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生产过程风险水利工程建设周期长,施工工序复杂,施工过程中如有施工质量不过关、安全隐患未及时处理,机械操作不当都可能引起堰体失事、爆炸、触电等危险。安全管理风险未落实安全生产责任制、安全生产管理制度不健全、未严格执行安全生产操作规程等易造成安全管理漏洞,无章可循,安全意识不足,人员操作设备失误,引发重大事
2应对策略分析
2.1总体布置
工程总平面布置应在总体规划的基础上,根据工程性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护,以及防火、安全、卫生、节能、施工、检修、厂区发展等要求,结合场地自然条件,经技术经济比较后择优确定。在工程总体布置设计方面,应根据工程所在地的气象、洪水、雷电、地质、地震等自然条件和周边情况,预测劳动安全与工业卫生的主要危险因素,并对各建筑物、交通道路、安全卫生设施、环境绿化等进行统一规划。
2.2自然灾害风险防范
2.2.1地震风险防范工程选址时选择区域构造稳定性较好地块,尽量避开区域性大活动断裂带,严格按照规范要求确定工程抗震设计标准和地震作用计算方法,根据规范、相关研究成果及成功的工程经验合理确定工程各建筑物结构和基础处理措施,建立、健全地震监测及预警、预报系统,建立工程安全运行管理制度并严格执行,对建筑物进行定期的检修维护。
2.2.2暴雨、洪水、泥石流等风险防范严格按照防洪标准要求设计,重点做好电站及其他建筑物的防洪、度汛措施,加强电站运行管理及水情测报,地面建筑物的设计充分考虑气象等不利因素,加强监控,制定相应的专项应急预案。
2.2.3低温及冻融、冻胀风险防范在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物质成分和不同性能的水泥、骨料和外加剂,从材料方面确保混凝土的抗冻性能,严格混凝土制作配合比,根据结构类型和所处的环境条件,确定关键设计参数,掺入外加剂以增加混凝土密实度,提高抗冻性能,依据规范进行结构和基础防冻设计、施工,改善混凝土构件周围的环境条件,以减少或改善致使混凝土冻融受损的各种不利因素,严防渗漏,加强排水,对易受冻害的边坡采取喷护、排水等综合措施。
2.2.4生产设备风险防范严格设备选型,选择有资质厂家的合格设备,确保安装质量和安装精度,设备安装过程中严格按照设计要求进行操作,并按相关规定对设备焊缝进行检查。严格运行管理,发现超标振动应及时查明原因,必要时停机检修,做好设备运行维护、试验和调试工作,按技术规范要求工况运行,加强对生产设备各部位的监测,发现问题及早处理。制定严格的操作管理制度,对操作人员进行安全管理及岗位培训,焊接作业人员必须具备相应资质,并持证上岗。完善设备巡视与台账制度,确保设备正常运行。
2.3加强安全管理
2.3.1落实安全管理制度建立安全生产责任制,落实安全生产责任制的监督、监察机构,制定安全管理规章制度,及安全生产操作规程,安全生产管理过程中对安全工作进行计划、布置、检查、总结、评比。
2.3.2加强对施工队伍的安全管理培训工程项目应配有专门负责安全的人员,选择理论和实践能力都较强、有充分应对危险能力的人员,对于新入厂的工人和调换工种的工人应进行岗前安全教育和技术培训,特种作业人员,除按一般性安全教育外,还要按照行业规定进行特种专业培训,考核合格并取得特种作业人员操作证后方可上岗。
2.3.3建立应急救援组织,做好应急救援管理制定单位应急救援预案,建立应急救援组织,配备应急救援物资、设备和器材,制定事故应急救援预案演练计划,实施演练,建立事故分类和等级划分标准及调查、处理、报告、等级、制度和事故管理档案,做到“四不放过”,即
①事故原因未查清不放过;
②事故责任人未受到处理不放过;
③事故责任人和周围群众没有受到教育不放过;
④事故没有制订切实可行的整改措施不放过。
2.3.4水工建筑物安全建筑物抗震等级应满足结构抗震规范要求,按照规范要求合理确定工程等别、水工建筑物级别及设计标准,根据工程区建设条件合理确定水工建筑物形式、尺寸、抗震措施等,对建筑物选址、结构、基础处理、建筑材料、施工工艺等各环节严格控制,施工中要严格按照设计要求,做好水工建筑物防渗体施工、地基处理等,建立科学的洪涝与地震等时期的运行管理制度,提高应对不可预见危险的能力,定期进行水工建筑物监测、检查与维护。
