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扎敦水利枢纽安全鉴定研究

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[摘要]水库蓄水安全鉴定是水利工程建设管理中的重要环节之一,是水利工程蓄水验收的必要依据,对于保证水库蓄水安全具有十分重要的意义。文章基于扎敦水利枢纽工程现状及各参建单位提供的基础资料及自检报告,对扎敦水利枢纽进行蓄水前的技术鉴定,并给出蓄水安全鉴定的结论。

[关键词]扎敦水利枢纽;蓄水;安全鉴定

1前言

为了加强水利水电建设工程建设阶段的工程安全管理,提高工程验收工作质量,保障水利水电工程及其上下游人民生命财产的安全,水库蓄水安全鉴定工作一直以来受到有关职能部门的高度重视,蓄水安全鉴定报告是水库蓄水验收时的必要技术文件。《水利水电建设工程蓄水安全鉴定暂行办法》(水建管[1999]177号)规定,水库蓄水验收前必须进行蓄水安全鉴定,未经蓄水安全鉴定不得进行蓄水验收。据此,2018年4月扎敦水利水电有限责任公司委托中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司对扎敦水利枢纽进行蓄水安全鉴定。蓄水安全鉴定包括:工程防洪度汛与蓄水安全评价、枢纽区工程地质条件评价、工程枢纽建筑物设计评价、土建工程施工质量综合评价、金属结构安全评价、工程安全监测评价、蓄水方案及形象面貌评价等。通过蓄水安全鉴定评价为扎敦水利枢纽整体安全评价提供技术支持。

2工程概况

扎敦水利枢纽工程坝址位于海拉尔河2级支流扎敦河下游河段上,是扎敦河上唯一的控制工程,是一座以防洪、森林防火、供水为主,兼顾发电等综合利用的水利枢纽工程。扎敦水利枢纽坝址处多年平均年径流量为3.185×108m3。水库正常蓄水位752.0m,死水位743.50m,设计洪水位752.35m,校核洪水位753.25m,水库总库容9306万m3。工程主要建筑物均布置在坝轴线上。各建筑物布置依次为:拦河土坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝,紧接土坝右侧为泄洪闸,泄洪闸右侧布置电站及其引水口(包括供水工程引水口),电站与右坝肩通过重力坝衔接,坝后布置电站检修间及副厂房。泄水建筑物为泄洪闸,电站为河床式。电站总装机容量为2.5MW,装设2台1.0MW和1台0.5MW轴伸式贯流机组。土坝坝顶长994.00m,坝顶宽为7.0m,坝顶高程为755.80m,最大坝高为20.80m。在坝体中部偏上游处设置沥青混凝土心墙,心墙厚0.6m,上、下游均设3m厚砂砾石过渡层,在其下游设棱体排水,排水顶高程为741.00m。防浪墙为钢筋混凝土结构,坝顶以上高度为1.15m。坝体上游面采用0.3m厚的现浇混凝土护坡,下游坝坡采用混凝土网格碎石护坡,护坡护至排水棱体顶部。泄洪闸布置在右岸原河道主槽附近,结合电站综合考虑。为底孔泄流的胸墙式闸室。由进水渠段、控制段、底流消能段、尾水渠段四部分组成。控制段全长30.0m,堰型采用宽顶堰,堰顶高程为736.50m,共5孔,孔口尺寸3.5m×2.8m(宽×高)。电站厂房布置于河床右岸基岩上,位于扎敦河主流位置,左侧紧靠泄洪闸,右侧与重力坝衔接。主厂房平面外形尺寸(长×宽)为37.09m×15.75m。重力坝坝顶高程与砂砾石坝相同为755.80m,最大坝高26.3m。坝顶宽度为7.0m,在上游侧设置1.15m高C25钢筋混凝土防浪墙,为排除积水,坝顶向下游倾斜坡度为2%,坝顶下游侧设钢栏杆。大坝上下游坝坡均在高程749.50m处变坡,上游由垂直坡变为1∶0.2,下游由垂直坡变为1∶0.7,坝基坐落于砂质板岩层,坝踵设2m深的齿墙。坝基采用混凝土防渗墙处理,防渗墙位于坝轴线上游,墙顶与沥青混凝土心墙连接,底部深入相对隔水层(泥砾)2.5m。防渗墙厚60cm。坝基部分采用防渗帷幕进行灌浆处理。右坝肩也采用防渗帷幕进行灌浆处理。

