小型水库土石坝安全评价主要技术探讨.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）我国现有9.8万多座水库，大坝绝大部分是土石坝，小型水库尤其如此，以广西南宁市为例，全市共有小型水库721座，其中土石坝711座，占98.6%。这些小型水库基本上都是建设于20世纪5070年代，都存在不同程度的险情和安全问题，大部分在2012年前进行了除险加固，近期均已进入了新一轮的安全鉴定周期。广西在近两年开展了大量小型水库的新一轮安全鉴定工作，但由于对新的安全评价导则等的要求理解不同，影响了安全鉴定的质量，也影响水库今后的运行管理和除险加固的工作部署，因此充分理解新一轮安全评价的要求是安全鉴定工作的关键。1新一轮安全评价技术特点1.1评价范围水库大坝安全评价范围包括永久性挡水建筑物以及影响大坝安全的泄水、输水、过船等建筑物与其金属结构、近坝岸坡。相比上一轮的安全评价，增加了近岸护坡的安全评价。1.2评价的技术路线和方法新一轮的安全评价重点是针对在运行过程中暴露的质量缺陷和安全问题进行专题论证，不需要如初次安全鉴定那样面面俱到，对运行条件无明显变化的，可以在监测资料分析基础上引用上次安全鉴定的结论。对险情明确、基础资料不足的小型水库，可以在现场安全检查的基础上，由专家根据经验对大坝的安全类别进行认定。评价的方法可以概括为：现场检查和检测法、资料分析法、计算分析法，应优先采用靠前的方法，任何一种靠前的方法能确定大坝的安全性状，可以直接评价定级。比如现场检查已经发现大坝有集中的漏水通道，并且带出土粒，即使渗流计算是稳定的，也可以直接确定大坝的渗流安全为C级。1.3参数的获取方法初次安全评价时，由于历史资料的欠缺，大部分资料都是来自于现场的勘察，而新一轮的评价，是在水库除险加固之后，不再一味要求通过测试、试验、勘探等方法来获取需要的参数。只有当收集的资料无法满足评价要求时，可以通过走访、现场检查检测、勘探等方法补充。1.4安全鉴定、评价的相关条件和要求（1）新的技术标准替代了旧标准。2017年颁布了新的 水库大坝安全评价导则（SL 258-2017），相比上一版本，安全评价的内容有所增加，更强调了基础资料的收集，增加了管理方面的定性评价的比重。近年来土石坝、隧洞、溢洪道、抗震等规范、标准也相应进行了更新。（2）多数水库在上一轮除险加固后坝体有了较大变化。以南宁市为例，在除险加固中有的大坝进行了培厚加高，有的增加内坡斜墙或心墙等防渗措施，从而改变了坝型；绝大部分水库的放水设施封堵了坝下涵管、增加了隧洞及放水塔，部分泄洪设收稿日期2023-01-11作者简介方业源（1972-），男（壮族），广西邕宁人，广西桂禹工程咨询有限公司教授级高级工程师，主要从事水利水电工程设计、技术管理工作。工程管理 小型水库土石坝安全评价主要技术探讨方业源（广西桂禹工程咨询有限公司，南宁530023）摘要我国的水库大坝在经历了2008年2012年的除险加固高峰期后，进入了新一轮安全评价周期，伴随着新的大坝安全评价导则及大坝相关的新规范的实施，对大坝安全评价提出了一些新的要求。本文以小型水库土石坝为评价对象，分析新一轮安全评价的主要技术特点，探讨安全评价的基本技术要求，以提高大坝安全性状评价的准确性，为运行管理或新一轮的除险加固提供可靠的依据。关键词小型水库；土石坝；安全评价；除险加固；主要技术中图分类号TV641文献标识码A文章编号1003-1510（2023）03-0110-04110广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）施的消能方式也进行了改造。（3）审批权限有所调整。以广西为例，在2008年以前，小（1）型水库的安全评价成果审批机构是省级水行政主管部门，近年来小（1）型、小（2）型的水库安全评价审批机构分别为市级、县级水行政管理部门。随着审批权限的下移，部分安全评价的成果质量把控出现偏差。（4）2008年后国家出台或修订了很多水利工程建设、运行、管理的行政法规，对水库工程的管理行为提出了更高要求。2安全评价基本技术要求2.1基础资料基础资料的完整性对于评价准确性有决定性的作用，应尽可能收集以下资料：（1）历史资料。即水库建设资料，包括水库的原始建设和历次加固的勘察、设计、施工、监理、验收、检测过程形成的资料。（2）运行管理资料。包括安全监测资料，历次险情记录、管理制度、调度制度、年度运用计划、大坝安全管理应急预案、防汛应急预案等。（3）现状资料。包括自然地理条件、流域概况、地形、植被、气象资料等。（4）注册资料。应是最新的水库注册登记资料，必要时应包括首次注册资料。2.2现场安全检查和安全检测主要是分为两类工作：一是人工现场检查，能直观地描述建筑物的性状；二是需要使用仪器设备检测才能确定材料现状性能的，目的是定量提出计算分析所需要的各种参数，包括渗透系数、强度等物理力学参数。安全鉴定必须进行现场安全检查，安全检测则视需要而定。（1）人工现场检查。