3结语
【关健词】病险水闸这;加固设计;设计前期;补充;复核
引言
大丰市水闸绝大部分建于上世纪七、八十年代,由于当时技术经济条件的限制,大多数工程设计标准较低,施工质量差,有很多是“三边”工程,同时建成后运行管理制度不完善,工程正常维修养护经费无正常渠道投入,工程更新改造、除险加固费用投入不足,在运行过程中逐渐产生老化病害,导致工程的安全性、适用性和耐久性下降,功能得不到正常发挥,甚至产生安全隐患。为了更好地了解全市病险水闸工程当前的工情、险情,有必要对存在问题较为严重的病险水闸进行实地现状调查及现场检测,根据各闸工程现状调查及现场检测的情况并结合工程运行管理情况,对病险水闸进行加固设计,使水闸工程发挥其作用,保护人民生命财产的安全。
1 设计前期资料的分析整理
1.1 原始资料收集
充分利用收集到的水闸工程原始资料,可以节省大量时间和减少不必要的投资。
1.2 水闸安全鉴定成果
水闸安全鉴定成果主要包括现状调查分析、现场安全检测、工程复核计算和安全评价。因此,水闸安全鉴定可作为开展除险加固设计的重要参考资料。由于安全鉴定更着重于现场观测、检测的结果,水闸安全鉴定的成果不能完全代替设计人员必要的复核和验算。设计人员必要时可与安全鉴定人员充分沟通,取得现场安全检测和工程复核计算的原始资料,为采取更合理的处理措施提供依据。
1.3 水闸除险加固规划和批准文件
水闸除险加固规划和批准文件是除险加固设计的重要依据。除险加固规划和批准文件,准确地说明了水闸除险加固设计需要的深度和设计范围,对开展设计具有指导意义。
2 补充工程勘察应遵循的原则
当水闸经安全鉴定需进行除险加固时,应首先分析原设计勘察资料、施工资料、竣工资料以及水闸安全鉴定中的勘察资料是否能满足除险加固设计要求。当确有必要补充勘察时,应直接针对存在问题安排勘察工作。工程勘察时,除遵循一般地质勘察要求外,尚需遵循以下原则:水闸除险加固设计工程地质勘察的对象应根据设计要求确定;原工程勘察资料收集不全或没有,而除险加固设计又需要资料时需进行补充工程勘察;水闸除险加固设计的工程布置范围超出原工程勘察资料勘察范围的,应进行补充勘察;水闸出现绕渗问题,且超出原勘察范围,应对渗漏地段范围大小进行勘察; 闸基存在不良工程地质问题,原勘察资料又说明不了问题,应进行补充勘察以确定处理方案;补充勘察应以不扰动原建筑物基础或影响其安全为原则。水闸除险加固工程设计地质勘察应在安全鉴定的基础上,对水闸工程的险情和隐患及其他有关地质问题进行详细勘察,结合设计单位的设计要求,分析地质病害和隐患产生的原因,并评价其危险程度,提供水闸除险加固设计所需要的地质资料,并对加固处理措施提出建议。
3 工程任务和规模的复核
对于新建的水闸工程,其工程任务和规模是由所在河流的流域规划以及需求所确定的。而对除险加固的水闸工程,其任务和规模原则上不会发生变化,但也会因为除险加固措施的实施而发生改变。
3.1 等级划分及洪水标准
病险水闸除险加固设计时,首先应复核建筑物等别与级别。目前需要除险加固设计的水闸,多修建于20 世纪90 年代之前。在不同时期,国家有不同的相关规范来确定工程的等级。因此,水闸除险加固应以满足水闸正常使用功能和自身防洪安全为原则。在除险加固设计时,应以最新修正的规划数据为依据,按新的规范要求对工程等别进行复核和重新确定。
目前,复核水闸建筑物等别与建筑物级别时,主要以《水闸设计规范(SL265―2001)》为依据确定建筑物的等别与级别。山区、丘陵区水利枢纽工程等别应按国家现行的《水利水电工程等别划分及洪水标准(SL252―2000)》确定。同时,灌溉渠系以及位于防洪(挡潮)堤上的水闸,其级别也应根据相应的灌区及堤防相关规范进行确定。对经过除险加固后,工程的运用无法达到原设计标准的水闸,要结合实际情况充分论证,重新确定工程的等别和建筑物级别。合理确定水闸的等级后,水闸的防洪标准也应按此等级根据有关标准和规范相应确定。
3.2 特征水位
根据水闸的功能不同,设计水位包括设计洪水位、正常蓄水位、设计引水位等。设计中引起特征水位变化的主要有两种情况:一是对应设计流量变化引起设计水位的变化,这与水闸等级变化以及流域水文情况变化相关。水闸等级变化、流域防洪标准变化以及流域内修建水库等改变了来水条件、水文系列延长引起的洪水频率变化等都可能引起设计流量的变化,而设计流量变化势必要求重新复核对应的设计水位。二是设计流量不变的情况下,河道冲淤、断面变化等引起的同流量水位的变化。
