故县水库大坝安全鉴定综合评价.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023故县水库大坝安全鉴定综合评价季利1，司小良1，何鲜峰2（1.三门峡黄河明珠（集团）有限公司，河南 三门峡 472000；2.黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003）摘要：水库大坝的安全鉴定直接关系到水库的安全运行。根据相关规范、导则，在现场安全检查与检测及观测资料分析等工作的基础上，从工程质量、运行管理、防洪能力、大坝结构与渗流安全性、金属结构安全等多个方面，对故县水库大坝的安全性进行了综合评价。评价结果表明，该水库大坝工程质量合格，运行管理“较好”，防洪能力、大坝结构与渗流安全性、金属结构安全均满足要求，综合评定为“一类坝”。关键词：故县水库；大坝安全鉴定；综合评价；资料分析中图分类号：TV697文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.067收稿日期：2022-09-06作者简介：季利（1971）男，天津蓟州人，高级工程师，硕士，主要从事水文泥沙分析、水库调度研究和防汛管理工作。E-mail：水工建筑物的安全鉴定是运行管理单位判断工程是否满足正常使用和安全运行要求、评价工程安全类别、制定维修养护或加固改造措施的重要依据1。1996年故县水利枢纽管理局对大坝进行了安全论证，鉴定故县枢纽工程为“一类坝”，并建议“按设计规定由近期降低水位运用转入近期正常运用”。根据 水库大坝安全鉴定办法2的要求，依据现行规范和标准，2015年组织了第2次全面安全鉴定，结合运行表现和大坝安全监测资料，对大坝工程质量、运行管理、防洪能力、渗流安全、大坝结构安全和抗震稳定、金属结构等进行安全分析评价，以了解工程安全性态，为枢纽安全运行管理提供科学依据，并为同类型水利工程开展相关工作提供参考。1工程概况故县水利枢纽工程位于黄河一级支流洛河的中游峡谷，是一座以防洪为主，兼灌溉、发电、供水等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。控制流域面积5 370 km2，库容11.75亿m3，兴利库容6.51亿m3。工程防洪按千年一遇洪水标准设计、万年一遇洪水标准校核。水库设计洪水位548.55 m，校核洪水位551.02 m，正常高水位534.8 m，极限死水位495.0 m。大坝为混凝土重力坝，坝顶高程553 m，坝顶长315 m，最大坝高125 m。工程由挡水坝段、溢流坝段、电站坝段、底孔及中孔泄流坝段、坝后式电站厂房、引泄流孔道组成。工程于1978年初开工，1991年2月下闸蓄水，1992年12月机组并网发电，1994年1月通过竣工验收。2鉴定程序2015年4月故县水利枢纽管理局通过招标确定黄河水利科学研究院为水库大坝安全鉴定单位。5月黄河水利科学研究院大坝安全鉴定专家组现场检查故县水库大坝的运行管理、大坝外观质量、金属结构外观质量、安全监测设施、管理设施等，查阅大坝施工资料，听取运行管理单位的工作汇报，制定了大坝安全鉴定工作方案。79月，黄河水利科学研究院、黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心对大坝混凝土结构质量、金属结构进行了现场检测和计算分析。412月，黄河水利科学研究院编制完成了 故县水库大坝防洪能力复核报告 故县水库大坝运行管理评价报告 故县水库大坝质量评价报告 等11份专题报告。2016年4月，黄河水利委员会组织专家召开故县水库大坝安全鉴定会，黄河水利科学研究院完成的11份专题报告通过鉴定审查。5月，黄河水利委员会正式印发 故县水库大坝安全鉴定报告书，鉴定故县水库大坝为“一类坝”。3大坝安全鉴定3.1防洪能力评价对照 水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）规定，工程主要建筑物的设计洪水标准符合现行规范要求，根据规范设计批复及工程重要性，本次鉴定采用原设计防洪标准。