某大型均質土壩安全綜合評價

李 媛，段科萍，周晨露

（1.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029；2.溧陽市水利局，江蘇 溧陽 213399；3.南水北調東線江蘇水源公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

水庫大壩是調控水資源時空分布、優化水資源配置的重要工程措施，是江河防洪體系不可替代的重要組成部分。目前我國壩型以土壩為主，占比達81.77%，在社會經濟發展中發揮著十分重要的作用[1]。全面合理評估大型均質土壩安全狀態，可為水庫的科學調度、安全運行提供良好的技術支持，對保障社會公共安全具有十分重要的意義。

1 工程概況

某水庫工程規模為Ⅱ等大（二）型，水庫大壩為均質土壩，最大壩高20.3 m，壩頂高程25.60 m，水庫正常蓄水位21.00 m，死水位15.50 m，汛限水位21.00 m，設計洪水位23.00 m，校核洪水位24.42 m。水庫主要由主壩、副壩、溢洪閘、泄洪隧洞等建筑物組成。

2 大壩安全評價

安全評價按照現行法律法規和技術規定要求[2]，依據工程勘測、設計、施工、驗收、前期安全鑒定、除險加固工程設計、建設、蓄水安全鑒定、運行管理、安全監測等資料，在現場安全檢查、混凝土結構與金屬結構安全檢測、觀測資料分析等工作基礎上，對水庫工程安全現狀進行綜合評價。

2.1 工程質量評價

工程質量評價根據現場安全檢查情況，對影響水庫大壩安全的主要問題進行針對性檢測，查清出現問題的部位和原因，對大壩壩體現狀填土、混凝土、漿砌石質量、壩基及壩坡施工處理情況等進行有代表性的工程地質勘探和質量檢測工作，同時進行現場試驗，取足夠的試樣進行室內試驗，獲取復核計算所需要的物理力學參數。該水庫施工質量總體滿足設計和規范要求，竣工驗收至今水庫運用正常，工程質量綜合評價為“合格”。

2.2 防洪安全評價

防洪安全評價根據水庫設計階段采用的水文資料和運行期延長的水文資料、考慮建壩后上下游地區人類活動影響及水庫工程現狀，進行洪水標準復核、設計洪水復核、調洪計算和壩頂高程計算，評價大壩現狀抗洪能力是否滿足現行有關標準要求。

根據現行規范[3]，該水庫防洪標準采用100 年一遇洪水設計（P=1%）、2000 年一遇洪水校核（P=0.05%）。

水庫上游集水面積、下墊面條件與初設相比沒有發生變化。水庫缺乏實測入庫洪水流量資料，無完整的逐時觀測記錄，庫區上游的提水水量也難以準確還原，同時隨著下墊面產匯流條件的不斷變化，無法采用直接法推求入庫設計洪水，故設計洪水采用暴雨途徑推求。由于本流域缺少實測的暴雨洪水資料，采用《江蘇省暴雨洪水圖集》中的地區綜合成果。

匯流計算采用單位線方法，水庫集水面積F=148.5 km2，干流比降 J=37.3‰，則匯流參數 m1=3.2（F/J）0.28=4.7，m2=1/3?？紤]到m1受降雨特性不同會有一定變幅，m1與凈雨R、凈雨歷時tc有關，對m1進行非線性修正，修正公式為：m1=316.083R-1.5139tc0.9875。

同時，分析洪水合理性，整編該水庫流域內水文站降雨資料，對 3 h、6 h、12 h、24 h 及 3 d 面暴雨計算均采用泰森多邊形法，計算成果與初步設計洪水頻率相比較，復核設計洪水稍大，考慮到復核暴雨系列延長，并包含一場較大暴雨，因此復核計算的設計洪水成果更為合理。

根據水庫調洪原則、泄流能力曲線、水庫水位- 庫容關系，采用水庫水量平衡基本方程及水庫壩址洪水靜庫容法，對各頻率設計洪水進行調洪演算。經調洪計算復核，100 年一遇設計洪水位23.09 m，設計入庫洪峰流量1033.85 m3/s，最大下泄流量266.76 m3/s；2000 年一遇校核洪水位24.34 m，入庫洪峰流量1499.40 m3/s，最大下泄流量392.80 m3/s。除險加固初設批復為100 年一遇設計洪水位23.00 m，2000 年一遇校核洪水位24.42 m。偏安全考慮，本次安全復核采用以下特征水位：100 年一遇設計洪水位23.09 m、2000 年一遇校核洪水位24.42 m。