3.3 设计规模
水闸设计规模的变化与否对除险加固采取的方式有直接影响。水闸除险加固时,除应根据确定后的水闸等级和设计洪水标准确定水闸规模是否合理外,还应结合水闸实际运用情况、流域防洪规划及其他要求,充分考虑水文系列的延长,复核水闸原规模,并确认这些指标是否发生变化。
4 工程布置及建筑物的加固设计
4.1 工程布置
安全鉴定中需要除险加固的三类闸,除险加固设计原则上一般不改变原闸的工程总体布置和主要建筑物型式。需要延长渗径和消能防冲段的水闸, 应按原闸轴线进行布置,并符合《水闸设计规范》(SL265―2001)的相关规定。安全鉴定为四类闸,拆除重建时闸址选择和布置可根据《水闸设计规范》(SL265―2001)要求或参考已建同类工程进行。
4.2 水力设计
水力设计一般包括:过流能力验算、拟定闸门控制运行方式和消能防冲设计计算。病险水闸除险加固设计时,影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。设计时应根据复核后的特征水位和规模,对水闸的过流能力进行复核。当采取加厚底板尺寸、加固闸墩以及增加底坎等措施时,过流面积、水流流态以及下游的出流状态都可能发生变化,需要重新复核水闸的过流能力。尤其要注意流态的变化,需要根据实际情况而采取和原设计以及安全鉴定时不同的过流能力计算公式来进行验算。如果水闸为穿堤涵闸,闸室后紧邻的涵洞断面尺寸、长度变化都可能引起过流能力的变化。尤其是涵洞延长时,尚需重新判断涵洞的流态,即涵洞为有压、无压、半有压和长洞、短洞以及淹没出流和非淹没出流等不同的水流型式,据此选择合适的计算公式验算其过流能力。
水力设计中闸门控制运行方式主要为今后水闸的管理提供技术支持。因此,对闸门的开启程度以及相应的过流能力也应进行必要的复核计算,以方便水闸的运行管理。消能防冲设计计算时,需要特别注意特征水位变化引起的计算条件的变化,以此复核消能防冲工程能否满足设计要求。
4.3 防渗排水设计
水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算,其内容包括:进行水闸的地下轮廓布置, 设计防渗、排水设施的型式、布置、构造和尺寸;渗流压力计算;渗流坡降计算,验算地基抗渗稳定性;滤层设计;防渗帷幕及排水孔设计;永久缝止水设计。除险加固的水闸应根据水闸存在的问题,按水闸实际的防渗、排水设施型式、布置、构造和尺寸进行防渗排水设计验算。不同水闸存在问题不同,在除险加固设计时也应根据加固设计采取的措施, 对改建后的排水设施进行复核计算。必须注意的是,一旦改变了原防渗措施,须对渗流压力进行计算,因为新增的防渗设施可能会改变渗流压力分布,影响到闸室稳定。防渗设计时,一方面要注意特征水位变化引起的计算条件的变化,另一方面,也需尽可能根据已建水闸多年观测的数据对地质参数进行必要的复核。
4.4 闸室结构布置及稳定性分析
三类闸除险加固时,首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算,然后结合安全鉴定中结构存在的问题, 采取必要的工程措施进行加固,同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性,以及这些差异将对工程安全运行带来的影响。
水闸结构分析及稳定计算时,其荷载的计算也应考虑设计参数的改变。同时,荷载组合中应对检修工况荷载组合进行充分的考虑。有抗震要求时,应根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203―97)的规定,对抗震设防烈度超过6 度的水工建筑物进行结构抗震设计校核。
4.5 地基处理及设计
当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时,需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施改变时都需要重新验算地基承载力。
