1、目 錄1工程概況11.1基本情況11.2大壩運行中與結構安全有關問題22大壩質量現狀及滲透變形評述22.1 壩體質量22.2 壩體質量評述33 壩體抗滑穩定分析43.1 計算斷面與計算方法43.2 計算工況與孔隙水壓力確定53.3 計算參數的確定63.4 安全評價標準63.5計算結果與分析74 其它結構安全問題84.1 溢洪道安全性評述84.2 輸水洞安全性評述95 結論91 工程概況1.1基本情況白河水庫位于黃河流域洛河支流杜河上游，壩址在洛寧縣上戈鄉梁河村，控制流域面積.8.55km2，干流長度6.1 km，干流比降1/14.46，流域屬丘陵區，白河水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、水產養殖
2、的綜合性小（1）型水庫，白河水庫于1973年9月開始修建，1975年12月工程完工。大壩為均質土壩，壩長75m，最大壩高23.0m。總庫容111.93萬m3，其中防洪庫容24.35萬m3，興利庫容71.03萬m3，死庫容12.5萬m3。按現行水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）及防洪標準（GB59201-94）規定，本工程屬等，永久性建筑物屬四級，其設計洪水標準為30年一遇，其相應設計洪水位849.75m；校核洪水標準為300年一遇，校核洪水位850.97m。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。大壩系均質土壩，壩長75m，最大壩高23.0m，壩頂寬4m，壩頂高程85
3、0.15m，壩頂無防浪墻。大壩現狀斷面為：上游坡坡比為1:2.4，采用干砌石護坡；背水坡坡比在高程839.20m以上為1:2.2，采用草皮護坡，以下坡比為1:2.1，采用干砌石護坡，下游壩腳為排水棱體，兩側坡度均為1:2；在變坡處有一條自左向右平行于壩軸線的灌溉渠道通往右岸，渠道寬0.7m，深0.6m，采用漿砌石砌筑。溢洪道位于水庫大壩左岸，開敞式，進口高程846.85m，底寬8.5m，長168m，左岸邊坡1:1.8，右岸邊坡1:1.1，右岸；出口未設消能設施。輸水道位于大壩左岸壩肩與溢洪道之間，由斜臥管和輸水洞組成，斜臥管孔口20cm，最大放水流量1.3m3/s，輸水洞長92m，縱坡1/10
4、00，進口高程838.75m，采用漿砌石城門洞型斷面，寬0.8m，側墻高為0.9m，頂拱半徑0.4m；輸水洞末端跨溢洪道退水渠采用渡槽輸水，槽身采用鋼筋砼圓管，直徑0.4m，下部結構采用單跨鋼筋砼圓弧拱支承，出口接灌溉渠道。1.2大壩運行中與結構安全有關問題大壩建成運行至今已有34年，由于當時工程建設質量差、標準低，目前存在問題較多。大壩建設初期由于施工不科學，質量不高，碾壓、夯填不密實。大壩迎水坡干砌石護坡部分地方塌陷、變形，雜草叢生，壩頂無防浪墻。大壩背水坡部分地方有沉陷，無排水溝，大壩下游貼坡排水部分塌陷。2 大壩質量現狀及滲透變形評述2.1 壩體質量壩體由低液限粘土經分層碾壓而成，含有
5、鈣質結核。共做了四組比重計顆分試驗：粘粒含量占總重的15.016.2%，平均值為15.5%；粉粒含量占總重的61.364.0%，平均值為62.2%；砂粒含量占總重的20.523.2%，平均值22.3%。塑性指數10.013.8。做了四組擊實試驗：干密度最大值為1.73g/cm3，最小值為1.70g/cm3，平均值為1.715g/cm3，建議采用值為1.71g/cm3；最優含水量最大值為18.0%，最小值為17.8%，平均值為17.9%，建議采用值為18.0%。壓實度96%(干密度大于1.64g/cm3)的有3組，占所取土樣26組的為11.5%，壓實度96%(干密度小于1.64g/cm3)的有2
6、3組，占所取土樣26組的88.5%。壓縮系數a12最大值為0.53Mpa-1，最小值為0.14Mpa-1，中壓縮性土占所做試驗26組的25組，僅有1組土樣屬高壓縮性土。在河槽段ZK2孔中對壩體土做了3段注水試驗，滲透系數K=2.7610-55.1710-5cm/s，屬弱透水性；又在室內做了7組滲透試驗，滲透系數K=3.0810-72.3410-4cm/s，屬中等極微透水性，滲透系數不符合規范要求大于10-4cm/s占2組，局部屬中等透水性，分布不連貫，不會形成滲漏通道，經調查背水坡未出現過滲漏點。2.2 壩體質量評述根據碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）中的要求壓實度應達0.96以上
