水库大坝安全状况综合分析评价报告.docx

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水库大坝安全状况综合分析评价报告

水库大坝安全状况

综合分析评价报告

目　　录

1概述

1.1鉴定工作概况

1.2工程概况

2现场安全检查及存在的主要问题

2.1土坝

2.2溢洪道

2.3输水洞

2.4金属结构

2.3结论

3工程质量评价

3.1工程地质及水文地质条件评价

3.2工程施工质量评价

3.3工程质量检测

3.4工程质量评价结论

4大坝运行管理评价

4.1水库大坝的管理机构、体制及规章制度

4.2大坝运行

4.3大坝维修

4.4大坝安全监测

4.5大坝运行管理综合评价

5防洪标准复核

5.1设计洪水复核

5.2调洪演算

5.3水库抗洪能力复核

6大坝结构安全评价

6.1土坝结构安全评价

6.2其他建筑物结构安全评价

6.3结论

7渗流安全评价

7.1现场检查情况、观测资料分析

7.2基本资料分析

7.3渗透变形型式判别

7.4渗透流量及渗透坡降计算

7.5渗流安全综合评价

8抗震安全评价

8.1地质构造稳定性

8.2地震烈度

8.3地震安全评价

9金属结构和机电设备安全评价

9.1输水洞钢闸门

9.2启闭设备

9.3安全评价结论

10大坝安全综合评价

10.1大坝安全综合评价

10.2建议

1概述

1.1鉴定工作概况

1.1.1工作安排和进度

**水库始建于1958年，限于当时的条件，工程的设计施工都极不完善,后虽经一系列工程补救措施，但都没有从根本上解决问题。

建库46年来，因为坝基渗漏严重和防洪标准偏低等原因，水库长期被列为病险库。

省、市、县有关部门对该水库的病险状态一直极为关注，水库管理部门也积极要求将水库列入除险加固工程项目，以便尽早结束水库病险状态，转入正常运行。

2003年7月**水库管理处委托**市水利勘测设计处、**省水利水电工程质量检测中心共同完成《**县**水库大坝安全鉴定报告》。

2003年7月20日～2003年8月13日，两受委托单位分别进行现场踏勘、检查、取样试验等工作。

2003年10月**省水利水电工程质量检测中心完成**水库工程质量检测报告。

2004年1月5日～1月15日**市水利勘测设计处进行水库淤积测量。

2004年3月**市水利勘测设计处完成《**县**水库大坝安全分析评价报告》。

1.1.2提供的成果报告

**水库大坝安全鉴定工作由**市水利勘测设计处、**省水利水电工程质量检测中心、**水库管理处共同完成，提供成果如下：

（1）《**县**水库大坝工程质量评价报告》

（2）《**县**水库大坝运行管理评价报告》

（3）《**县**水库大坝防洪标准复核报告》

（4）《**县**水库大坝结构安全评价报告》

（5）《**县**水库大坝渗流安全评价报告》

（6）《**县**水库大坝抗震安全评价报告》

（7）《**县**水库大坝金属结构和机电设备安全评价报告》

（8）《**县**水库大坝安全鉴定综合评价报告》

1.2工程概况

1.2.1工程基本概况

**水库位于绕阳河水系东沙河东支流上，坝址在**县苍土乡境内。

坝址以上流域面积423

，河长41.65km，河道比降4.75‰。

**水库始建于1958年4月，同年8月土坝工程基本完工。

水库原设计标准为20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核，工程由**水利学校设计，**县人民委员会组织施工。

1959年水库进行了续建，1962年**水电厅锦朝工作组对水库重新进行规划设计，将水库工程标准提高到100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