由于闸基处于混凝土底板之下,且闸底板钢筋混凝土厚度一般均在0.8m 以上,钢筋间距较小,因此,直接对地基加固有一定困难。当地基已发生较大不均匀沉降时,需根据已有地质资料认真复核地基承载力,确定合理的加固措施。必要时增加地质勘探工作,取得更为合理的地基土的物理力学指标,确保采取的措施合理、经济且施工可行。
5 闸门、启闭机、施工组织及其他
5.1 闸门、启闭机
不论是钢筋混凝土闸门还是钢闸门,随着使用年限的延长,自身结构均会出现不同程度的老化、损坏。对于钢闸门,当其结构发生严重锈蚀而导致截面削弱, 应进行结构强度、刚度和稳定性验算。对于钢筋混凝土闸门,当钢筋混凝土闸门的梁、面板等受力构件发生严重腐蚀、剥蚀、裂缝致使钢筋(或钢筋网)锈蚀时,应按实际截面进行结构强度、刚度和稳定性验算。对闸门的零部件和埋件等发生严重锈蚀或磨损的, 应按实际截面进行强度复核。当主要设计参数发生改变时, 尤其是挡水高度等发生变化时,必须对闸门强度进行验算。启闭机以及相应的电气控制设备主要存在的问题是设备老化。当需要进行设备更新时, 除考虑启闭力外,还应尽可能选择量产、标准化程度高的设备,方便日后的维修养护。
5.2 施工组织
施工组织设计中,除按要求对施工条件、施工导流、料场的选择与开采、主体工程施工、施工交通运输、施工工厂设施、施工总布置、施工总进度和主要技术供应进行必要的论证和设计外,更应结合加固工程的实际特点, 选择更为合理的主体工程施工方案。尤其是钢筋混凝土结构的加固,施工难度及施工质量要求相对较高。
5.3 其他
根据相关要求,病险水闸除险加固设计中,应对工程占压、环境保护、工程管理、设计概算和经济评价进行设计。由于病险水闸除险加固是在原闸基础上进行的加固或改建,其设计的永久占地一般均相对较少或仅仅为临时占地,因此,产生的占地及移民问题也相对较少,易于处理。病险水闸除险加固中, 其工程量较小,环境保护以及产生的水土流失问题也相对较小,易于解决。工程观测主要是在原观测设施基础上,对存在问题的设施进行修复或替换,不存在更多技术问题。难于处理的是经济评价,尽管工程投资、产生的效益、运行费用等相对易于计算,但实际工程产生的效益很难分摊。因此,具体每处工程设计时, 应结合自身运用特点,进行合理的区分。
6 需要进一步探讨的设计问题
6.1 慎重对待闸底板高程的调整
当因稳定问题以及挡水等需要闸底板加固时,设计中一般会对加固后的闸室问题、底板结构进行必要的分析验算。而在这种情况下,易于忽视因闸底板高程变化而对河流河床变形和水力参数变化的考虑。以拦河水闸闸底板高程抬高为例。首先,假设流量Q不变(恒定流)、沙粒径D 沿程不变、河宽B 不变、糙率不变、河流处于冲淤平衡状态,可以得到水流基本方程:
Q=B•C•h1/2•i1/2
式中,i 是水力坡降,C 是谢才系数。同时,河流基本输沙方程为:
S=D-Pmun
S=BD-PmC(hi)n/2
式中,p 和n 均为指数,n 一般大于4,m 为系数,u 为流速。根据上述假定,对比降i 推导出方程:
SDPB(n-3)/3=mC2n/3Qn/3In/3
可以得出,当拦河闸闸底板高程抬高后,其上游河道河床比降i 变缓,而河流宽度没有改变,床沙粒径D 沿程不变或改变很小,在相同流量或来水过程下, 水流的挟沙能力减弱,导致河流上游的淤积抬高。上游来沙将减少,将导致下游的冲刷。同时,上游河床比降变缓,同流量水位将会抬高,可能导致两岸堤防加高。因此,当需要对闸底板高程进行改变时,须对未来的河床演变和水面线影响作出合理的预测。
关键词:水库大坝 除险 加固 效果良好
中图分类号:TV62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(b)-0061-01
1 工程概况
上西庄水库位于青龙县境内的起河支流中下游,坝址位于秦皇岛市青龙县龙王庙乡上西庄黄崖沟村境内,坝址以上控制流域面积1.4 km2,总库容10.4万m3,是一座以防洪为主兼顾灌溉养殖的小(2)型水利枢纽工程,始建于1970年5月,1971年6月初竣工。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。拦河坝为粘土心墙坝,现状最大坝高15.5 m,坝顶高程552.00 m,坝顶长71 m,坝顶宽4.0 m,坝顶无防浪墙。上游坝坡为干砌块石护坡,坡比为1∶2.1;下游坝坡为干砌块石护坡,坡比为1∶1.43。
