6大坝工程结构安全评价报告.doc

河南省洛宁县白河水库大坝安全鉴定大坝结构稳定评价报告目 录1工程概况11.1基本情况11.2大坝运行中与结构安全有关问题22大坝质量现状及渗透变形评述22.1 坝体质量22.2 坝体质量评述33 坝体抗滑稳定分析43.1 计算断面与计算方法43.2 计算工况与孔隙水压力确定53.3 计算参数的确定63.4 安全评价标准63.5计算结果与分析74 其它结构安全问题84.1 溢洪道安全性评述84.2 输水洞安全性评述95 结论91 工程概况1.1基本情况白河水库位于黄河流域洛河支流杜河上游，坝址在洛宁县上戈乡梁河村，控制流域面积.8.55km2，干流长度6.1 km，干流比降1/14.46，流域属丘陵区，白河水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉、水产养殖的综合性小（1）型水库，白河水库于1973年9月开始修建，1975年12月工程完工。大坝为均质土坝，坝长75m，最大坝高23.0m。总库容111.93万m3，其中防洪库容24.35万m3，兴利库容71.03万m3，死库容12.5万m3。按现行水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）及防洪标准（GB59201-94）规定，本工程属等，永久性建筑物属四级，其设计洪水标准为30年一遇，其相应设计洪水位849.75m；校核洪水标准为300年一遇，校核洪水位850.97m。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成。大坝系均质土坝，坝长75m，最大坝高23.0m，坝顶宽4m，坝顶高程850.15m，坝顶无防浪墙。大坝现状断面为：上游坡坡比为1:2.4，采用干砌石护坡；背水坡坡比在高程839.20m以上为1:2.2，采用草皮护坡，以下坡比为1:2.1，采用干砌石护坡，下游坝脚为排水棱体，两侧坡度均为1:2；在变坡处有一条自左向右平行于坝轴线的灌溉渠道通往右岸，渠道宽0.7m，深0.6m，采用浆砌石砌筑。溢洪道位于水库大坝左岸，开敞式，进口高程846.85m，底宽8.5m，长168m，左岸边坡1:1.8，右岸边坡1:1.1，右岸；出口未设消能设施。输水道位于大坝左岸坝肩与溢洪道之间，由斜卧管和输水洞组成，斜卧管孔口20cm，最大放水流量1.3m3/s，输水洞长92m，纵坡1/1000，进口高程838.75m，采用浆砌石城门洞型断面，宽0.8m，侧墙高为0.9m，顶拱半径0.4m；输水洞末端跨溢洪道退水渠采用渡槽输水，槽身采用钢筋砼圆管，直径0.4m，下部结构采用单跨钢筋砼圆弧拱支承，出口接灌溉渠道。1.2大坝运行中与结构安全有关问题大坝建成运行至今已有34年，由于当时工程建设质量差、标准低，目前存在问题较多。大坝建设初期由于施工不科学，质量不高，碾压、夯填不密实。大坝迎水坡干砌石护坡部分地方塌陷、变形，杂草丛生，坝顶无防浪墙。大坝背水坡部分地方有沉陷，无排水沟，大坝下游贴坡排水部分塌陷。2 大坝质量现状及渗透变形评述2.1 坝体质量坝体由低液限粘土经分层碾压而成，含有钙质结核。共做了四组比重计颗分试验：粘粒含量占总重的15.016.2%，平均值为15.5%；粉粒含量占总重的61.364.0%，平均值为62.2%；砂粒含量占总重的20.523.2%，平均值22.3%。塑性指数10.013.8。做了四组击实试验：干密度最大值为1.73g/cm3，最小值为1.70g/cm3，平均值为1.715g/cm3，建议采用值为1.71g/cm3；最优含水量最大值为18.0%，最小值为17.8%，平均值为17.9%，建议采用值为18.0%。压实度96%(干密度大于1.64g/cm3)的有3组，占所取土样26组的为11.5%，压实度<96%(干密度小于1.64g/cm3)的有23组，占所取土样26组的88.5%。压缩系数a12最大值为0.53Mpa-1，最小值为0.14Mpa-1，中压缩性土占所做试验26组的25组，仅有1组土样属高压缩性土。在河槽段ZK2孔中对坝体土做了3段注水试验，渗透系数K=2.76×10-55.17×10-5cm/s，属弱透水性；又在室内做了7组渗透试验，渗透系数K=3.08×10-72.34×10-4cm/s，属中等极微透水性，渗透系数不符合规范要求大于10-4cm/s占2组，局部属中等透水性，分布不连贯，不会形成渗漏通道，经调查背水坡未出现过渗漏点。