本次安全复核延长洪水系列至2014年，对1898年大洪水按连续系列和历史洪水处理，经计算分析维持原设计洪水成果；水库库容呈递减趋势，但减幅不大，有效库容损失只有0.49亿m3；按水利部水规计 2006 247号文的批复，考虑下游现状和小浪底远期正常运用两种方式和最新库容曲线调洪计算，原设计洪水位与校核洪水位维持不变。经坝顶超高复核，坝高及坝顶高程满足规范要求，泄流能力和消能防冲满足要求。根据 防洪标准（GB 502012014），评定故县水库防洪能力为“A”级。3.2运行管理评价工程管理机构和管理制度健全。调度运用符合批复的调度规程，运行管理单位按照有关规程要求对大坝进行日常维修养护。枢纽对外交通与通信等设施完善，大坝安全监测工作基本符合规范要求。工程自上一次验收至今，已安全运行20 a，并经历过536.57 m高水位考验，工程处于安全的可运行状态。但其运行时间较长，大坝监测系统设施老化、部分设备失效，上坝道路和进厂通道山体坍塌落石影响交通。运行管理综合评价为“较好”。3.3工程质量评价1996年大坝首次安全鉴定认为大坝运行情况正常，安全可靠。本次安全鉴定又补充进行现场安全检查、混凝土质量检测等工作。工程地质缺陷均已处理，岸坡稳定；坝基开挖、F5断层处理、帷幕灌浆等施工质量控制设施到位，质量合格；钻孔取芯、力学指标、碳化深度、钢筋锈蚀度检测等结果表明，性能指标基本满足设计要求。存在的问题：混凝土局部碳化大于6 mm，深度较大，局部钢筋锈蚀；坝段间横缝止水局部失效，515 m附近水平缝渗水；基础廊道局部渗水，有析出物。工程质量评价为“B”。3.4渗流安全评价大坝建基面岩石坚硬，岩体紧密，透水性弱，坝基存在倾向下游的缓倾角裂隙、深层抗滑稳定问题，建设时对坝基采取固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆、处理断层和基础排水措施。大坝防渗及排水设施完善。3.4.1大坝扬压力分析根据观测资料，各测压管渗压系数满足 混凝土重力坝设计规范（SL3192005）的要求，即河床坝段渗压系数不超过0.25，岸坡坝段渗压系数不超过0.35。不同典型日坝轴线方向测压管渗压系数分布见图1，呈现出河床坝段较低、两岸坝段较高的特点。原因是岸坡坝段比基底位置高，渗水溢出点也较高。河床坝段渗压系数均为负值且相差不大，说明帷幕工作正常，排水顺畅。河床坝段最大值测点为C10-1，左岸坝段最大值出现在C2-2，右岸坝段最大值出现在C19-2，均未超过设计值。3.4.2渗流量分析资料统计显示，最大渗流量618.3 m3/d（2010年3月30日，水位532.18 m），最小渗流量107.1 m3/d（2004年7月8日，水位516.12 m）。最大渗流量大多出现在34月，主要原因是不仅库水位高，而且气温低，混凝土和基岩裂缝开合度大。渗流量 131人 民 黄 河2023年S1与库水位和温度有关，且渗流量变化滞后于温度变化。绕坝渗流左右岸各测压管水位变化平稳，无明显增高或降低趋势。坝体及坝基渗流计算分析表明，大坝渗流整体分布态势较好，灌浆帷幕前后水位差达20 m，坝基渗流量小，没有产生大的集中渗流，坝基渗流稳定可靠，坝轴线灌浆帷幕起到了很好的防渗作用。综合运行与资料分析表明，灌浆帷幕和坝基排水孔对降低扬压力效果明显，坝基渗流量较小，绕坝渗流平稳，大坝渗流性态正常。渗流安全评价为“A”级。3.5结构安全评价3.5.1大坝变形监测资料分析对1996年1月2014年12月水平位移监测资料进行分析，主要结论为：坝体顺河向挠度基本呈周期性变化，最大年变幅（19.82 mm，IP3-3）和最大年均值（13.35 mm，IP2-5）等特征值变化正常，大坝基本在弹性工作状态。库水位变化是影响大坝挠度变化的重要因素，库水位上升，水压分量增大，即向下游变形增大；库水位降低，水压分量减小，坝体向下游位移减小。