溢洪道位于大坝右侧岸边,为开敞式宽顶堰,堰顶高程550.00 m,堰顶宽度5 m。下游为开敞式明渠,左岸为浆砌石直立挡墙,右岸为山体,坡比为1∶0.7。溢洪道全长30 m,纵坡1/77,最大泄量21.2 m3/s。放水洞位于大坝左坝头,为直径0.3 m的坝下混凝土埋管,长44 m,进口底高程541.00 m,最大放水量0.41 m3/s。
2 工程除险加固前存在问题
(1)拦河坝。
①现状坝顶路面坑洼不平,影响汛期抗洪抢工作。②上游干砌石护坡质量差;上游坝坡杂草丛生,堆砌质量较差,块石间缝隙过大,咬合不紧,块石易松动,坡面凸凹不平;局部出现塌陷,部分块石被架空而失稳。③下游干砌石护坡质量差;下游坝坡杂草丛生,局部亏坡现象严重,块石松动,坡面凸凹不平,下游坝坡过陡,抗滑稳定安全系数不满足规范要求。④拦河坝防洪标准不足200一遇洪水标准,不满足规范要求。⑤下游坝基建基面有接触渗漏现象,坝脚有明流。(2)溢洪道;溢洪道岩性为斑状花岗闪长岩,岩块松动稳定性差,左岸边墙局部有裂缝、块石松动的现象,坡面不平整,抗冲刷能力差,影响溢洪道的正常运用。(3)放水洞;阀门锈蚀严重,关闭不严,常年漏水,已严重影响正常使用。(4)管理、配电及通讯设施不完善;水库管理设施不完善,缺乏水位、坝体渗流等观测设施,无法掌握拦河坝的工作状态。水库没有管理用房。
3 工程地质条件
坝型为粘土心墙坝,坝基坐落在燕山侵入体(πγδ52)斑状花岗闪长岩之上。坝体两侧均为干砌石护坡,石材原岩为斑状花岗闪长岩,块径15~30 cm,砌筑质量差,凸凹不平,块石间孔隙较大、咬合不紧,经多年运行,已出现多处滑移。溢洪道位于右坝肩山边,为开放式河岸溢洪道。溢洪道右岸为山体开挖的岩石边坡,左岸为浆砌石的挡墙。水库运行期间未发现有绕坝渗漏现象。坝脚有渗漏现象,可见明流,流量大约100 ml/s。大坝无防浪墙,无观测设施,管理设施不健全。坝顶右端混凝土路面出现裂缝,长约4 m,最宽处约8 cm。
4 工程设计标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,上西庄水库为小(2)型,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物级别为5级,其主要建筑物拦河坝、溢洪道、放水洞等按5级建筑物设计,设计洪水标准为20年一遇,校核洪水标准为200年一遇。依据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),场区地震动峰值加速度为0.05 g,地震动反应谱特征周期0.45 s,对照《中国地震动参数区划图》附录D,地震基本烈度相当于Ⅵ度区,建筑物的地震设计烈度为6度,根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97),建筑物可不考虑地震因素。
5 工程的除险加固设计
5.1 坝顶修建防浪墙、坝顶改建
坝顶路面顶高程为552.00 m,采用泥结碎石路面,长71 m,净宽3.5 m,厚20 cm;由于拦河坝安全超高不满足规范要求,坝顶上游侧加设L型浆砌石防浪墙,防浪墙高 1.0 m,顶高程为553.00 m,墙宽0.5 m。由于该地区冻土深度1.09 m,因此防浪墙基础埋深1.2 m,基础底高程550.80 m,防浪墙为浆砌石结构;坝顶下游侧设浆砌石路缘石,路缘石尺寸0.4×0.5 m(宽×高),顶部与路面齐平,其中水泥砂浆均采用M10;坝顶路面采用单侧排水,路面坡度2%,路面雨水经坡面排至下游。
5.2 上游坝坡加固维修
原拦河坝上游护坡为厚40 cm的干砌石护坡,下设40 cm厚反滤层,坝坡为1∶1.21。现场勘查和地质勘察成果表明,干砌石护坡所用石材风化严重,质地较软,且块石块径偏小,形状不规则,部分块石是由大块漂石破碎而成的,存在磨圆面,块石间空隙过大,咬合不紧,易松动,局部出现塌陷,部分块石被架空而失稳。
经复核计算,上游坝坡稳定计算满足规范要求,因此仅对塌陷亏坡处以及干砌石破坏严重处进行修复处理。据现场查勘统计,上游坝坡需要修复面积约占50%。修复时,首先拆除需维修部位的原干砌石护坡及反滤,清理干净后,回填开挖渣料至坡比1∶2.1,再铺设20 cm碎石垫层和40 cm干砌石护坡,坡比维持1∶2.1。新砌护坡石料要求采用质地坚硬、无裂纹的新鲜岩石,饱和抗压强度大于40 MPa,容重大于24 kN/m3,块石中部厚度不小于200 mm。
