船底窝上级水库病险情况分析及措施研究

郭芮 中山市堤围管理中心

随着社会城市化程度不断的发展，人民生活水平不断提高，水利工程在防洪方面越来越重要，其中，水库大坝起着重要的作用，为了促使水库大坝稳定运行，将效益发挥出来，需要及时准确掌握水库安全状况、科学设定水库运行管理措施的法定制度，定期开展水库防汛减灾、维修养护、除险加固、降等报废等工作。定期开展安全鉴定制度是确保水库大坝安全运行的重要措施，主要依据新修订的《水库大坝安全鉴定办法》和中华人民共和国行业标准《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017）等技术规定与行业标准，对水库大坝实行定期安全鉴定制度。本文根据船底窝上级水库安全鉴定评价内容来分析其病险程度及情况，提出相应的除险加固措施，为进一步提高水库大坝管理水平提供思路。

1.工程概况

船底窝上级水库位于中山市五桂山逍遥谷旅游区内，是一宗以防洪为主的小（2）型水库工程。该水库初建于1973年，自建成运行以来开展了数次除险加固工作，水库集雨面积为0.37km²，总库容为5.30万m³，大坝为浆砌石重力坝，全长50m，坝顶宽1.80m，最大坝高11.00m。该水库大坝溢洪道位于大坝左侧，溢流堰型为开敞式溢流堰，输水涵管位于主坝中底部，涵管为内衬钢板有压圆管，内径0.30m，工作闸门型式为转动门盖，工作闸门启闭方式为螺杆式，最大放水量0.58m³/s 。工程现状见图1。

图1 工程现状

2.病险问题分析

2.1 现场安全检查及安全检测

通过采取现场安全检查、地质勘探、混凝土结构安全检测和砌石结构安全检测等方式，反映出船底窝上级水库大坝存在的病险问题如下：

大坝坝顶混凝土路面有轻微表面裂缝，上游侧护栏底座存在露筋锈蚀情况，大坝断面较同类型工程单薄，大坝采用坝体自身进行防渗，大坝背水面表面常年湿润并有明显渗水；坝脚处渗漏明显并有轻微积水，未设置排水沟及渗流量监测设施，目前仅设置了水位计、水位标尺和雨量计等监测设施。

工作桥下侧底板混凝土保护层局部缺失，骨料出露；溢流堰表面有轻微表面裂缝；工作桥桥墩表面及右侧浆砌石边墙混凝土护面存在大面积龟裂纹。溢洪道泄槽左侧为原山体，原山体走势使得泄槽由上游到下游段逐渐缩窄，使得过水断面逐渐减小，由于山体形状不规则，可能导致泄流流态紊乱。输水涵管阀门在水下，无法进行相关检查检测工作；输水涵管启闭机保护漆剥落严重，呈麻面状，螺杆缺少黄油润滑养护，有明显锈斑，操作不便。

上坝道路为山路，步级陡，部分步级高达40cm，上坝需步行30分钟才能到达坝顶，上坝道路多处路段湿滑，尤其在汛期及有雨天气，上坝极为不便，防汛抢险难度大，一旦在大雨天气发生险情，难以上坝进行防汛抢险救援。而现场未见防汛物料，无防汛值守管理用房，水库巡视检查依靠工作人员定期到库区进行检查。

现场坑探试验测得内部砂浆强度低，坝体内部砂浆强度不满足规范要求，浆坝体浆砌石呈灰白色，灰黄褐色，部分侧面较粗糙，骨料大小粒径不一，骨料级配较差，局部掺杂有少量强～中风化花岗岩碎石，局部胶结较差，呈麻面状、沟槽及块状，局部有缝隙。坝体砌石风化破损严重，抗压强度低，不满足规范要求。通过单环注水实验，得出其渗透系数为K=9.28×10m/s，属中等透水，大坝抗渗透性较差。根据工程测量成果，大坝、溢洪道尺寸与原设计基本吻合，未见明显异常情况。根据检测结果，溢洪道混凝土结构强度偏低，不满足规范要求，大坝探坑内部及背水侧湿润处勾缝砂浆不满足规范要求，金属结构保护漆厚度不满足规范要求。

2.2 工程质量评价

水库大坝库区岸坡稳定，库区周边基岩裸露，工程地质条件较好，未见明显异常。大坝迎水侧浆砌石勾缝有轻微开裂，坝顶路面有多处轻微表面裂缝，坝体背水侧常年湿润渗水，坝体未设置渗流监测设施。坝体内部块石呈灰白色，灰黄褐色，部分侧面较粗糙，骨料大小粒径不一，骨料较差，局部掺杂有少量强～中风化花岗岩石块，局部胶结较差，呈麻面状、沟槽及块状，局部有缝隙。大坝渗透系数为K=9.28×10cm/s，属中等透水，大坝抗渗透性较差。坑探砌石共取样3组，其单轴天然抗压强度代表值为13.6MPa、19.40MPa、72.7MPa，两组低值平均值为16.5MPa，根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）石料抗压强度需≥30MPa，坝体砌石抗压强度不满足规范要求，砌石质量较差。

