗子煤礦支流上。該水庫地處黑龍江省黑河市愛輝區西崗子鎮北,距黑河市區34 km,距西崗子鎮8 km。壩址以上流域面積5.0 km2,占西崗子煤礦支流流域面積30.7%,西崗子煤礦水庫是一座以防洪為主,兼有養魚、旅游等綜合利用的小(一)型水庫。
1.1 工程等別及建筑物級別
西崗子煤礦水庫總庫容162.69 萬m3,工程等別為Ⅳ等。主要建筑物級別為4級,次要建筑物級別為5級,設計防洪標準為30 a一遇,校核防洪標準為300 a一遇。
1.2 工程現狀
水庫樞紐工程由大壩、泄水涵管兩部分組成。由于歷史原因,大壩和泄水涵管均沒有進行專業設計。大壩始建于1958年,完工于2009年,早期壩高隨壩前庫水位升高而逐年增加,近期經歷2次加高培厚(2007年大壩加高2 m,2009年大壩再次加高2 m)達到現狀規模。2012年開始泄水涵管施工并完成。受當時施工條件和技術水平的限制,施工過程未能進行嚴格、規范的質量控制。早期填筑(2007年以前)由群眾用手推車將煤層上覆土料填入河道形成早期壩體,隨著蓄水增多壩前水位逐年抬高,而逐年加高壩體;后期填筑(2007年以后)主要利用工程車輛在壩體上游面及壩頂直接傾卸土料、攤平。施工初期過程中,未對壩基和壩肩的草皮、樹根進行處理,填筑料未進行碾壓;加高培厚時,壩體層間接觸面未進行處理,也沒有正規碾壓措施。
水庫大壩為均質土壩,現狀大壩壩頂高程為244.67~245.89 m,最大壩高19.33 m,壩長413 m,壩頂寬7.3 ~38.5 m,上游壩坡在最低水位239.23 m以上為1∶2.1~1∶1.3,以下為1∶4.8~1∶2.0。下游壩坡設有一條馬道,寬度13~88 m,高程240.8~237.8 m,下游壩坡在馬道以上為1∶2.43~1∶1.37,以下為1∶2.42~1∶1.09,大壩上、下游壩坡無護坡?,F狀泄水涵管布置在大壩右岸沖溝處,為2012年新建簡易泄水設施。2012年因庫區水位抬高,為保證大壩安全,在大壩右岸低洼地敷設了內徑為1.35 m預制混凝土管,管節長2 m,泄水涵管總長約561 m。泄水涵管由引渠段、進口段、洞身段及出口明渠段組成。引渠段長約50 m,為彎曲渠道,彎曲半徑約50 m。引渠水面底寬17 m,橫斷面為天然U型斷面,左岸邊坡坡比為1∶1.6~1∶2.5,右岸邊坡坡比為1∶1~1∶1.9,兩岸均為土質邊坡無防護。進口段兩側為八字導墻,順涵管中線長2.5 m,墻頂高程241.03 m,墻高0.7 m,導墻與涵管中線夾角為120°,管前設簡易鐵絲攔污柵。洞身段全長561 m,現狀進口底高程239.23 m,現狀出口底高程227.87 m,管內現狀比降2%,其最小轉彎角度為155°,管道內徑1350 mm,壁厚105 mm。出口明渠段全長600 m,首端接涵管出口,末端接煤礦居民區涵管橋。明渠首端高程為227.80 m,末端高程為212.65 m,比降為25‰,斷面型式為規則梯形斷面,渠道底寬平均為3.5 m,邊坡坡度為1∶1.7,邊坡及渠底均采用混凝土板防護。
1.3 大壩現場安全檢查
(1)壩頂路面土質松軟、平整度差,無排水設施;上、下游壩坡較陡,無護坡,無排水設施,雨水沖刷嚴重;壩面無照明設施。
(2)壩體兩端下游壩腳均出現滲漏點,左側滲漏嚴重,右側坡腳地面大面積濕潤,散浸嚴重;下游壩腳無反慮排水設施。
(3)涵管引渠段兩側岸坡無護坡;涵管進口下沉約0.3 m,涵管沿線無基礎處理措施,涵管節間無剛性或柔性接口措施,節間分離、不均勻沉降較為嚴重,涵管出口與下游明渠無銜接設施;明渠首段破壞嚴重。
(4)水庫無安全監測設施。
2.1 大壩安全分析評價
(1)庫周土體完整性較好,自然邊坡整體穩定性尚好,庫岸穩定性較好,水庫區內無大的斷裂通過,水庫誘發地震的可能性??;工程區地表水及地下水對混凝土結構不具有侵蝕性和腐蝕性;水庫蓄水后不存在水庫永久性滲漏問題,歷史上無浸沒現象;壩體壓實較差,自重固結程度高;整個壩基黏性土厚度均大于2.0 m,滿足壩體對地基土承載力及變形的需要,壩基穩定,基本不存在壩基滲漏問題。左壩肩低山區全風化泥巖為不透水層,右壩肩臺地區低液限黏土為弱透水層,繞壩滲漏量可忽略不計。
(2)壩體①層、③層低液限黏土滲透系數滿足《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274-2001)規定[1];位于①層、③層之間的壩體①1層低液限黏土滲透系數略大于規范中規定的上限值,不滿足規范要求。