安全检查应在查阅资料基础上，对大坝外观与运行状况、设备、管理设施等进行全面检查和评价，并填写现场安全检查表，提出大坝安全评价工作的重点和建议，为是否需要进一步检测提出依据。（2）使用仪器设备检测。主要包括地基、填土、混凝土、浆砌石、金属结构等的性状检测，如果地基地质和填土、混凝土、浆砌石质量缺少资料，则需要补充钻探试验工作；当然也可能是其他专用方法和仪器，比如用回弹仪测定混凝土的强度、电化学方法测定钢筋的锈蚀程度。实际上仍有部分水库在上次除险加固中没有进行地质勘探，地质参数主要采用类比的方法，对于这类大坝应进行补充勘探工作。如果除险加固中采用了加高培厚、增加了防渗心墙等，应补充这些部位的勘探或采用竣工验收检测成果，提出相应的地质参数。（3）现场的建筑物情况应拍摄照片，还应配上相应的文字描述。2.3安全监测资料分析（1）大坝安全监测资料分析的目的是通过水位、气温、降水量等环境量与变形、裂缝开度、应力应变、渗流压力、渗流量等效应量监测资料的分析，评估大坝安全性态是否正常或发生转异。监测数据是大坝安全定量评价最直接、最有说服力的证据。由于小型水库没有强制要求设置安全监测设施，上一轮的除险加固中只有部分较高的土石坝设置了渗流、位移监测设施，广西所有的水库按管理规定设置动态监控系统，只配备了水位、雨量监测和一个摄像头，数据可以在现场读取并连接到县、市级水利局，但实际上，由于小型水库的管理力量有限，渗流、位移监测的数据现场获取需要配备计算机靠人工操作，因此几乎没有一个水库能提供可靠的监测数据，甚是可惜，同时也反映出小型水库的管理现状。（2）要利用监测资料进行安全评价，首先要评价监测设施的运行情况，只有运行良好的设施的监测结果才能作为评价的依据。对获取的监测数据还应做有效性、可靠性分析，不能满足要求的数据仍不能作为分析评价的依据。2.4工程质量评价从安全评价的实际工作中发现，工程质量的评价标准较难把握，随意性较大，合格、基本合格、不合格缺乏明确的界定。按照表1的内容和标准有助于对工程质量做出系统评价。工程质量评价的目的是：（1）复核大坝基础处理的可靠性、防渗处理的有效性。（2）大坝结构的完整性、耐久性与安全性等是否满足现行规范和工程安全运行要求。建筑物是否按照设计批复和设计文件实施是重要的评价依据。（3）混凝土、浆砌石结构的强度是否满足设计要求。2.5运行管理评价运行管理涉及的内容和制度比较多，以下三方面的内容均规范，则可以总体评为规范；如果存在一项不规范，则总体评为运行管理不规范；其余的情况可以评为基本规范。111方业源:小型水库土石坝安全评价主要技术探讨（1）应主要复核水库管理体制机制、管理机构、管理制度、管理设施等是否符合大坝安全管理法规与技术标准的要求。水库设置了管理机构，管理经费、运行维护经费落实；明确了大坝安全、防汛“三个责任人”；制定了以下的管理制度：运行维修养护制度、值班制度、闸门操作制度、各种仪器设备的操作制度；防汛道路应到达坝肩或坝下，道路标准应满足防汛抢险要求；配备必要的管理用房、通信报警设施；降水观测设施。（2）调度运行评价主要复核水库调度规程编制、安全监测、应急预案编制、运行大事记、技术档案等工作是否符合相关大坝安全管理法规与技术标准的要求，以及能否按照审批的调度规程合理调度运用。编制了经批准的安全管理应急预案、防汛应急预案、调度运用方案；编制了水库调度规程；编制了水雨情测报方案并实施。（3）工程养护修理已包括对水库枢纽建筑物、设施的检查、维修、养护和白蚁治理。2.6防洪能力复核（1）防洪能力应复核大坝的防洪标准是否达到现行规范要求。土石坝的设计洪水标准应满足表2的要求，如果水库现状的洪水标准超过现行规范的要求，宜保留现状标准。如果防洪标准不满足以上标准，应评为C级。表2大坝防洪标准设计标准设计/重现期（年）校核/重现期（年）消能/重现期（年）4级山区、丘陵区5030100050020平原20101005020105级山区、丘陵区302030020010平原10502010（2）复核设计、校核、消能标准下的水文、水位特征值。设计洪水成果应包括洪峰流量、洪水总量、洪水过程线。设计洪水一般采用暴雨推求，按照批准的调度运用方式进行调洪计算，如果调洪后的特征水位低于注册的水位，宜维持原水位。（3）大坝的坝顶高程是防洪能力最直接的表现。坝顶在水库静水位以上的超高Y计算公式为Y=R+A，其中R为波浪爬高，A为安全加高，正常运用条件时为0.5 m，非常运用条件时为0.3 m，地震工况时还需要再增加涌浪高度0.51.0 m。波浪爬高涉及诸多参数，因水库缺少风的实测资料，对计算结果影响较大。坝顶如果设置了防浪墙，其顶应满足以上超高要求，且坝顶在正常工况应超过静水位0.5 m，非常工况不低于静水位。（4）复核校核、设计水位时泄洪能力、安全性。泄洪设施必须满足校核水位最大流量的宣泄，泄流时应不影响坝脚及下游安全，凡不能宣泄最大流量洪水或对下游产生明显影响的，应评为C级。2.7渗流安全评价主要应评价各种建筑物的渗透性状，重点是大坝的渗流安全性。