5.3 下游坝坡加固维修
拦河坝下游坝坡坡为干砌石护坡,本次实测下游坝坡坡比仅为1∶1.43,经复核计算,下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求,因此本次加固对下游坝坡进行贴坡处理,贴坡用料采用溢洪道开挖石渣。贴坡前,应先拆除原干砌石护坡,由于原反滤料与贴坡石渣土力学指标基本相同,因此不予拆除,直接培厚下游坝坡,高程544.00 m处设2 m宽一级马道,马道上下坡比均为1∶2.0。新筑坝材料首先回填开挖渣料;渣料上部回填上游坝坡拆除的反滤料;在放水洞基础顶面高程以下回填30 cm砂砾石,不足部分回填土料。坝体填筑渣料采用溢洪道右岸开挖渣料,渣料和反滤料压实后相对密度不小于0.7。土料从料场外购,压实度要求不低于94%。结合贴坡式排水对下游坝脚进行防护,其顶部应高于坝体浸润线出逸点1.5 m,并且不小于冻土深度,确定其顶高程位于下游坝脚以上2.0 m,即高程538.50 m。排水体顶部和下游边坡采用30 cm厚干砌石砌筑,边坡为1∶2.0。由于回填石渣能够起到反滤作用,因此排水设施不再设反滤层。
6 结论
通过分析该工程的安全隐患所在,依据规范对坝顶修建防浪墙、坝顶路面改造、上游坝坡干砌石护坡拆除重建、下游坝坡贴坡培厚及防护等工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。工程加固后至今运行良好,故实践证明其所采取的除险加固措施达到了设计要求,取得了较好效果,值得推广。
关键词:茶山岗水库;安全鉴定;评价
中图分类号:TV697 文献标识码:A 文章编号:
1工程概况
1.1基本概况
茶山岗水库位于藤县象棋镇中信村,1957年12月建成,所在河流为浔江的北流河支流干塘河上。坝址以上集雨面积0.45km2,河流长度0.82km,河流坡降92.8‰。流域为山丘区小河冲,植被一般。茶山岗水库为小(2)型水库,以灌溉为主,灌溉面积150亩。
茶山岗水库本次复核总库容为17.3万m3,根据茶山岗水库工程的规模、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《国家防洪标准》(GB50201-94)规定:属小(2)型水库、Ⅴ等工程,5级建筑物,茶山岗水库大坝登记表为20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核,原设计、校核洪水标准符合规范要求,本次评价仍按20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核标准复核;设计洪峰流量为12.5m3/s,设计洪水位为181.20m;校核洪峰流量为17.4m3/s,校核洪水位为181.61m;正常蓄水位为179.95m,死水位为177.70mm;水库总库容17.3万m3,水库兴利库容为6.1万m3,调洪库容5.4万m3,死库容5.8万m3。
1.2 主要建筑物
茶山岗水库由大坝、溢洪道和输水设施组成。大坝为均质土坝,实测坝顶高程182.110~182.880m,最大坝高7.58m,坝顶宽2.38~3.60m,坝顶长35.30m。大坝内坡无任何防护,坝坡坡比从上到下为1:2.08;外坡坡面不平整,草皮植被差,坡比从上到下依次为1:8.63、1:3.94,坝脚无排水反滤体。溢洪道设在大坝右端,为明渠,进口底高程为179.95m,进口宽1.45m,最大下泄流量为9.33m3/s。溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施。输水设施采用梯级放水道放水,进口高程177.70m,埋于左侧坝体下方,为瓦筒管,直径为φ0.3m,最大放水流量为0.07m3/s,主要是满足下游灌溉用水。
1.3 垮坝影响
影响人口1000人、耕地100多亩。建成后运行至今已50多年,工程已存在较严重安全隐患,为了使工程能够安全运行,发挥其应有的效益,对该工程进行除险加固已迫在眉捷。
2大坝现场安全检查
现场安全检查发现工程存在以下问题和隐患:
2.1 大坝
坝顶为泥土路面,两侧无路缘石;内坡无防护,风浪冲刷严重,坡面不平整,局部已崩塌;外坡坡面不平整,草皮植被差。坝脚无排水反滤体,高水位时坝脚有水渗出,渗漏量随水位升高而增大;大坝内、外坡无上坝台阶,外坡坝肩及坝脚均无排水沟;坝坡有蚁害现象。