7、，其相對應的干密度應為1.64g/cm3以上，本次勘察中所取26組原狀樣中僅有3組土樣干密度在1.64g/cm3以上，占所取土樣26組的為11.5%，壓實度96%(干密度小于1.64g/cm3)的有23組，占所取土樣26組的88.5%，顯然遠達不到規范要求。壩體土的壓縮系數a12最大值為0.53Mpa-1，最小值為0.14Mpa-1，中壓縮性土占所做試驗26組的25組，僅有1組土樣屬高壓縮性土。鑒于大壩修建已近34年，個別處仍是高壓縮性土的情況，壩身土滿足不了規范要求。在河槽段ZK2孔中對壩體土做了3段注水試驗，滲透系數K=2.7610-55.1710-5cm/s，屬弱透水性；又在室內做了7組
8、滲透試驗，滲透系數K=3.0810-72.3410-4cm/s，屬中等極微透水性，滲透系數不符合規范要求大于10-4cm/s占2組，部分壩體土的滲透系數不滿足質量要求。 壩體土主要物理力學性指標統計表 表2統計值含水量（%）干密度（g/cm3）孔隙比飽和度（%）液限（%）塑性指數壓縮模量（MPa）壓縮系數a12（MPa-1）飽和快剪飽和固結快 剪內摩擦角（0）粘聚力（kPa）內摩擦角（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.
9、013.015.7平均值22.91.580.71686.530.211.96.940.2818.723.720.326.3建議值25.21.520.77791.231.410.95.090.4116.119.316.621.0土樣個數2626262626262626101010103 壩體抗滑穩定分析根據GB50201-94防洪標準、SL252-2000水利水電工程等級劃分及洪水標準的規定。白河水庫工程規模屬小（1）型，工程等別為四等，永久性水工主要建筑物級別為四級。3.1 計算斷面與計算方法選擇大壩斷面2（樁號0+118.3，最大壩高斷面）進行分析。根據規范，靜力穩定計算采用簡化畢肖普法，計
10、算公式如下：式中， W為土條重量；V為垂直向地震慣性力；u為作用于土條底面的孔隙壓力；為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；b為土條寬度；, 為土條底面的有效應力抗剪強度指標；MC為水平地震慣性力對圓心的力矩；R為圓弧半徑。當穩定滲流期用有效應力法計算時，孔隙壓力u應用u-wZ代替。u為穩定滲流期的孔隙壓力，條塊重W=W1+W2，W1為在壩坡外水位以上的條塊實重，浸潤線以上為濕重，浸潤線和外水位之間為飽和重，W2為在壩坡外水位以下的條塊浮重，Z為壩坡外水位高出條塊底面中點的距離。庫水位降落期用有效應力法計算時應按降落后的水位計算，計算方法同穩定滲流期用有效應力法計算。用總應力法時，
11、、應采用碾壓式土石壩設計規范(SL274-2001)中圖（b）下包線；分子應采用庫水位降落前條塊重W=W1+W2，W1為外水位以上條塊濕重，W2為外水位以下條塊浮容重，u應用ui-wZ代替，ui為庫水位降落前孔隙壓力。分母應采用庫水位降落后條塊重W=W1+W2，W1為外水位以上條塊實重，浸潤線以上為濕重，浸潤線和外水位之間為飽和重，W2為外水位以下條塊浮重。3.2 計算工況與孔隙水壓力確定根據規范要求，結合白河水庫具體運用情況，分析穩定滲流期的上、下游壩坡，庫水位降落期的上游壩坡的抗滑穩定安全。（1）對上游坡，分析庫水位約為壩前1/3壩高水位、壩體形成穩定滲流的正常運用條件，及庫水位自校核洪水
12、位850.97m快速降落至溢洪道進口底高程846.85m的非常運用條件；（2）對下游坡，分析庫水位為校核洪水位850.97m、設計洪水位849.75m、興利水位846.85m時，下游水位近似取壩后地面高程，壩體形成穩定滲流的非常及正常運用條件。可能滑動面上的孔隙水壓力，在穩定滲流期根據滲流分析確定，在庫水位快速降落期，根據規范采用近似方法確定。非穩定滲流期，由于壩體土料滲透性較小，假設降后水位以上土料內的孔壓不消散。3.3 計算參數的確定為配合本次大壩安全鑒定工作，對白河水庫進行了地質勘探，進行了大量的鉆孔取樣及室內土工實驗。 鑒定工作對壩體土料進行了物理力學試驗。分析中，壩體物理指標選用試驗
