西郊水庫工程病險隱患問題與處理對策探析

崔曉亮,李小丹

(陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 咸陽 713800)

0 引言

西郊水庫是一座以農業灌溉為主,兼有防洪、供水、生態補水等綜合效益的Ⅲ等中型水利工程。水庫自建成以來,為灌區農業、經濟發展和生態環境的改善做出了積極的重要貢獻。經過近二十年的運行,水庫樞紐工程暴露出了很多嚴重的隱患問題,直接影響著水庫的正常運行和庫區人民群眾的生命財產安全。本文結合西郊水庫病險水庫加固的基礎資料,對水庫病險隱患進行探討,分析其隱患成因,并有提出相應的處理措施,以保證水庫正常運行,充分發揮經濟社會效益。

1 水庫概況

西郊水庫位于涇惠渠灌區中部,三原縣城以西約2 km的清河干流上,是以農業灌溉、防洪為主,兼有防洪、供水、生態補水等綜合效益的Ⅲ等中型水利工程。水庫自2003年建成后,主要承擔著灌區20.7萬畝農田春夏灌補水,并擴灌三原縣肖李村3.24萬畝、徐木 9.8萬畝農田的灌溉任務以及渭北工業園區工業用水和清河生態補水任務。該水庫主要利用涇惠渠灌區渠系在非灌溉季節引蓄涇河來水或灌溉季節棄水,以及清河上游河道區間徑流進行調蓄,為灌區農業、經濟發展和生態環境的改善做出了積極的重要貢獻。但在工程運行過程中,陸續暴露出一些工程安全隱患,雖然采取了一定的補救工程措施,但水庫至今仍不能按擴容后正常蓄水位422.0 m 運行(根據監測資料最高蓄水至 420.45 m),嚴重影響水庫效益的發揮。

2 水庫工程存在的主要病險隱患分析

2.1 大壩右壩肩下游岸坡及壩坡抗滑穩定性不足

2.1.1 穩定分析斷面位置選擇

根據下游岸坡的現場情況,選擇在下游岸坡相應最危險位置處計算斷面穩定安全系數(見圖1)。依據《水利水電工程邊坡設計規范》(SL386-2007)的規定,考慮到邊坡上部存在溢洪道,故根據邊坡對水工建筑物的危害程度,邊坡的級別定為 4 級。其抗滑穩定的安全系數取值表1。

表1 穩定安全系數

圖1 斷面位置示意圖

2.1.2 穩定安全系數計算

采用STAB邊坡穩定程序進行計算,邊坡穩定性分析方法采用簡化畢肖普法,地震烈度為Ⅷ度,地震動峰值加速度0.15 g。計算結果見表2。經計算可知,斷面在遇地震條件下的安全系數為 0.983,不滿足規范要求。

表2 斷面穩定計算結果

2.2 大壩左壩肩滲透隱患一直存在

水庫工程建成運行后,兩壩肩先后出現滲漏問題。右壩肩最先在2005年出現大壩下游右岸坡滲流異常,并隨之加劇,在2009年對右壩肩采用防滲墻技術進行了加固處理,目前運行狀態良好。左壩肩下游在2010年,首次出現集中滲漏,逸出點高程 410.0 m,滲流量 0.01 L/s,后經過不間斷觀測,最大滲流量 0.08 L/s,經多年觀測,該處滲流量與庫水位成正比關系。由于西郊水庫水位變動幅度較大,故左壩肩滲流問題也是時隱時現。

2.3 大壩安全監測設施損壞問題突出

2.3.1 變形監測

目前大壩上游 3個表面變形測點因蓋子長期浸泡水中,生銹無法打開進行觀測,下游表面變形測點和兩岸工作基點、校核基點基本完好。內部變形監測由于沉降儀進水、損壞等原因,近幾年一直處于停測狀態。

2.3.2 滲流監測

壩基、壩體、溢洪道滲流監測滲壓計因信號線斷裂,計算機軟硬件老化、癱瘓等原因均不能正常工作。繞壩滲流監測自動化監測設施損壞不能使用,現采用人工方式進行觀測。繞壩滲流僅余右壩肩3個(P8～1、P8～2、P8～3)和左壩肩3個(P7～1、P7～2、P7～3)觀測孔可進行人工觀測,其余因周邊群眾蓋房填埋等原因均已報廢。壩后由于河床淤積、下游景觀綠化等原因,也無法進行觀測。