在此基础上经过一系列的加固、扩建工程后，截止到1964年底基本上达到上述标准，1974年水库按增容要求进行加高培厚。

**水库是一座以防洪灌溉为主，兼顾养鱼等综合效益的中型水库，总库容4054万m3。

水库下游9公里有新立屯镇，人口2.5万余人，高新铁路和大郑铁路在此交汇。

**水库与东沙河西支流上的龙湾水库共同保护东沙河流域8个乡镇，20余万人口、52.3万亩耕地。

**水库下游土地平坦、肥沃，是**省重要的粮食产区。

**水库灌区第一期麦田灌区1.0万亩于1992年完成，进一步还可发展罗屯、薛屯、无梁殿三个乡镇麦田2.8万亩。

**水库枢纽工程由主坝、溢洪道及输水洞组成。

土坝：

混合土质坝，坝横断面前部为壤土，后部为砂土料。

坝长1078m，最大坝高16.85m，坝顶高程90.85m，坝顶宽5.0m。

上游干砌石护坡坡比1：

2.5～1：

3.0，下游坝坡坡比1：

3.0。

溢洪道：

位于土坝左端山体鞍部，开敞式明渠，梯形断面底宽150m，两侧边坡坡比1：

1.5。

溢洪道进口高程84.5m，渠道长540m，渠底比降1/740，溢洪道表面无衬砌，末端无消能设施。

输水洞：

位于坝右端，为坝下式钢筋混凝土涵管，两孔，直径1.2m，进口底高程78.0m，洞长75.0m。

启闭塔为钢筋混凝土结构，塔高12.0m，工作闸门和检修闸门均为平板钢闸门，尺寸均为1.5m×1.7m。

1.2.2工程存在问题

1.工程防洪标准低

**水库为中型水库，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），该水库工程级别为Ⅲ级，其洪水标准应为1000年一遇洪水校核，100年一遇洪水设计。

本次复核的结果：

水库实际的防洪标准为300年一遇洪水校核，100年一遇洪水设计。

低于规定的1000年一遇洪水校核的标准，而且也低于500年一遇洪水校核的近期除险加固标准。

故水库属于险库。

2.水库坝基渗漏严重

**水库土坝建在厚6～9m的第四系覆盖层之上，1958年施工时只简单地清除了表面厚0.3～0.5m的淤泥，坝基没有作任何防渗处理，造成坝基严重渗漏，坝后管涌时有发生。

以至坝后形成大片沼泽，也对坝基稳定造成隐患。

3.大坝施工质量较差

**水库土坝施工较为草率，后又经过几次加高培厚，造成坝体填筑质量差，坝坡坡比不合理。

从大坝运行后不断出现塌坡裂缝和坝体取样试验结果看，也说明坝体填筑土质混杂，密实度不均。

4.工程老化、配套设施不全

水库溢洪道无衬砌和消能设施，影响安全泄流。

输水洞裂缝，启闭机及闸门年久失修，缺少大坝观测设施，没有水情预报系统。

2现场安全检查及存在的主要问题

2004年3月由省市有关部门专家组成的专家鉴定组对**水库进行了现场安全检查，对水库大坝安全进行了一次全面鉴定。

2.1土坝

现场检查大坝坝基严重渗漏，迎水面干砌石护坡破坏严重，排水体及滤料孔隙堵塞，失去滤水功能。

2.2溢洪道

溢洪道无衬砌，进口左岸地势低洼，高水位时下泄水流沿此冲向下游，出口无消能设施和尾水渠。

2.3输水洞

输水洞进口堵塞，出口消能设施水毁，启闭塔及工作桥钢筋混凝土局部出现裂缝，冻融剥蚀严重。

2.4金属结构

输水洞闸门漏水，启闭设施运转不灵活，输配电设施陈旧老化。

2.3结论

综合上述现场检查结果，大坝存在坝基渗漏和坝基土层渗透稳定不安全等问题，溢洪道和输水洞也存在工程隐患。

水库定为三类坝。

3　工程质量评价

3.1工程地质及水文地质条件评价