2.2 坝体质量评述根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）中的要求压实度应达0.96以上，其相对应的干密度应为1.64g/cm3以上，本次勘察中所取26组原状样中仅有3组土样干密度在1.64g/cm3以上，占所取土样26组的为11.5%，压实度<96%(干密度小于1.64g/cm3)的有23组，占所取土样26组的88.5%，显然远达不到规范要求。坝体土的压缩系数a12最大值为0.53Mpa-1，最小值为0.14Mpa-1，中压缩性土占所做试验26组的25组，仅有1组土样属高压缩性土。鉴于大坝修建已近34年，个别处仍是高压缩性土的情况，坝身土满足不了规范要求。在河槽段ZK2孔中对坝体土做了3段注水试验，渗透系数K=2.76×10-55.17×10-5cm/s，属弱透水性；又在室内做了7组渗透试验，渗透系数K=3.08×10-72.34×10-4cm/s，属中等极微透水性，渗透系数不符合规范要求大于10-4cm/s占2组，部分坝体土的渗透系数不满足质量要求。 坝体土主要物理力学性指标统计表 表2统计值含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比饱和度（%）液限（%）塑性指数压缩模量（MPa）压缩系数a12（MPa-1）饱和快剪饱和固结快 剪内摩擦角（0）粘聚力（kPa）内摩擦角（0）粘聚力（kPa）最大值27.51.650.83995.932.713.811.590.5325.030.523.032.5最小值17.91.470.57065.824.010.03.240.1413.515.013.015.7平均值22.91.580.71686.530.211.96.940.2818.723.720.326.3建议值25.21.520.77791.231.410.95.090.4116.119.316.621.0土样个数2626262626262626101010103 坝体抗滑稳定分析根据GB50201-94防洪标准、SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准的规定。白河水库工程规模属小（1）型，工程等别为四等，永久性水工主要建筑物级别为四级。3.1 计算断面与计算方法选择大坝断面2（桩号0+118.3，最大坝高断面）进行分析。根据规范，静力稳定计算采用简化毕肖普法，计算公式如下：式中， W为土条重量；V为垂直向地震惯性力；u为作用于土条底面的孔隙压力；为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b为土条宽度；, 为土条底面的有效应力抗剪强度指标；MC为水平地震惯性力对圆心的力矩；R为圆弧半径。当稳定渗流期用有效应力法计算时，孔隙压力u应用u-wZ代替。u为稳定渗流期的孔隙压力，条块重W=W1+W2，W1为在坝坡外水位以上的条块实重，浸润线以上为湿重，浸润线和外水位之间为饱和重，W2为在坝坡外水位以下的条块浮重，Z为坝坡外水位高出条块底面中点的距离。库水位降落期用有效应力法计算时应按降落后的水位计算，计算方法同稳定渗流期用有效应力法计算。用总应力法时，、应采用碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)中图D.1.3-1（b）下包线；分子应采用库水位降落前条块重W=W1+W2，W1为外水位以上条块湿重，W2为外水位以下条块浮容重，u应用ui-wZ代替，ui为库水位降落前孔隙压力。分母应采用库水位降落后条块重W=W1+W2，W1为外水位以上条块实重，浸润线以上为湿重，浸润线和外水位之间为饱和重，W2为外水位以下条块浮重。3.2 计算工况与孔隙水压力确定根据规范要求，结合白河水库具体运用情况，分析稳定渗流期的上、下游坝坡，库水位降落期的上游坝坡的抗滑稳定安全。（1）对上游坡，分析库水位约为坝前1/3坝高水位、坝体形成稳定渗流的正常运用条件，及库水位自校核洪水位850.97m快速降落至溢洪道进口底高程846.85m的非常运用条件；（2）对下游坡，分析库水位为校核洪水位850.97m、设计洪水位849.75m、兴利水位846.85m时，下游水位近似取坝后地面高程，坝体形成稳定渗流的非常及正常运用条件。可能滑动面上的孔隙水压力，在稳定渗流期根据渗流分析确定，在库水位快速降落期，根据规范采用近似方法确定。