2.3.3 環境量監測

水文氣象監測系統各儀器傳輸的數據異常,不能正確掌握水文氣象參數。

3 工程病險隱患問題成因分析

(1)西郊水庫庫岸均為第四系堆積岸坡,岸坡巖性主要為黃土狀壤土、粉土及粉質 壤土組成,由于岸坡土體均為密實度較差、土質松散的風洪積堆積體,常發生崩塌現象,形成不穩定土體。庫岸每年都在坍塌,原庫岸的耕地部分已經坍塌進庫內,村莊和道路也在逐年趨近水庫[1]。

(2)壩后長期積水造成大壩下游壩坡浸潤線涌高,排水棱體地基沉陷,堆石體傾倒、局部沉陷,嚴重影響排水棱體整體穩定及排水效果;由于壩后下游河道高程較高,整體排水不暢,造成壩后長期積水。另外,左岸下游存在兩處五四村排污管道,由于左岸壩后地形下游高上游低,排水不暢,使排污管附近形成小型水潭,溢出污水最終也排入壩后水池,加劇了壩后積水。

(3)水庫建設過程中,由于項目法人發生頻繁變更,以及建設時期資金不足等原因,造成水庫先天不足[2]。

4 處理對策分析

大壩在2021年經過安全鑒定,綜合大壩運行現狀和工程勘測設計、施工、竣工驗收、運行管理及大壩安全監測等資料,在現場安全檢查、安全監測資料分析、工程質量評價、運行管理評價、防洪標準復核、滲流安全評價、結構安全評價、金屬結構安全評價等基礎上,對西郊水庫大壩工程安全現狀進行了綜合分析評價,綜合評定西郊水庫大壩為“三類壩”。應根據工程現狀制定除險加固方案,主要針對影響水庫安全運行的隱患進行處理和加固。其設計、施工方案選擇應充分考慮工程現狀,不改變水庫樞紐主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪排 沙洞、排水泵站的功能和布局,維持目前水庫正常蓄水位 422.0 m,同時盡可能減小對其他建筑物及正常運行的影響。

4.1 左壩肩進行防滲墻處理

2009年涇惠渠灌溉中心對右壩肩采用防滲墻進行了加固處理,目前運行狀態良好,未發現任何異?，F象。從已經實施的右岸防滲墻的施工及防滲處理效果看,采用塑性混凝土防滲墻方案比較理想,消除了右壩肩存在的隱患。因此建議左壩肩防滲處理也可采用塑性混凝土防滲墻防滲方案進行處理。

4.2 右壩肩下游岸坡進行防護加固

建議對右壩肩下游岸坡局部進行開挖,以消減滑坡體自身的下滑力,同時在滑坡體外圍設置排水溝,減少坡面雨水入滲對滑坡的影響。對新削邊坡采取漿砌石拱格+干砌石的方式進行防護[3]。

4.3 修復大壩安全檢測設施

建議按照《土石壩安全監測技術規范》(SL551-2012)的要求,根據西郊水庫大壩結構特點、相關地質水文條件等基本資料,并結合工程多年實際運行情況和現狀需求可以將滲流、變形和環境量作為重點監測內容。結合工程當前實際運行情況,做到監測內容、測點布置正確合理,能可靠有效地監控大壩的工作性態,儀器設備應考慮監測自動化以便于有效地監控大壩的工作性態,實現數據即時傳輸,滿足工程安全運行需求。設備選擇方面建議包括:(1)環境量監測,包括上、下游水位、氣溫、降水量、庫水溫監測項目。(2)變形監測,包括壩體表面水平位移、壩體表面垂直位移、壩體內部位移監測項目。(3)滲流監測,包括滲流量、壩體滲透壓力、壩基滲透壓力、繞壩滲流監測項目。

5 結語

西郊水庫建成20余年來,為涇惠渠灌區的農業和經濟發展作出了積極貢獻,為改善灌區內人民生活質量發揮了應有的作用。水庫的不安全運行直接影響了庫區群眾的生命安全和正常的生產生活。因此,對西郊水庫實施除險加固,可以使水庫功能和效益得到正常發揮,為實現水庫安全運行,保障當地農業灌溉用水及城鄉居民生產生活,支持地方經濟發展和社會繁榮穩定都有非常重要的意義。