库区和坝址未见大的断裂构造，在坝头和溢洪道主要是凝灰岩和凝灰质角砾岩。

库区地壳运动微弱，除溢洪道有一条较大断层外，无其他大的构造问题。

总体地质条件比较简单，区域稳定性较好，为稳定地区。

库区地下水为第四系松散冲积砂砾石层孔隙潜水和基岩裂隙水。

特别是第四系孔隙潜水构成对大坝安全的威胁，坝下的基岩裂隙水虽水量不大，但为保证大坝的安全也应进行防渗处理。

据多年观测资料分析地表渗流量为0.055m3/s，年渗流量达173.45万m3，渗出水流在坝下形成大片沼泽。

坝基地下渗漏水量519.97万m3/年。

根据《中国地震动参数区划图》查得，本区地震动峰值加速度为0.05g；地震动反应谱特征周期为0.35~0.40S，相对地震基本烈度为6度。

3.2工程施工质量评价

**水库在特定的历史条件下兴建的，工程边设计、边施工要，没有完整的工程设计、施工资料，根据调查，坝基厚达6~9m的第四系覆盖层未作任何防渗处理，土坝填筑也存在土料混杂、碾压质量不均匀等问题。

3.3工程质量检测

水库投入运行后即出现坝坡塌陷、裂缝、坝后渗漏、管涌等问题，后经一系列的加固扩建，水库工程质量得到了一定的改善，从几次坝体取样试验结果看坝体检测数据基本是合理的。

根据实验结果确定的坝体土料主要物理指标如下：

土料物理力学性质指标

表2-1

断面编号分区

力学指标

0+300

0+500

0+700

坝基

壤土

砂土

壤土

砂土

壤土

砂土

各断面通用

干容重γd（g/cm3）

1.51

1.45

1.52

1.45

1.55

1.45

1.56

湿容重γ（g/cm3）

1.83

1.60

1.85

1.60

1.89

1.60

土粒比重G

2.67

2.65

2.66

2.66

2.67

2.65

2.66

孔隙比e

0.73

0.65

0.72

0.65

0.69

0.65

0.65

饱和容重γs（g/cm3）

1.97

2.00

1.97

2.01

1.99

2.00

2.01

浮容重γ′（g/cm3）

0.97

1.00

0.97

1.01

0.99

1.00

1.01

凝聚力c（kg/cm2）

0.15

0

0.15

0

0.15

0

0

内磨擦角水上a水上（°）

15.65

34.00

16.13

34.00

14.25

33.6

34.00

内磨擦角水下a水下（°）

13.65

32.00

14.13

32.00

12.25

31.6

32.00

渗透系数k（cm/s）

2.67×10-7

6.65×10-3

7.00×10-7

3.56×10-3

2.80×10-7

9.69×10-3

4.72×10-2

现场检查，坝顶浆砌石防浪墙厚仅0.4m，没有防渗层，不附合防浪墙质量要求。

输水洞闸门漏水、启闭设备运转不灵，部分混凝土构件表层剥落、裂缝，现场混凝土取样试验表明其强度抗冻指标均不满足要求。

3.4工程质量评价结论

**水库坝基没有进行防渗处理，渗漏严重。

坝体检测平均干密度为1.55g/cm3，最大值为1.65g/cm3，最小值为1.45g/cm3。

坝体平均渗透系数为2.67×10-7~7.00×10-7cm/s，坝体土料和碾压质量基本合格。

输水洞闸门、启闭机和混凝土构件都存在不同程度的老化，启闭设备运转不灵，闸门漏水。

综合上述问题，评价**水库工程质量不合格。

4大坝运行管理评价

4.1水库大坝的管理机构、体制及规章制度