經壩頂超高計算復核，該水庫現狀壩頂高程小于計算的最大壩頂高程，但根據“當壩頂上游側設有防浪墻時，壩頂超高可改為對防浪墻頂的要求。但此時在正常運用條件下，壩頂應高出靜水位0.5 m；在非常運用條件下，壩頂應不低于靜水位”[4]?，F狀壩頂高程滿足抗洪能力要求，水庫泄流能滿足安全下泄要求。

2.3 滲流安全評價

滲流安全評價要復核大壩滲流控制措施，并通過滲流觀測資料和滲流計算分析大壩的實際滲流性態，評價大壩能否滿足按設計條件安全運行。

以主壩為例，主壩為均質土壩，壩基主要為粉質粘土和淤泥質粉質粘土，下臥安山巖，滲透系數均較小。對主壩進行滲流壓力監測，通過水位過程線，判斷測點水位與庫水位是否具有相關性。選取主壩最大壩高斷面，計算斷面見圖1。各土層滲透系數參考初步設計參數值，再根據觀測資料進行反演調整。

圖1 主壩計算斷面

滲流計算采用二維有限元滲流計算，計算結果見圖2、表1。結果表明，主壩壩坡出逸點高程低于貼坡反濾頂高程，計算滲透比降小于允許值，主壩滲透穩定性滿足要求。

圖2 主壩計算斷面滲流等勢線圖

表1 滲透坡降計算成果表

2.4 大壩結構安全評價

結構安全評價復核大壩在靜力條件下的變形、強度與穩定性是否滿足現行規范要求。土石壩主要進行變形與穩定分析，混凝土壩、砌石壩及輸水、泄水建筑物則是強度與穩定分析。

以主壩為例，采用簡化畢肖普法，選擇圓弧型滑裂面，滑動面上的孔隙水壓力根據滲流分析成果確定，計算斷面見圖1?？紤]到土壩建成運行時間長，主固結過程已基本完成，且土料滲透系數小，地勘提供的固結快剪成果值可看作該土料的總應力指標值。由于地勘未提供有效應力指標，可將總應力指標c、φ 適當調整得到有效應力指標c’、φ’，土料分區同滲流計算分區，分區土料的計算參數見表2。

表2 穩定計算安全系數成果表

壩坡結構穩定計算工況和穩定分析計算結果見表3。主壩、副壩沉降量較小并趨于穩定，未見異常變形情況。

表3 穩定計算安全系數成果表

2.5 大壩抗震安全評價

該工程區場地類別為II 類，地震動峰值加速度0.10g，地震動反應譜特征周期0.35 s，相應地震基本烈度值為Ⅶ度。復核結果見圖3、表4，大壩抗震穩定性滿足規范要求[5]，不存在地震液化問題。

圖3 主壩壩坡穩定計算圖

表4 穩定計算安全系數成果表

2.6 泄輸水建筑物安全評價

綜合地形、地質條件和樞紐總體布置，泄、輸水建筑物選型合適、布置合理，防滲體系完整。通過水力復核計算，各建筑物體形設計及消能方式合適，泄流能力與消能效果均達到設計要求。經結構與抗滲復核，各建筑物結構強度與穩定性均滿足相應設計規范要求，滲徑長度滿足規范要求。

2.7 金屬結構安全評價

對閘門外觀檢查的腐蝕程度、焊縫質量，啟閉機及電氣設備外觀性能、電氣參數、材料特性參數等進行檢測，供電線路、變壓器設備、備用電源、配電設備基本完好，閘門強度、應力和變形以及啟閉機啟閉力復核結果均滿足規范要求，現場檢查和安全檢測未發現明顯缺陷。

3 結論

本次安全評價根據現場檢查、檢測數據分析和復核計算，該水庫大壩現狀工程質量總體合格，運行管理條件好，水庫大壩防洪安全、滲流穩定、結構穩定、抗震穩定、泄輸水建筑物及金屬結構安全等均滿足要求，運行情況總體正常，應屬“一類壩”。