(3)現場檢測壩體實際填筑干密度為1.48 g/cm3,小于設計干密度下限1.58 g/cm3,不滿足規范要求。
(4)該水庫泄洪設施建設位置適宜,管節結構完整無裂縫,但渠道轉彎半徑不夠,涵管基礎不可靠、結構整體性差,泄洪設施整體運行不可靠,影響泄洪安全,亟需拆除重建正式泄洪設施。
(5)大壩無變形及滲流安全檢測設施。
工程質量未達到規定要求,工程運行中已暴露出嚴重的質量問題,影響工程安全,故根據《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2000)[2],認為西崗子煤礦水庫工程質量“不合格”。
2.2 運行管理評價
(1)水庫沒有調度運用計劃,無各項規章、制度或文件。
(2)水庫自建成至今對工程運行中出現的問題未能解決,水庫一直帶病運行。
(3)水庫無安全監測設備,無管理設施,嚴重制約水庫的日常管理工作。
根據《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2000)規定,西崗子煤礦水庫管理運行綜合評價為“差”。
2.3 結構安全評價
(1)大壩上游壩坡及馬道以上壩坡均滿足抗滑穩定要求,但樁號k0+028 m附近斷面馬道以下壩坡抗滑穩定安全系數小于允許值,不滿足規范要求。
(2)泄洪設施建設位置適宜,管節結構完整無裂縫,但進水渠軸線轉彎半徑不足,涵管出口無引導水流擴散的過渡銜接建筑物。涵管基礎不可靠、結構整體性差,管節間分離、沉降較為嚴重,泄洪設施整體運行不可靠,影響泄洪安全。
對照《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2000),綜合評定西崗子煤礦大壩結構安全性為“C”級。
2.4 滲流安全評價
(1)壩體在最低水位工況下表現出永久滲漏,且往年大汛庫水位漲高時,滲漏量增加。
(2)壩體①1層低液限黏土滲透系數略大于規范中規定的上限值,不滿足規范要求。
(3)大壩在最低水位下年滲漏量較小。在最低、設計及校核水位三種工況下,部分壩體出逸處滲透坡降超過允許值,不滿足規范要求。
(4)壩頂加高過程中新老壩體間未進行徹底清理,左側壩肩位置的草根、樹根、腐殖土等未徹底清除,填筑時未進行土料碾壓,無法保證層間緊密結合,壩體內易產生滲漏通道,這是大壩滲漏的主要原因。
對照《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2000),綜合評定西崗子煤礦大壩滲流安全性為“C”級。
2.5 抗震安全復核
根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015),本區地震動峰值加速度為0.05 g,相對應的地震基本烈度為6°,地震動反應譜特征周期是0.35 s[3]。屬于區域構造基本穩定區。根據《水庫大壩安全評價導則》(SL 258-2000)規定,選取地震裂度標準值與基本烈度相同,可不進行抗震復核。
該水庫現狀土壩及泄水涵洞主體工程均存在較嚴重的質量問題,影響大壩安全,綜合評價為C級,該水庫是座病險庫,為三類壩。對運行管理和除險加固提出以下意見和建議:平整壓實壩頂,新建壩頂砂石路面,新建上下游護坡及壩面排水設施,增加照明設施;對壩體結構安全問題采取處理措施,放緩邊坡,滿足壩體穩定;對壩體滲流安全問題采取防滲處理措施,在全壩段壩腳處新建反濾排水體;拆除現狀泄水涵管,新建泄洪設施;增加大壩表面變形及滲流安全監測設施。建議抓緊編報工程除險加固設計,爭取早日立項,盡快除險,充分發揮其應有綜合效益。
[1] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規范:SL 274-2001[S]. 北京:中國水利水電出版社, 2001.
[2] 中華人民共和國水利部.水庫大壩安全評價導則:SL 258-2000 [S]. 北京:中國水利水電出版社, 2000.
[3] 高孟潭. 中國地震動參數區劃圖:GB 18306-2015[S]. 北京:中國質檢出版社, 2015.
張國祝(1983-),男,黑龍江明水人,工程師,主要從事水利水電工程施工工作。E-mail:627291058@qq.com。
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