**水库的管理机构为**水库管理处，下设工程管理组，管理体制属全民所有制，事业编制，自收自支。

水库管理处隶属**县水利局。

按《综合利用水库调度通则》和其他规程，制定了《水库工程管理办法》，建立健全了水库的工程检查、观测、养护、维修及输水洞启闭运用等各项规章制度，并落实专人具体实施。

汛期，严格执行经批准的控制运用计划。

在发生大洪水时，按《**县防洪预案》操作执行。

4.2大坝运行

水库的调度运用根据水库工程现状及水文气象预报，每年编制水库控制运用计划，确定年度防洪及兴利运用指标并报市防汛抗旱指挥部批准后严格执行。

汛期制定水库防汛方案，组建防汛指挥机构，制定相应的防汛措施，建立抢险、逃险预案等各项责任制，加强水情测报、通讯联络、值班值宿等各项工作。

**水库管理处所在地设一个雨量点。

**水库目前只能够完成降雨量及水库水位的观测。

做到了水情雨情观测及时、准确。

4.2.1水库大坝运行大事记

1958年建库时坝基未做防渗处理，致使全坝段坝基严重渗漏，尤其是0+200~0+900断面渗漏更加突出，渗漏量达0.06秒立米。

1969年9月2日水库最高水位86.5米，水库有效拦蓄洪水2110万立方米。

。

1964年、1975年、1977年绕阳河流域发生大水，由于**和龙湾水库有效拦蓄洪水，东沙河两岸均未成灾。

1980年1月30日管理处发现0+345（左岸排序）下游坝脚集中渗流，其他段内也有几处。

1981~1982年土坝坝脚加盖重，遏制了险情的进一步发展。

1983年大旱，水库基本接近干库。

1998年水库水位达到84.7米，溢洪水深达0.2米。

1999年～2003年水库遭遇干旱，水位在83.5米以下。

4.2.2应急预案

**水库由于坝基严重渗漏，被省列为防汛重点病险水库，为预防发生超标准洪水，现已经制定了比较完备的应急预案（书面备案），对应急指挥、预警、通讯联络、抢险逃险、灾民安置等各个环节都制定了详尽的预案措施。

4.3大坝维修

4.3.1大坝维修、加固及其效果评价

1963年扩建溢洪道；

1964年修建坝后排水体；

1966年大坝上游护坡翻修；

1970溢洪道末端增设浆砌石挡土墙；

1974年大坝按增高要求进行加高培厚；

1975年输水洞出口增设消力池；

1981~1982年大坝坝脚加盖重；

1997年坝体修建测压管，坝脚外排水沟修建三角堰；

1998年排水体翻修2000平方米。

水库加固维修后，大坝渗透变形未再扩展，但坝基渗漏依然如故，工程隐患和防汛薄弱环节较多，并未根本上消除病险水库的隐患。

4.3.2附属建筑物维修加固及现状

输水洞闸门经过四十多年的运行，一直未经过大修，目前现状：

（1）闸槽扭曲与闸门板接触不严，造成气蚀、磨损漏水。

闸门板锈损严重，尤其是检修闸门，无法正常阻水，失去检修闸门功能。

（2）工作桥护栏已严重破损，钢筋裸露在外。

（3）启闭室为木质结构，现严重腐烂，启闭室顶棚已无法遮雨。

启闭室面积狭小，不利于安全操作。

（4）启闭闸门止水胶皮失效，严重漏水。

渗漏流量约0.005m3/s。

（5）连接闸门和启闭机的丝杠弯曲，影响正常启闭。

（6）输水洞进口堵塞，出口消能设施水毁。

（7）闸门启闭的电力设施已严重老化，不符合电力安全的要求。

因此，**水库输水洞闸门已不能满足水库安全运用需要，急需更新改造。

4.4大坝安全监测

按照《水库工程管理办法》建立了定期检查制度，平时每周检查一次，汛期增加了检查时间和次数，便于及时发现问题，立即采取措施，尽快排除隐患。