2.2 溢洪道
溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施,无跨溢洪道交通桥,影响安全泄洪。
2.3 输水设施
梯级放水道底部沉陷开裂,浆砌石表面砂浆老化脱落,漏水严重;穿坝放水涵管老化,沉陷开裂,漏水严重,出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。
2.4 管理设施
大坝没有必要的安全观测设施,坝首现有30m2值班房一间。
2.5 防汛公路
水库防汛公路长1.8km,路面宽3.0m,为泥土路面,路况差,影响防汛抢险工作。
3大坝安全分析评价
3.1工程质量评价
根据地质勘测资料,坝体渗透系数为6.7×10-4 cm/s,不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩,透水率q =13~22Lu,属中等透水。坝顶为泥土路面,两侧无路缘石;内坡无任何防护,风浪冲刷严重,坡面不平整,局部已崩塌;外坡坡面不平整,草皮植被差。坝脚无排水反滤体,高水位时坝脚有水渗出,渗漏量随着水位升高而增大;大坝内、外坡无上坝台阶,外坡坝肩及坝脚均无排水沟;坝坡有蚁害现象。大坝工程质量评为不合格。
溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施,无跨溢洪道交通桥,影响安全泄洪。溢洪道工程质量评为不合格。
梯级放水道底部沉陷开裂,浆砌石表面砂浆老化脱落,漏水严重;穿坝放水涵管老化,沉陷开裂,漏水严重,出口处在停水期仍有0.15L/S漏水量。输水设施工程质量评为不合格。
综上所述,茶山岗水库工程质量评为不合格。
3.2 运行管理评价
水库坝首现有值班房30m2,无交通车辆和防汛船只,办公条件差、不能适应水库管理要求;水库运行调度运用方法落后不科学;大坝在修建过程中遗留有较多的质量问题和安全隐患,由于受资金限制,水库险情未能彻底根除,险情仍时有发生;大坝没有必要的安全监测设施,无法监测大坝安全运行;输水箱涵内径太小,平常无法进人检查其现状存在的问题。
鉴于大坝运行管理存在较多的问题,已经影响工程效益的正常发挥,对工程的安全构成威胁。根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的有关规定,茶山岗水库工程运行管理综合评价为“差”。
3.3 防洪标准复核
根据茶山岗水库工程的规模、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《国家防洪标准》(GB50201-94)规定:属小(2)型水库、Ⅴ等工程,大坝为均质土坝,为5级建筑物,大坝的设计标准为20~30年一遇洪水设计,200~300年一遇洪水校核。大坝注册登记的设计、校核洪水标准分别为20年、200年一遇,原设计、校核洪水标准符合规范要求。坝顶高程要求为183.415m,而大坝实际坝顶高程为182.110~182.880m,坝高不满足《防洪标准》(GB50201-94)的要求。
根据调洪演算,溢洪道满足最大泄洪流量安全下泄的要求。溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施,无跨溢洪道交通桥,不满足安全泄洪要求。水库垮坝影响:影响人口1000人、耕地100多亩。根据《大坝安全鉴定评价导则》的规定,茶山岗水库由于坝顶高程不满足规范要求,挡水安全性分级为C级;溢洪道满足安全下泄要求,泄洪安全性分级为B级。
综合大坝挡水安全性、溢洪道泄洪安全性分级,水库防洪安全性分级为C级。
3.4 结构安全评价
大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。现状坝顶宽度为2.38~3.60m,部分坝顶宽度不满足规范要求。内坡无任何防护,风浪冲刷严重,坡面不平整,局部已崩塌;外坡坡面不平整,草皮植被差;坝脚无排水反滤体,大坝内、外坡无上坝台阶,外坡坝肩及坝脚均无排水沟。综上所述,大坝结构安全性评为B。
溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施,无跨溢洪道交通桥,影响安全泄洪。综上所述,溢洪道结构安全性评为C。