溢洪道基本能够满足泄流及消能防冲的要求，现场未见有明显冲刷、冲毁痕迹。根据安全检测结果，溢洪道溢流堰、工作桥等混凝土结构强度偏低，未能达规范要求的C25混凝土强度。溢洪道泄槽左侧为原山体，原山体走势使得泄槽由上游到下游段逐渐缩窄，使得过水断面逐渐减小，由于山体形状不规则，可能导致泄流流态紊乱。

大坝输水底涵管位于大坝中间，输水涵管配套的启闭机等金属结构存在锈蚀情况，涵管保护漆厚度不满足规范要求，输水涵管启闭机为人力手摇启闭机，操作不便。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017）)的相关规定，船底窝上级水库砌石强度检测结果大部分不满足规范要求，严重影响工程安全运行，工程质量评价为不合格。

2.3 防洪标准复核

根据《防洪标准》（GB50201-2014）和《水利水电工程等级划分及设计标准》（SL252-2017）的规定，船底窝上级水库设计洪水标准为30 年一遇，校核洪水标准为300 年一遇。复核采用综合单位线法和推理公式法两种计算方法推求设计洪水，最终采用推理公式法的计算结果，设计洪水的洪峰流量（P=3.33%）计算结果为13.61m³/s，校核洪水的洪峰流量（P=0.33%）为17.84m³/s。船底窝上级水库起调水位为336.26m（8.20），30 年一遇设计洪水位（P=3.33%）为337.50m，相应库容5.01万m³，300年一遇校核洪水位（P=0.33%）为337.72m（9.66），相应库容5.30万m³。通过计算，宣泄设计洪水和校核洪水时，溢洪道过流能力满足要求。根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）复核计算水库大坝坝顶高程，结果表明船底窝上级水库坝顶高程满足规定的安全要求。综上所述，船底窝上级水库大坝防洪安全性等级评定为A级。

2.4 安全评价复核

2.4.1 渗流安全

结合工程质量评价结论，大坝坝体部分块石侧面较粗糙，骨料大小粒径不一，骨料较差，局部掺杂有少量强风化花岗岩石块，局部胶结稍差，呈麻面状、沟槽及块状，局部有缝隙。坝体局部防渗性能较差，大坝背水面坝坡表面整体湿润有明显渗水，坝脚处渗流明显并有轻微积水。大坝缺乏渗流监测设备，无量水堰，无相关渗流监测设施，无法从监测数据分析大坝渗流安全是否正常。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），结合现状调查、现场检测情况，船底窝上级水库局部存在渗流异常现象，且未设置渗流相关监测设施，无法根据监测数据去分析大坝渗流安全性态，船底窝上级水库大坝渗流安全评价为C级。

2.4.2 结构安全

根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006）规定，大坝抗滑稳定复核计算工况为：

工况1：正常蓄水位336.26 m（8.20）；

工况2：设计洪水位337.50 m（9.44）；

工况3：校核洪水位337.72 m（9.66）。

其中工况1和工况2属于基本组合情况工况，工况3属于特殊情况组合工况。

船底窝上级水库无溢流坝段，溢洪道布置在左坝肩岩质地基上，故坝体抗滑稳定仅验算非溢流断面。坝体与坝基接触面稳定计算成果见表1，结果表明，按抗剪断强度计算，非溢流坝断面在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况坝体及坝基的抗滑稳定都满足规范要求；按抗剪强度计算，非溢流坝段断面在设计洪水位、校核洪水位工况坝体及坝基的抗滑稳定均不满足规范要求。

表1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算成果

坝体砌体间接触面稳定计算成果见表2，结果表明，按抗剪断强度计算，非溢流坝断面在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况的抗滑稳定都满足规范要求；按抗剪强度计算，坝体抗滑稳定安全系数在拟定工况下均满足规范要求。

表2 坝体砌体间滑动面抗滑稳定计算成果

船底窝上级水库为浆砌石重力坝，大坝应力按照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），应力在于运用期，坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）；各种荷载组合情况下的基础底面应力应不大于地基允许承载力。水库大坝为岩质地基，大坝应力计算断面为最高非溢流坝断面，应力计算成果见表3，结果表明，对于非溢流坝断面，基底最小应力和最大应力在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况下满足现有规范要求。