目前**水库存在两大问题：

一是防洪标准未达到规范中新规定的1000年一遇，为险库，二是坝基严重渗漏，并且曾出现管涌等渗透变形，为病库。

4.5大坝运行管理综合评价

水库按批准的控制运用计划合理调度运用；水情测报设施不全，通讯设施落后。

《水库工程管理办法》等各项制度得到严格落实，各项制度齐全。

该库自运行以来，大坝未能得到彻底维修，一直在病险状态下运行。

大坝安全监测设施少，原有的几项监测设施破坏严重，已大部分不能工作。

5防洪标准复核

5.1设计洪水复核

本次设计洪水采用实测流量资料推求的方法，共有1954～1987年连续34年实测资料。

其中1961～1987年为**水库站实测资料，1954～1960年利用新立屯和大巴水文站资料插补延长。

其中洪量乘以两站面积之比一次方，洪峰乘以面积比2/3次方。

洪水过程线以1954年典型洪水过程线峰、量同频率控制放大推求。

设计洪水洪峰洪量成果表见5—1。

设计洪水洪峰、洪量成果表

表5—1

P（%）

0.1

0.2

0.33

1.0

2.0

洪峰（

）

6715

5757

5058

3630

2780

洪量（1日）（万

）

7600

6614

5890

4395

3494

洪量（3日）（万

）

8740

7620

6810

5113

4085

洪量（5日）（万

）

9910

8641

7720

5797

4631

5.2调洪演算

本次对库容曲线和溢洪道泄量进行了重新复核。

库容曲线根据1984年测绘的1：

5000水库地形图和2003年1月的淤积测量成果进行了重新修正，溢洪道泄量根据本次复核的断面尺寸和渠底坡降计算。

调洪演算以溢洪道进口底高程84.5起调，调洪结果见表5—2

调洪成果表

表5—2

P%

项目

0.1

0.2

0.33

1.0

洪峰（

）

6715

5757

5058

2630

洪量（万

）

9910

8641

7720

5797

最高洪水位（m）

90.20

89.71

89.33

88.47

最大泄量（

）

3361

2899

2551

1838

相应库容（万

）

4865

4423

4084

3405

5.3水库抗洪能力复核

水库现状坝顶高程90.85m，坝顶防浪墙顶高程91.65m，防渗体顶高程90.0m。

根据大坝质量评价结论，现防浪墙透水，不符合相关规范要求。

实际大坝坝顶高程确定为90.85m，防渗体顶高程90.0m。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL—2001）计算坝顶高程见表5—3

调洪水位

表5—3

P（%）

调洪水位（m）

计算坝顶高程（m）

0.1

90.20

91.58

0.2

89.71

91.10

0.33

89.33

90.69

1.0

88.47

90.79

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定，**水库工程等别为Ⅲ级，主要建筑工程级别为3级。

水库洪水标准为100年一遇，洪水设计1000年一遇洪水校核。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258—2000）规定，**水库大坝抗洪能力低于1000年一遇洪水校核标准，也低于500年一遇近期除险加固校核标准，大坝为三类坝。