3蓄水安全鉴定与评价

3.1防洪度汛安全评价

扎敦水利枢纽总库容9306万m3,工程规模为中型,左侧大坝为土坝,右侧大坝为重力坝,土坝最大坝高20.80m,重力坝最大坝高26.3m。根据《防洪标准》(GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),枢纽设计洪水期重现期100年,校核洪水期重现期2000年;电站设计洪水期重现期100年,校核洪水期重现期2000年;工程等别Ⅲ等,主要永久建筑物级别3级,临时建筑物级别5级,符合规范要求。扎敦水利枢纽位于扎敦河下游河段上,坝址控制流域面积2212km2,设计依据站为下游免渡河上的大桥屯水文站。大桥屯水文站实测水文资料年限为1959年7月至今。设计所采用资料为内蒙古自治区水文局整编成果,水文资料系列较长、质量较高。蓄水安全鉴定阶段复核增加了2011~2016年水文资料,将初步设计阶段采用的1956~2010年水文系列延长至2016年,满足规范要求。将蓄水安全鉴定阶段系列延长至2016年的径流成果与初步设计系列至2010年的径流成果对比看出,两阶段成果相差甚微,说明流域径流较稳定,资料系列具有较好的代表性。2011~2016年期间,无较大洪水发生,坝址复核洪水成果略小于初步设计阶段成果。坝址年设计径流、设计洪水成果仍采用初步设计阶段设计成果是合适的。为了满足泄流建筑物泄流能力并偏于安全考虑,在施工阶段将泄洪闸孔口高度由2.5m加高到2.8m。复核泄洪闸实际泄流能力大于初步设计值。如在校核水位753.25m下泄洪闸泄流量为633.4m3/s,比设计值(623m3/s)大1.7%。即扎敦水利枢纽泄洪建筑物泄流能力满足设计要求。经复核设计洪水成果、库容曲线、洪水调度方案与初设阶段相比无变化,采用施工图阶段的泄洪设施进行泄洪能力复核,其相应各频率水位的泄流量均大于初步设计阶段的泄流量,因而维持初步设计阶段的各防洪特征水位不变是偏于安全的,也是合理的。本工程度汛标准按工程运行期洪水标准,符合规范要求。工程防洪度汛方案措施和应急预案可行,满足安全度汛要求。

3.2枢纽区工程地质条件评价

本区未发现有大的地质构造通过,属构造相对稳定区,地震基本烈度为VI度,地震动峰值加速度0.05g。水库库周山体浑厚,扎敦河为本区地下水最低排泄基准面,库区两岸无低邻谷发育,水库不存在邻谷渗漏问题。库区无横切或顺河断层发育连通库内外,不存在集中渗漏通道。水库不存在永久性渗漏问题。砂砾石沥青混凝土心墙坝坝基满足坝壳及心墙地基承载力要求。坝基范围内高程727m以上多年冻土层已全部挖除,高程727m下部多年冻土层在施工过程中已全部融化,其剩余的融沉变形量远小于砂砾石坝预留沉降变形量,对砂砾石坝基影响不大。泄洪闸闸基、进口段及消力池地基承载力均满足建筑物要求,抗冲刷能力均较差,采用钢筋混凝土板防护。电站厂房建基岩体为弱风化砂质板岩,属于较软岩,岩体较破碎~完整性差。施工过程中对地基岩体进行了固结灌浆,承载力满足建筑物要求。尾水渠导墙与右岸翼墙建基岩体为弱风化砂质板岩,属较软岩,岩体较破碎~完整性差,经工程处理后满足建筑物要求。重力坝建基岩体为弱风化上部砂质板岩,为软岩,岩体较破碎~完整性差,坝基岩体质量类别属Ⅳ类。建基岩体内发育的结构面主要为中陡倾角,坝基不存在深层滑动的不利结构面组合。对整个坝基采取了固结灌浆处理,坝基岩体承载能力满足建筑物要求。右坝肩边坡整体稳定,坝肩基槽下游侧边坡走向与岩层走向小角度相交,边坡倾向与岩层倾向相近,为顺向坡,应采取锚固措施。坝肩基槽上游侧边坡为反向坡,局部存在不稳定块体,采取了喷锚支护。左坝肩坝顶以下边坡为覆盖层,稳定性差;坝顶以上开挖边坡为基岩边坡,岩性为强风化砂质板岩,岩体较破碎~完整性差,对边坡采取了铺腐殖土植草护坡处理,整体稳定。坝肩基岩存在中等透水带,存在坝基及绕坝渗漏问题。泥砾层为弱透水至微透水层,该层可作为相对隔水层。在泥砾层分布范围,采用防渗墙进行防渗,防渗墙深入泥砾层;在泥砾层分布厚度不足或无泥砾层分布范围,采用防渗墙加防渗帷幕的工程处理措施,防渗墙深入强风化岩体,下接防渗帷幕,防渗帷幕下限进入透水率小于5Lu地层。左坝肩帷幕水平向延伸与地下水位相接,右坝肩帷幕水平延伸50m,未与地下水位相接。建议蓄水过程中加强坝基渗漏监测,发现问题及时采取措施。

