水利论文--马头水库大坝安全鉴定

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

于江
摘 要：从水库的防洪安全标准、工程质量、结构安全、输泄水建筑物安全、渗流安全、金属结构安全及运行管理等方面，对马头水库现状工程的安全性进行全面复核和评价，鉴定结论为三类坝。
关键词：土石坝；马头水库；大坝；安全鉴定
1概况
马头水库位于保定市易县马头村，是大清河系北易水支流马头沟上的一座以防洪为主，结合灌溉的中型水库，属三等工程，其主要建筑物为3级建筑物。主坝为斜墙坝，坝顶长500m，宽5m，最大坝高23m。水库控制流域面积49km2，总库容1000万m3，兴利库容517万m3。主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、输水洞等。
马头水库始建于1957年12月，1960年主体工程完工并投入运行。1962年改建、扩建溢洪道，处理大坝基础；1963年经过大水考验后进行整修恢复工程；1975～1976年完成了斜墙、大铺盖、截水槽工程；1988年至1989年进行了坝体局部灌浆工程； 1995年至1997年进行了马头水库迎水坡土工膜防渗工程。
马头水库自投入运用以来，在防洪、灌溉等方面发挥了显著的效益。但由于水库施工质量差，建坝清基时截水槽中间有144m未挖到基岩，为砂卵石覆盖透水层，渗漏严重；运用过程中斜墙及粘土铺盖多次发生塌坑和裂缝等。虽经数次较大的加固和改建工程，但工程仍然存在诸多问题，危及水库大坝的安全和正常运用。
2安全鉴定的组织与实施
为高质量地做好马头水库大坝安全鉴定工作，保定市水利局于2003年6月成立了水库大坝安全鉴定领导小组。鉴定单位根据大坝安全鉴定要求及工程现状编制了工作大纲，确定安全鉴定的主要内容有：工程质量评价、大坝运行管理评价、防洪标准复核、结构安全评价、渗流安全评价、抗震安全复核、金属结构安全评价等。
马头水库大坝安全鉴定工作于2004年5月完成；同年7月通过了河北省水利厅组织的专家组进行的鉴定，并由水利部水利建设管理总站进行了核查，确定马头水库大坝为三类坝。
3安全鉴定成果及结论
3.1防洪标准复核
3.1.1设计洪水复核
马头水库自建库以来，分别于1962年、1974年、1979年、1981年进行过四次洪水复核。
由于马头水库缺乏实测洪水资料，本次洪水复核采用由设计暴雨推求设计洪水。设计暴雨采用《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》，查等值线法，该方法是我省近年来在推求中小流域设计暴雨和利用暴雨途径计算设计洪水应用最广的。并且水库流域面积49km2，属小流域，采用推理公式法计算设计洪峰流量。依据设计暴雨成果，按照流域分区查降雨径流关系，计算不同时段径流深，由推理公式计算洪峰流量。其中雨型、洪水过程线、稳渗f、暴雨点面折减系数、雨型、汇流参数m值等参数均采用《南水北调中线工程总干渠漳河北~北拒马河中支南渠段初步设计水文分析报告》中的分析成果。
设计洪水成果为： Q1%=832m3/s、W1%=1101万m3；Q0.2%=1183m3/s、W0.2%=1721万m3；Q0.1%=1335m3/s、W0.1%=2000万m3。
3.1.2水库抗洪能力复核
水库库容曲线采用大坝鉴定新测的1/5000地形图量算的结果；泄量曲线采用复核后成果，溢洪道为明渠式溢洪道；起调水位采用汛限水位。依据水库的水量平衡方程和蓄泄方程采用试算法进行调洪计算。