水库现状防洪能力为300年一遇洪水校核，100年一遇洪水设计。

溢洪道没有衬砌和消能设施，自身泄洪安全存在一定问题。

根据对水库大坝溢洪道综合分析评价，按照《水库大坝安全评价导则》（SL258—2000）附表B1大坝防洪安全性分级表，**水库大坝防洪安全性分级为C级。

6大坝结构安全评价

6.1土坝结构安全评价

6.1.1土坝变形分析及评价

**水库建库已经46年，沉降已基本稳定。

本次安全评价认为大坝总体变形及坝体沉降已趋于稳定。

6.1.2土坝稳定分析

**水库土坝为混合土质坝，坝基为透水地基，坝体浸润线按照武汉水电学院编写的《水力计算手册》均质坝在有限透水地基的公式进行计算。

由于坝体分壤土和砂土两个区，用L0=k1/k2×L化引壤土区长度，将渗流系数k2的壤土区化引成与坝体砂土区同一渗流系数k1的均质坝。

据渗流计算分析，**水库土坝在设计水位，校核水位情况下不能形成稳定渗流。

本次只对**水库大坝在正常高水位84.50米时的下游坝坡和1/3坝高水位时的上游坝坡作稳定分析计算，抗滑稳定分析采用瑞典圆弧法。

各种工况下的坝体抗滑稳定安全系数

断面

正常高水位

（84.50m）下游坡

安全系数

1/3坝高水位

上游坡

安全系数

坝坡抗滑稳定

允许最小安全系数

主坝0+300

1.46

1.27

1.20

主坝0+500

1.45

1.38

1.20

主坝0+700

1.60

1.33

1.20

计算结果表明**水库大坝抗滑稳定均满足规范要求，坝体结构是稳定的。

6.2其他建筑物结构安全评价

6.2.1溢洪道结构安全评价

**水库溢洪道在当年开挖完成后，没有做衬砌处理。

外露的凝灰岩已风化成粉状，抗冲能力低，出口也没有消能工程，多次溢洪形成的倒冲沟较为严重。

6.2.2输水洞结构安全评价

输水洞工作桥支柱和桥板均为钢筋混凝土。

砼内部钢筋剥蚀。

支柱、工作桥裂缝较多，竖井水位变化区部分砼构件冻融剥蚀，粗骨料外露。

输水洞洞身通过现场勘察发现，砼局部振捣不实13处，其中7处表面砼破碎严重，钢筋外露并锈蚀，距洞底0.5米高度。

侧墙砼水平施工缝开裂，严重处裂缝连续长度7.3米，裂缝处表面砼破碎，钢筋外露并锈蚀。

输水洞径向环缝有三处存在漏水，呈细流状。

输水洞下游设有消力池，消力池左右侧墙局部砼振捣不实，粗骨料集中。

消力池左侧挡土墙砼局部脱落处面积1.5平方米，其余裂缝较多。

右侧挡土墙表层，衬砌砼脱落，脱落面积达50%，余下衬砌已与浆砌石墙发生分离。

6.3结论

6.3.1土坝结构安全评价结论

1、土坝总体变形及坝体沉降已经趋于稳定，开裂的可能性很小，评定为A级。

2、**水库大坝抗滑稳定系数范围为1.27~1.60，根据《水库大坝安全评价导则》附录B表B2-1规定，三级大坝正常运用条件下，瑞典圆弧法抗滑稳定安全系数1.20≤Kc＜1.30安全分级为B级，因此大坝结构安全性分级为B级。

本次**水库大坝结构安全评价定为B级。

6.3.2其他建筑物结构安全评价结论

依据现场检测情况，本次安全评价溢洪道评定为B级，输水洞评定为C级。

7渗流安全评价

7.1现场检查情况、观测资料分析

水库建成后一直在病险状态下运行，突出表现为大坝坝基渗漏。

目前坝基下游有涌水点多处形成水流。

按1977年—1980年实际地表观测资料分析，库水位83.49m（均值）时，地表渗流流量Q=0.055

，年地表渗流总量173.45万

。

坝基渗漏总量在库水位82.32m时，为519.97万

。

1969年、1975年、1977年水库水位达到超过正常高水位，溢洪道溢流。

坝下游渗流有明显增大，并局部有翻砂现象。

7.2基本资料分析

本次计算采用的各项物理、力学指标参数是在1965年、1991年和1992年对坝体和坝基取样试验后所得参数的基础上,进行综合整理分析后选定的。

对所得试验成果参数采用算术平均值法、小值平均值法进行整理。

各项指标见表7-1。

表7—1设计计算指标表

指标

断面号

渗透系数（cm/s）

容重（g/

）

孔隙比

比重

凝聚力（kg/

）

内摩擦角

（度）

算术均值

小值平均值

干

湿

0+300

壤土

2.67×

1.42×

1.51

1.83

0.73

2.67

0.15

15.65

沙砾

6.65×

2.87×

1.45

1.60

0.65

2.65

0.00

34

0+500

壤土

7.00×

2.80×

1.52

1.85

0.72

2.66

0.15

16.13

沙砾

3.56×

2.45×

1.45

1.60

0.65

2.66

0.00

34

0+700

壤土

2.80×

1.40×

1.55

1.89

0.69

2.67

0.15

14.25

沙砾

9.69×

3.16×

1.45

1.60

0.65

2.65

0.00

33.6

坝基

沙砾

4.72×

2.52×

1.56

0.65

2.66

0.00

32.5

根据水库施工情况调查和几次坝体勘探取样试验结果可以看出坝体前部为壤土，土坝后部为砂砾料，壤土渗透系数平均值在（2.67×

～7.00×

）之间砂砾料渗透系数平均值在（3.56×

～4.72×

）之间。

筑坝土料符合《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）筑坝土料的要求。

7.3渗透变形型式判别

渗透变形型式判别采用《水利水电工程地质勘察与技术规范》中附录M的方法判别。

依据此计算方法得出坝基和坝体的渗透变形型式和允许水力比降。

计算结果见表7—2、表7—3

坝基允许水力比