（1）大坝渗流安全评价主要分为坝基、坝体、绕坝渗流3部分，坝基评价包括土层是否会发生流土或管涌、覆盖层稳定、接触层渗漏，坝体评价重点是分析浸润线（流网）、逸出点、渗流量，绕坝渗流主要采用定性分析方法。渗流分析的成果是大坝稳定分析的基础，应重视其准确性。渗流计算模型要注意把除险加固新增的措施，如防渗体、新填土等区分出来。分区坝的各分区的渗透系数应有所区别，在计算浸润线时用小值平均值，计算渗流量时采用大值平均值。新、旧填土的渗透系数应分别取值，新增防渗体的渗透系数应通过勘察或验收资料获取。渗流分析的渗流量不能直接作为判断大坝的表1工程质量评价内容、标准部位地基防渗体均质土坝溢洪道放水设施金属结构其他设施完整性构造、断层、裂隙厚度、长度、深度设计尺寸设计尺寸设计尺寸设计尺寸设计尺寸有效性与填土适应可靠性搭接、材料耐久性连接强度软弱层材料压实度砼、砌体砼、砌体砼、砌体砼、砌体抗渗性是否有渗漏，渗透系数10-4cm/s是否击穿，渗透系数10-5cm/s是否散渗、集中渗漏，渗透系数10-4cm/s砼砼止水砼安全性液化是否与地层脱离、沉陷、变形变形变形变形变形变形112广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）渗漏安全的标准，只有总渗流量严重超过设计的状态才能评为C类。大坝渗流分析应计算正常、设计、校核水位和水位降落的工况。（2）溢洪道渗流评价。应主要评价堰体的防渗措施，如帷幕、防渗墙、面板等的防渗效果，以及防止绕渗的效果。防渗设施逸出坡降不满足要求或者有明显的集中渗漏，应评价为C级。（3）输水设施的渗流评价。评价范围应包括放水塔、放水闸及隧洞、涵管等。重点应关注放水塔与隧洞或涵管的连接处的漏水情况，如果该部位漏水应评为C类。对于穿坝涵管等主要注意涵管本身结构的漏水、涵管与坝体填土的接触渗漏，如果出现这两类现象，应评为C类。无压隧洞如果在靠近水库上游的部分产生不符合设计状态的集中漏水，应评为C类；如果是在隧洞的下游段出现集中水流则应分析判断是否属于设计的正常状态。2.8结构及抗震安全评价（1）对于土石坝来说，结构安全评价主要是针对变形和稳定，变形是指坝体的整体水平、竖向的变形或者坝体局部的变形，比如开裂、滑塌、沉陷等。目前各水库大坝均建成了数十年，自身的沉降、固结均已基本完成，微小变形只能通过位移监测资料分析来判断。在缺少监测资料的情况下，大坝的安全评价主要是指坝体的抗滑稳定分析。抗滑稳定计算的基础是大坝的模型和地质参数，模型与渗流计算时基本相同，应注意区别各种分区的特别是防渗墙、排水体、风化岩层的抗剪强度参数。计算工况和计算部位见表3。表3大坝抗滑稳定计算部位和工况运行条件正常非常I非常II工况正常水位设计水位1/3坝高水位校核水位校核水位降落正常水位+地震上游坡下游坡计算方法有效应力法有效应力法有效应力法有效应力法有效或总应力法有效应力法备注坝高达到30 m时（2）溢洪道的结构安全包括堰体的抗滑稳定复核、边墙的高度及稳定复核、消能设施的结构安全复核。（3）输水设施包括放水塔的顶高程及稳定复核，工作桥的结构复核，隧洞、涵管的水力计算复核和衬砌结构的强度复核。2.9金属结构安全评价小型水库工程的金属结构主要涉及放水设施中的闸门和启闭机，绝大多数是平面钢闸门或铸铁闸门及配套的螺杆或卷扬式启闭机。平面钢闸门的门槽、通气孔、止水、埋件、门体形状等主要通过现场检查来评价安全状态，门体主要是复核面板、梁等钢构件的强度、刚度、稳定性来复核安全状态，具体计算应包括正应力、剪应力、挠度、长细比复核。启闭机的外观、布置、扬程、速度、电气装置等应通过现场检查评价。闸门应复核动水、静水条件下的启闭力计算。2.10附图安全评价应收集以下的图件，必要时应附上竣工图、原初步设计的设计图。（1）地理位置图、流域水系图，必要时还应附集水面积范围图。（2）水库枢纽现状平面图，大坝、溢洪道、放水设施现状平面图，应标示存在问题的位置。（3）各建筑物纵横剖面图，在图中应表示清楚地面线及各地层。（4）闸门、拦污栅、启闭机等金属结构现状图。（5）工程地质平面图、剖面图。3结语（1）安全评价是对水库大坝安全性状及运行管理的全面评价，也是水库除险加固的重要依据，结论应客观真实，通过定性结合定量的方法，综合各方面评价而作出合理的评定。（2）对于新一轮大坝安全评价，应针对加固后仍出现的问题做重点的评价，对于评为“三类坝”的结论应慎重，特别是在前期已经进行过除险加固的情况下，更要有真凭实据。（3）对于渗流、结构安全等定量评价方法中，地质等参数是关键性的因素，应重点关注参数获取的方法、代表性、可靠性，注意不同区域的参数的差异性要求，避免参数过度概化。（4）对评为二、三类的大坝，要提出限制水位运行，加强监督、巡查等要求，并制定针对性的预案；对评定为三类的大坝，不仅应提出安全方面的除险加固建议，还应包括运行、管理及能力建设方面的建议。（责任编辑：刘征湛）（英文摘要下转第 119 页）113广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（3）行水量计量。