13、建議值，其它土料的物理指標值根據一般工程經驗確定。根據規范，壩體土料強度指標應根據飽和固結試驗確定，采用其小值平均值。本次地勘同時提供了飽和快剪指標及飽和固結快剪指標壩體填筑土包括飽和快剪試驗成果3組，試驗統計的內摩擦角、粘聚力建議值分別為16.1、19.3kPa，作為計算的總應力強度指標值。飽和固結快剪試驗成果3組，試驗統計內摩擦角、粘聚力平均值分別為16.6、21.0kPa，作為計算的有效應力強度指標值。3.4 安全評價標準根據規定，對四級建筑物，采用簡化畢肖普法分析時：正常運用條件下，壩坡抗滑穩定安全系數應不小于1.25；非常運用條件下，壩坡抗滑穩定安全系數應不小于1.15。對上游坡水位
14、降落情況，當同時采用總應力法與有效應力法進行分析時，應以其中較小的安全系數作為依據。3.5計算結果與分析應用土石壩/堤防穩定分析系統(Slope v1.0)對壩坡在各種工況下進行穩定計算，穩定分析計算結果見表3-2及圖3-1，3-2，3-3。穩定計算結果表明，主壩上游壩坡抗滑穩定安全系數滿足規范要求，下游坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求。表3-2 穩定計算安全系數成果表斷面壩坡運用條件有效應力法規范要求的最小安全系數主壩斷面3上游正常庫水位為835.15m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流1.351.25非常庫水位自校核洪水位850.97m快速降落至溢洪道進口底高程846.85m1.1
15、5下游正常庫水位為設計洪水位849.75m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流0.771.25庫水位為興利水位846.85m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流0.971.25非常庫水位校核洪水位850.97m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流1.15注：校核水位850.97m，超過壩頂0.82m，在校核水位工況下不進行計算。圖3-1計算水位為835.15m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流圖3-2為設計洪水位849.75m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流 圖3-3為計算水位為846.85m，下游地面高程827.15m，形成穩定滲流4 其它結構安全問題4.
16、1 溢洪道安全性評述溢洪道為土質，開挖寬度未達到設計要求，底板及左側墻未做護砌，不能安全泄洪；右側墻局部護砌高度較低，部分為干砌石；陡坡段已被沖刷成一道溝槽，陡坡末端無消能設施。退水渠未護砌，已對出口跨溢洪道退水渠渡槽造成安全隱患。4.2 輸水洞安全性評述輸水洞側墻及頂拱采用漿砌石砌筑，質量差，內壁未抹面，由于年久失修，造成淤積，側墻及頂拱砌筑砂漿嚴重脫落，坍塌、損壞，滲漏嚴重。壩體外洞段位于岸坡陡崖邊緣，局部坍塌，水流從右側直接泄入河中，個別處形成射流；由于水流長時間沖刷岸坡，右側墻底部已懸空；洞頂拱和側壁由于常年滲漏，形成大面積鈣化；跨溢洪道渡槽結構老化，兩岸山體風化嚴重，已影響到工程本身
17、安全；上部輸水砼管破裂損壞，接頭漏水。目前已不能正常輸水。5 結論白河水庫大壩主固結沉降已基本穩定，上游壩坡1/3壩高水位抗滑穩定滿足規范要求，下游壩坡設計洪水位和興利水位抗滑穩定均不滿足規范要求；校核水位工況下發生漫壩，不滿足穩定要求。壩體填筑質量較差，壩體壓實度及滲透系數不滿足規范要求；白河水庫工程總體質量差，壩體存在上下游壩坡塌陷問題；溢洪道兩岸及底板未護砌、出口無消能設施，導致溢洪道不能安全泄洪；斜臥管放水設施缺失，不能正常放水，洞身裂縫漏水，局部坍塌，輸水洞末端跨溢洪道退水渠渡槽結構老化，兩岸山體風化嚴重，存在結構安全隱患。根據水庫大壩安全評價導則（SL258-2000），白河水庫大壩結構安全綜合評定為“C”級。9
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