表3 应力计算成果

溢洪道边墙高程按照《溢洪道设计规范》（SL253-2018），陡槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算结果表明，溢洪道泄槽边墙现状墙顶高程均高于计算墙顶高程，满足规范要求。

船底窝上级水库未设置消力池，溢洪道直接泄流排向山涧，山涧均为裸露基岩，未见明显冲刷痕迹。溢洪道泄槽左侧为原山体，原山体走势使得泄槽由上游到下游段逐渐缩窄，使得过水断面逐渐减小，由于山体形状不规则，可能导致泄流流态紊乱，并冲刷山体。近坝岸坡坡度较缓，库岸均为岩质边坡，基本无塌岸问题，坝坡较为稳定。

综上所述，浆砌石坝段稳定复核，按抗剪断强度复核时，拟定的工况下坝体抗滑稳定及坝基抗滑稳定均满足规范要求；按抗剪强度复核时，在拟定工况下，坝体抗滑及坝基抗滑部分不满足规范要求。溢洪道交通桥墩混凝土保护层厚度不满足规范要求，砂浆强度部分不满足规范要求。根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），船底窝上级水库结构安全综合评价为C级。

2.4.3 抗震安全

船底窝上级水库地震动峰值加速度为0.1g，对应地震基本烈度为Ⅶ度。根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-2006）规定，大坝抗滑稳定复核计算工况包括工况1：正常蓄水位336.26m（8.20）情况+地震、工况2：设计洪水位337.50m（9.44），情况+地震，通过计算表明，大坝在正常运行工况下遭遇地震时，按抗剪断强度复核结果满足规范要求，按抗剪强度公式复核，设计洪水位遭遇地震工况安全系数小于规范允许值。大坝为浆砌石重力坝，浆砌石结构抗震性能差且限于当时经济和技术条件，大坝没有进行抗震设计。大坝抗震措施存在缺陷。综上所述，根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），船底窝上级水库抗震安全综合评价为C级。

2.4.4 金属结构安全

金属结构主要有输水涵管，启闭机、螺杆及控制阀门等。根据检测结果，输水涵管内部锈蚀明显，呈现麻面状，多处锈坑，管壁内部凹凸不平，启闭机保护漆剥落严重，呈现麻面状，螺杆缺少黄油润滑养护，有明显锈迹。坝后输水涵管保护漆厚度不满足规范要求。输水涵管启闭机表面及螺杆表面有明显锈蚀情况，启闭机铭牌模糊不清，依靠人力进行启闭，目前虽能够正常启闭，但启闭操作极为不便。在汛期及大雨等恶劣天气，无防汛公路，上坝困难，无电动设备，人力操作可能无法满足应急抢险需求。根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），船底窝上级水库金属结构安全评价为C级。

3.措施及对策

船底窝上级水库存在一定安全隐患，建议采取以下改进及加固措施：

（1）针对库区无应急抢险物资，汛期及雨天上坝困难，目前上坝道路无法满足防汛应急抢险需求，建议按规范要求完善防汛道路，在库区现场配备防汛物料，提高抢险能力。

（2）针对裂缝及混凝土缺失等，建议修复坝顶路面浅层裂缝及背水坡浆砌石结构勾缝剥落缺失部位。修复溢洪道泄槽段局部混凝土缺失部位，修复泄槽边墙裂缝，并按规范设置消力池。

（3）针对浆砌石坝体内砌石座浆欠饱满，砂浆强度低，浆砌石内部为中等透水，坝体背水坡有明显的渗水现象；按抗剪强度计算，部分工况下抗滑稳定安全系数不满足规范要求。建议通过灌浆等多种方式，填充坝体内部空隙，并在上游增设混凝土防渗面板，提高坝体、坝基的抗渗性能。

（4）针对大坝现场检测设施缺失，建议按规范设置相关监测设施，增设表面变形、渗流等监测设施，加强管理维护以及监测人员的相关教育培训，按规范要求采集、整编、保存监测资料。

（5）对输水涵管、启闭机及闸阀等进行更新改造。

（6）这次复核船底窝上级水库校核库容仅为5.30万m³，库容不满足小（2）型水库要求，建议采取库区清於措施或者按实际情况考虑降等处理。

4.结论

船底窝上级水库管理机构及管理制度基本健全，管理机构工作人员职责分工及时开展了安全鉴定工作。根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017），船底窝上级水库工程质量不合格，结构安全、渗流安全、抗震安全、金属结构均评价为C级，水库大坝存在一定的安全隐患，需尽快开展除险加固工程，除险加固前应制定应急预案，并加强现场巡查工作，发现异常及时处理。