根据计量设施布置原则并结合现场实际情况，在核心区已防渗的渠道上配套固定水尺13把和量水堰13处。（2）标志标识牌配套。根据相关文件要求，农业水价综合改革实施项目区，水利工程标识牌要同设计、同施工、同验收。参照 大中型灌区农业水价综合改革标志标识牌内容要求 广西农田水利工程标识牌暂行规定 等规范，在核心区设立核心区简介牌，在量水堰边墙上设置设施名称责任牌。核心区简介牌在耕地确权图斑和灌区主要水源工程、输水渠道的基础上，添加主要配水渠道、计量设施等要素进行绘制，不要求绘制完所有田间工程。金秀县核心区配套简介牌4块、设施名称责任牌13块。3结语金秀县通过农业水价综合改革核心区项目的实施，配套了完善的计量设施、对水量进行计量调控，完善了农业水价综合改革政策，建立反映农业供水成本、有利于节约用水的农业水价形成机制，并探索了分类水价政策与超额累计加价制度、水资源费征收制度，为广西农业水价改革提供参考。（责任编辑：窦波元）Construction of core areas for agricultural water price comprehensivereform at Jinxiu Yao Autonomous CountyHUANG Li-cheng(Guangxi Keyuan Engineering Consultant Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)Abstract:Taking the construction of the core area of agricultural water price comprehensive reform at Jinxiu Yao Autonomous County as example,the comprehensive reform of agricultural water price was carried out to promote watersaving by price leverage,improve agricultural water use efficiency,reduce agricultural water use quantities and intensity,play a guiding and demonstration role in the agricultural water price reform of Guangxi.Key words：Agricultural water price;reform;core area;water use efficiency;Jinxiu Yao Autonomous CountyMain technologies of earth-rock dam safety evaluation for small-scalereservoirFANG Ye-yuan(Guangxi Guiyu Engineering Consultant Co.,Ltd.,Nanning 530023 China)Abstract:After the peak period of risk removal and reinforcement from 2008 to 2012,the dams of reservoirs in China have entered a new round of safety evaluation cycle.With the implementation of new guidelines for dam safetyevaluation and new specifications related to dams,new requirements have been put forward for dam safety evaluation.Taking the earth-rock dams of small reservoirs as the evaluation objects,the author analyzed the main technical characteristics of new round of safety evaluation,discussed the basic technical requirements of evaluation,so asto improve the accuracy of dam safety evaluation and provide reliable basis for operation management or new roundof risk removal and reinforcement.Key words：Small-scale reservoir;earth-rock dam;safety evaluation;reinforcement;main technologies（上接第 113 页）119