非稳定渗流期，由于坝体土料渗透性较小，假设降后水位以上土料内的孔压不消散。3.3 计算参数的确定为配合本次大坝安全鉴定工作，对白河水库进行了地质勘探，进行了大量的钻孔取样及室内土工实验。 鉴定工作对坝体土料进行了物理力学试验。分析中，坝体物理指标选用试验建议值，其它土料的物理指标值根据一般工程经验确定。根据规范，坝体土料强度指标应根据饱和固结试验确定，采用其小值平均值。本次地勘同时提供了饱和快剪指标及饱和固结快剪指标坝体填筑土包括饱和快剪试验成果3组，试验统计的内摩擦角、粘聚力建议值分别为16.1°、19.3kPa，作为计算的总应力强度指标值。饱和固结快剪试验成果3组，试验统计内摩擦角、粘聚力平均值分别为16.6°、21.0kPa，作为计算的有效应力强度指标值。3.4 安全评价标准根据规定，对四级建筑物，采用简化毕肖普法分析时：正常运用条件下，坝坡抗滑稳定安全系数应不小于1.25；非常运用条件下，坝坡抗滑稳定安全系数应不小于1.15。对上游坡水位降落情况，当同时采用总应力法与有效应力法进行分析时，应以其中较小的安全系数作为依据。3.5计算结果与分析应用土石坝/堤防稳定分析系统(Slope v1.0)对坝坡在各种工况下进行稳定计算，稳定分析计算结果见表3-2及图3-1，3-2，3-3。稳定计算结果表明，主坝上游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求，下游坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。表3-2 稳定计算安全系数成果表断面坝坡运用条件有效应力法规范要求的最小安全系数主坝断面3上游正常库水位为835.15m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流1.351.25非常库水位自校核洪水位850.97m快速降落至溢洪道进口底高程846.85m1.15下游正常库水位为设计洪水位849.75m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流0.771.25库水位为兴利水位846.85m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流0.971.25非常库水位校核洪水位850.97m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流1.15注：校核水位850.97m，超过坝顶0.82m，在校核水位工况下不进行计算。图3-1计算水位为835.15m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流图3-2为设计洪水位849.75m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流 图3-3为计算水位为846.85m，下游地面高程827.15m，形成稳定渗流4 其它结构安全问题4.1 溢洪道安全性评述溢洪道为土质，开挖宽度未达到设计要求，底板及左侧墙未做护砌，不能安全泄洪；右侧墙局部护砌高度较低，部分为干砌石；陡坡段已被冲刷成一道沟槽，陡坡末端无消能设施。退水渠未护砌，已对出口跨溢洪道退水渠渡槽造成安全隐患。4.2 输水洞安全性评述输水洞侧墙及顶拱采用浆砌石砌筑，质量差，内壁未抹面，由于年久失修，造成淤积，侧墙及顶拱砌筑砂浆严重脱落，坍塌、损坏，渗漏严重。坝体外洞段位于岸坡陡崖边缘，局部坍塌，水流从右侧直接泄入河中，个别处形成射流；由于水流长时间冲刷岸坡，右侧墙底部已悬空；洞顶拱和侧壁由于常年渗漏，形成大面积钙化；跨溢洪道渡槽结构老化，两岸山体风化严重，已影响到工程本身安全；上部输水砼管破裂损坏，接头漏水。目前已不能正常输水。5 结论白河水库大坝主固结沉降已基本稳定，上游坝坡1/3坝高水位抗滑稳定满足规范要求，下游坝坡设计洪水位和兴利水位抗滑稳定均不满足规范要求；校核水位工况下发生漫坝，不满足稳定要求。坝体填筑质量较差，坝体压实度及渗透系数不满足规范要求；白河水库工程总体质量差，坝体存在上下游坝坡塌陷问题；溢洪道两岸及底板未护砌、出口无消能设施，导致溢洪道不能安全泄洪；斜卧管放水设施缺失，不能正常放水，洞身裂缝漏水，局部坍塌，输水洞末端跨溢洪道退水渠渡槽结构老化，两岸山体风化严重，存在结构安全隐患。根据水库大坝安全评价导则（SL258-2000），白河水库大坝结构安全综合评定为“C”级。10