3.3工程枢纽建筑物设计评价

3.3.1沥青混凝土心墙堆石坝沥青混凝土心墙砂砾石坝布置设计合理,坝顶及心墙顶高程满足规范要求。沥青混凝土心墙砂砾石坝的砂砾石填筑体及防渗体等分区设计合理,坝壳料、过渡料、反滤料、沥青混凝土等坝料设计符合规范规定。施工图设计阶段,设计对左坝肩多年冻土坝基区进行的重大设计变更,已通过原审查单位的审查。经计算分析各工况下坝坡稳定安全系数满足规范要求。坝基覆盖层较深,清除河床表面低液限粘土,坝基座在级配良好砾层上,对坝基覆盖层采用混凝土防渗墙深入泥砾层(相对不透水层)截渗,河床无泥砾层部位防渗墙深入坝基砂质板岩,两岸砂质板岩采用帷幕灌浆,左坝肩多年冻土挖除等基础处理设计方案基本合适。经渗流计算分析,当防渗系统工作正常时,通过大坝典型渗透剖面的渗流总量很小。防渗墙及覆盖层各层内的渗透坡降都很小,小于设计允许渗透坡降要求。大坝防渗系统的防渗效果好,能满足工程防渗要求。

3.3.2渗控工程坝基覆盖层内防渗墙深入泥砾层和基岩,两岸坝基及坝肩基岩灌浆帷幕组成的防渗布置方案合理,防渗设计标准及防渗墙、灌浆帷幕设计符合规范规定。

3.3.3泄洪闸水力学计算和水工模型试验成果表明:泄洪闸结构布置和体型设计基本合理,符合规范规定,泄洪能力满足各种频率洪水下的泄洪要求。泄洪闸闸室、消力池底板及边墙、闸顶结构等混凝土结构的受力分析计算及配筋设计基本符合规范规定。闸室和边墙的抗滑及抗倾稳定性、基底应力条件满足规范要求;消力池底板抗浮稳定性满足规范要求。

3.3.4河床式电站扎敦水利枢纽河床式厂房坝段结构布置设计合理,稳定及应力计算采用的计算方法、计算参数选取合适,计算结果表明厂房挡水坝段抗滑、抗浮稳定及应力满足规范要求。

3.3.5重力坝重力坝布置、坝体断面、坝体材料分区设计合理。大坝抗滑稳定复核计算采用的计算方法、计算参数、计算剖面选取合适,计算成果表明,重力坝建基面的抗滑稳定和应力满足规范要求。重力坝基础处理措施符合工程实际,固结灌浆、帷幕灌浆、排水措施设计合理。