大坝顺河向位移受温度变化影响显著，基本成正相关关系，即温度上升、坝体向下游变形，温度下降、坝体向上游变形。总体上，坝体挠度变化受时效影响不大。大坝垂直位移总体呈年周期变化，年变幅变化不大，其中坝顶垂直位移年变幅为13.67 mm，坝基垂直位移年变幅为6.71mm，变化基本正常。水位变化是影响大坝竖向变形的重要因素，库水位上升、大坝沉降增大，库水位降低、沉降减小。大坝垂直位移受温度变化影响显著，温度上升、坝体下沉量减小，温度下降、坝体下沉量增大，符合大坝变形规律。大坝分（接）缝开度变化不大，最大年变幅在 1.002.00mm范围内。部分测点开度有缓慢增大趋势。3.5.2大坝稳定复核根据 混凝土重力坝设计规范（SL3192005），采用抗剪滑动公式和抗剪断滑动公式，在正常运用水位、最高运用水位、设计水位、校核水位4种工况（均无地震荷载，前3种为基本组合工况，工况4为特殊组合工况）下，分别对厂房坝段、溢流坝段、底孔坝段和中孔坝段4个典型坝段的稳定性进行计算分析。结果表明，4个典型坝段在不同工况下的抗滑稳定安全系数均满足现行规范要求。3.5.3大坝强度复核有限元法分析4个典型坝段在基本组合情况下的最大主压应力为3.43 MPa，分布于厂房坝段的坝趾，与极限强度对比后，安全系数为4.66，大于4.00，满足规范要求。特殊组合情况下最大主压应力为3.10 MPa，分布于中孔坝段的坝趾，与极限强度对比后，安全系数为5.16，大于3.50，满足规范要求。分析可知，在4种工况下4个典型坝段的上游坝踵、下游坝趾均处于受压状态，基本组合工况下最大垂直压应力为1.90MPa左右、抗压强度安全系数大于4.0，特殊组合工况下最大垂直压应力为1.80 MPa左右、抗压强度安全系数大于3.5，均满足规范要求。综上所述，故县水库大坝的抗滑稳定性和结构强度满足规范要求。对照 水库大坝安全评价导则（SL2582000），故县水库大坝结构安全评价为“A”级。3.6抗震安全评价由 中国地震烈度区划图（GB183062001）可知，坝址区基本烈度为6度。大坝为大（1）型工程，主要建筑物为级建筑物。原设计确定大坝的地震基本烈度为7度，设防烈度为8度，符合现行规范要求。在静荷载和地震荷载耦合情况下，厂房坝段、底孔坝段、溢流坝段、中孔坝段等4个典型坝段的最大主应力均为压应力，各坝段坝踵附近最小主应力的最大值为拉应力，满足规范要求。结合 水工建筑物抗震设计规范（SL20397），评定大坝抗震安全性为“A”级。3.7金属结构安全评价通过对大坝金属结构现场检测和结构计算分析，表孔、中孔、底孔及发电引水洞取水口等部位金属结构的强度、刚度和稳定性均满足规范要求。在试验工况下，抽测闸门启闭正常。启闭设备的启闭能力满足要求，未发现影响安全的隐患。存在的问题：泄洪表孔工作门表面局部锈蚀，电站引水洞取水口工作门部分焊缝有超标缺欠，发电厂房进水口启闭机属淘汰型号。根据 水利水电工程钢闸门设计规范（SL7495）以及 水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程（SL1012015），评定故县水利枢纽金属结构安全性态为“A”级。综上所述，根据 水库大坝安全鉴定办法 水库大坝安全评价导则（SL2582000），故县水库大坝综合评价为“一类坝”。4结语经大坝安全鉴定委员会评审，一致同意故县水库大坝为“一类坝”的综合评价结论。为保障水库长期安全稳定运行，针对大坝安全鉴定过程中发现的问题，提出了以下几点建议：完善大坝安全监测系统，建设大坝安全监测自动化系统，并加强监测资料分析；建设闸门集控系统，实现闸门控制的高可靠性、高安全性；研究水库灌溉、供水等问题，充分发挥水库利用的综合效能。参考文献：1 刘亚楠.某水库大坝现场安全检测及工程质量评价 J.治淮，2022（8）：43-44.2 中华人民共和国水利部.水库大坝安全鉴定办法 J.中华人民共和国国务院公报，2003（32）：22-24.【责任编辑张华岩】图1不同典型日坝轴线方向测压管渗压系数分布 132