涵管过流能力满足要求。梯级放水道底部沉陷开裂,浆砌石表面砂浆老化脱落,漏水严重。穿坝放水涵管老化,沉陷开裂,漏水严重,出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。故结构强度不满足要求。综上所述,输水设施结构安全性评为C级。
综上所述,水库结构安全评价为C级。
3.5 渗流安全评价
根据勘测资料,坝体渗透系数为6.7×10-4cm/s,不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩,透水率q=13~22Lu,属中等透水。各种工况下大坝出逸点水力坡降均小于坝体的允许渗透(Jc=0.470)坡降,坝体渗透稳定,大坝浸润线渗流出逸点较高,渗漏水在下游坡面形成表面泾流,会带走外坡表土。坝体筑填土与坝基接触不紧密,接触带存在渗漏现象。坝脚无排水反滤体,高水位时坝脚有水渗出,渗漏量随着水位升高而增大。综上大坝渗流安全性评为C。
溢洪道设在坝首右端,为明渠,由强风化紫红色粉砂岩组成,岩石节理发育,抗冲刷力较差。现场检查溢洪道无明显渗漏。综上所述,溢洪道渗流安全性评价为B级。
梯级放水道底部沉陷开裂,浆砌石表面砂浆老化脱落,漏水严重。穿坝放水涵管老化,沉陷开裂,漏水严重,出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。综上所述输水设施渗流安全性评为C。
综上所述,水库渗流安全评价为C级。
3.6 抗震安全复核
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),茶山岗水库所在区域测区地震动峰加速度为0.05g,相应地震基本烈度为Ⅵ度,反应谱特征周期为0.35s。根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL5203-97)和《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的规定,可不进行抗震复核。
3.7 金属结构安全评价
茶山岗水库无金属结构,不用进行金属结构安全性复核。
4 工程存在的主要问题
4.1 大坝
坝顶高程要求为183.415m,而大坝实际坝顶高程为182.110~182.880m,坝高不满足《防洪标准》(GB50201-94)的要求。根据地质勘测资料,坝体渗透系数为6.7×10-4cm/s,不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩,透水率q=13~22Lu,属中等透水。各种工况下大坝出逸点水力坡降均小于坝体的允许渗透(Jc=0.470)坡降,坝体渗透稳定,但大坝浸润线渗流出逸点较高,渗漏水在下游坡面形成表面泾流,会带走外坡表土。坝体筑填土与坝基接触不紧密,接触带存在渗漏现象。大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。内坡无任何防护,风浪冲刷严重,坡面不平整,局部已崩塌。外坡坡面不平整,草皮植被差。坝脚无排水反滤体,高水位时坝脚有水渗出,渗漏量随着水位升高而增大。大坝内、外坡无上坝台阶,外坡坝肩及坝脚均无排水沟。
4.2 溢洪道
根据调洪演算,溢洪道满足最大泄洪流量安全下泄的要求。溢洪道底板及边墙均无衬砌,出口无消能设施,无跨溢洪道交通桥,不满足安全泄洪要求。
4.3 输水设施
梯级放水道底部沉陷开裂,浆砌石表面砂浆老化脱落,漏水严重;穿坝放水涵管老化,沉陷开裂,漏水严重,出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。
4.4 管理设施
大坝没有必要的安全观测设施,坝首有值班房一间,为30m2。
4.5 防汛公路
水库防汛公路长1.8km,路面宽3.0m,为泥土路面,路况差,影响防汛抢险工作。
5意见和建议
大坝内坡用砼护坡,完善外坡排水沟,增建排水棱体;对大坝进行防渗处理;对大坝进行白蚁防治;对溢洪道进行加固处理;对输水设施进行加固处理;增建值班房;维修防汛公路;增设必要的观测设施;加强水库大坝的日常管理与监测,做好监测资料的保存与整编工作;在没有除险加固之前,要控制水库低水位运行。
参考文献:
[1]水利部1995年《水库大坝安全鉴定办法》.