3.4土建工程施工质量综合评价

在施工过程中,施工单位在渗控工程、沥青混凝土心墙砂砾石坝、混凝土坝段等各部位的施工方法基本合理,并能按有关规范要求执行,各部位施工中使用的主要原材料和中间产品质量基本符合国家和行业质量标准要求,检测资料比较齐全。坝体工程的有关单元工程经施工单位自检、监理检测、第三方抽检评定均达合格以上,分部工程经验收达合格以上。结合本工程特点,提出如下建议:(1)蓄水前对坝体和厂房混凝土再次进行质量缺陷和裂缝排查处理(包含坝体混凝土表面和廊道混凝土),蓄水后利用枯水期择机对泄洪坝段水下过流断面进行平整度、质量缺陷和裂缝检查处理。(2)建议蓄水期间限制库水位上升速度,并加强对坝体及其下游的巡视检查和沉降、渗漏监测,一旦出现异常情况,及时采取停止蓄水乃至放空水库进行检查处理后再行蓄水,确保工程和下游安全。

3.5金属结构安全评价

本工程金属结构设备布置和选型结合了工程特点,布置合理,选型适宜。各闸门及相应埋件的结构强度、刚度等主要计算成果符合有关规程规范要求。金属结构设备制造单位均有闸门制造生产许可证和启闭机使用证,具有较为完整的质量管理体系并有效运行,制造工艺合理可行,工序质量控制可靠,质量检测项目满足规范要求。设备制造各项检测指标和有关性能试验符合合同、设计及规范要求。金属结构设备安装和监理单位均具有较完善的质量管理体系,施工单位安装过程中执行“三检制”,设备安装工艺措施合理可行。目前各部位闸门埋件安装经检测后质量均合格。建议在闸门及其埋件安装完成、启闭机空载试验合格后,应按规范要求进行相关设备的联调试验,以确保各设备的安全运行。

3.6工程安全监测评价

根据工程规模、结合工程地质条件和建筑物布置及结构特点,确定的监测范围、监测项目是必要的和合适的。监测重点明确,监测布置基本合理,满足现行设计规范的要求。提供的监测数据测值符合一般规律,砂砾石坝、泄洪闸、厂房、重力坝等水工建筑物测值已基本趋于平稳,枢纽建筑物性态总体正常。监测工程施工进度和质量满足工程要求。

3.7蓄水方案及形象面貌评价

目前扎敦水利枢纽主体工程包括大坝,泄洪闸全部施工完成,满足蓄水要求。须在蓄水前尽快完成泄洪闸所有闸门及启闭设备的联调试验,保证其运行良好,泄洪闸能全部承担初期蓄水时期的放流及泄洪。此外,库区移民搬迁和库区清理工作也必须在蓄水前完成且取得验收意见。水库初期蓄水按两个阶段考虑,第一阶段水库水位从库底高程736.0m蓄水至748.0m,停止蓄水一周进行主体工程大坝等建筑物安全检查。然后开始第二阶段蓄水,水库水位从748.0m蓄水库正常蓄水位752.0m。水库初期蓄水期间无工业用水要求,仅需按生态用水要求释放生态水量。初期蓄水开始后应确保在当年冬季封冻之前水位达到泄洪闸闸门顶高程740.8m以上,以确保闸门越冬防冻安全。如果不能保证封冻之前达此水位,则当年不蓄水待第二年解冻后蓄水。

4结论与建议

扎敦水利枢纽与蓄水有关的建筑物已按设计要求基本建成,建设管理模式符合国家现行规定,质量管理措施有效,工程设计符合规程规范,已完建的土建及金属结构工程施工质量合格,未完建工程不影响工程蓄水。待完成泄洪闸所有闸门及启闭设备的联调试验,并且库区移民搬迁和库底清理工作完成并取得验收意见之后,水库即可蓄水。

参考文献

[1]李亮.柏叶口水库蓄水安全鉴定[J].黑龙江水利科技,2014(12):18-20

[2]冀建疆.对做好水库蓄水安全鉴定工作的思考[J].水利规划与设计,2017(11):24-26+44

[3]李宗樾.水库蓄水安全鉴定发现问题及对策探讨[J].河南水利与南水北调,2014(8)

作者:翟占英 曹飞 单位:扎敦水利水电有限责任公司

扎敦水利枢纽安全鉴定研究责任编辑:张雨    阅读:人次
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