经调洪演算不同重现期的洪水位与最高允许洪水位相比较， 500年一遇洪水位（48.67m）小于主坝的允许最高洪水位（49.28m），与副坝的允许最高洪水位（48.62m）基本齐平，1000年一遇最高洪水位（49.13m）低于主坝而高于副坝的允许最高洪水位。由此可见，马头水库的副坝不满足1000年一遇的洪水标准，现状基本满足500年一遇的洪水标准。
水库整体防洪标准评定为B级。
3.2工程质量评价
马头水库于1958年仓促上马开工，当时没有完整的规划设计，是边设计、边施工、边变更的三边工程。
主坝原设计为粘性土心墙坝，建坝清基不彻底，0+267m ~0+411m共144m未到基岩即行回填，残留砂卵石厚度3～19m，形成大范围的渗漏通道，且心墙填筑高程仅到41.4m，以上填筑山皮土，低于原设计洪水位。1974年冬季为该库做了库区粘性土截水槽大铺盖工程，坝坡做粘性土斜墙工程。但当时施工为冬季，且为大兵团民工实施，工程质量差，尤其是铺盖和斜墙下没有铺设可靠反滤层，粘性土与渗透系数很大的砂砾石直接接触，给工程留下很大隐患。运用中主坝坝坡塌坑时有发生，铺盖渗透坡坏情况更为严重，历次放空水库，都能发现库区铺盖有大量被水击穿的塌坑和裂缝。
因此，主坝工程质量不合格。
3.3大坝渗流稳定分析
由于马头水库坝体及上游铺盖，存在较严重的渗透破坏，本次渗流安全评价，在充分分析水库测压管实侧资料的前提下，采用河海大学工程力学研究所开发的《水工结构有限元分析系统》计算程序进行渗流分析。由于水库放空时发现铺盖上存在大量的塌坑和裂缝，铺盖已发生很严重的渗透破坏，为了能够客观的反应铺盖的防渗效果，使理论计算值与同水位实际测压管观测值比较接近，对粘性土铺盖的渗透系数进行了适当调整，再利用该程序进行渗流安全评价。通过计算分析，马头水库原有斜墙和铺盖渗透坡降不满足现行规范要求。
大坝渗流安全评定为C级。
3.4大坝坝坡稳定分析
坝体抗滑稳定分析采用水利部水科院编制的《土石坝边坡稳定分析程序》（STAB-2005），计算方法采用圆弧法（毕肖普法、瑞典法、罗厄法）和折线滑动法，计算出滑裂面的安全系数，并找出相应的最小的安全系数及相应滑裂面位置。分析计算成果表明，马头水库大坝坝坡最小安全系数满足规范要求。
3.5输泄水建筑物安全评价
3.5.1溢洪道
溢洪道原设计为开敞式宽顶堰。现状溢洪道长为200m，大于10倍堰上水头，超出宽顶堰范围。因此，按推求河道水面线的方法计算库水位与泄量之间的关系。经本次复核，溢洪道泄量不满足原设计能力。
溢洪道底部岩石完整性差，层间裂隙和构造裂隙发育，存有3个洞径0.3～1.0m渗水洞；溢洪道边坡岩石剧烈风化，边坡稳定性很差，溢洪道底部和两岸无护砌工程保护，泄洪时冲刷严重，不能正常泄洪。
3.5.2灌溉洞
水库设有两个灌溉洞，分别位于左右两侧，为坝下埋管型式，浆砌石结构。经复核，最大流量满足灌溉要求。但洞身漏水严重，进口曾多次出现塌坑。与坝体斜墙接合部发生渗透破坏，大坝存在安全隐患。
输泄水建筑物安全评定为C级。
3.6金属结构安全评价
马头水库灌溉洞有底闸和工作闸门，底闸只有平板铸铁闸门，没有启闭设施，工作闸门为手动斜拉横杆转动式铸铁闸门，直径0.6m。水库运行近50年，闸门锈蚀严重，不能正常使用。
3.7大坝运行管理评价
马头水库已运行近50年，但由于工程质量差，存在隐患较多，多年带病运行，缺乏必要的技术力量和资金，不能对坝体实施有效的监测，给管理运行带来较大的隐患，大坝运行管理较差。
3.8大坝安全综合评价
综上所述，马头水库大坝病险极为严重。鉴定和核查单位意见为：大坝安全评定为三类坝，安全性为C级，应尽快进行除险加固，以充分发挥其综合效益。
4、论文结论
目前，依据大坝安全鉴定结论，马头水库已经完成了水库除险加固工程初步设计，2006年通过了河北省水利厅和水利部海河水利委员会组织的专家审查，并已上报河北省发展和改革委员会，2010年实施了马头水库除险加固工程。