蘇雷壩水電站蓄水安全鑒定及質(zhì)量分析評價

鐘安保

(廣州眾禹工程咨詢有限公司，廣州 510000)

1 項目簡介

蘇雷壩水電站位于廣東省龍川縣附城鎮(zhèn)蘇雷壩村，壩址上距楓樹壩水電站約49km，下游距離龍川縣城約7km，壩址以上河長199km，集水面積為7467km2。

工程的任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧航運、灌溉、供水任務(wù)的綜合性水利樞紐工程。本工程為低水頭徑流式開發(fā)，樞紐主要永久性建筑物有攔河閘壩、電站廠房和船閘上閘首；次要建筑物有閘室、下閘首及導(dǎo)航和靠船建筑物等。

蓄水安全鑒定的任務(wù)是對涉及蓄水安全有關(guān)工程安全的隱患問題。文章擬對蘇雷壩水電站進行蓄水前的工程安全的設(shè)計、施工、設(shè)備制造與安裝的質(zhì)量進行檢查，對影響工程安全的因素進行評價，提出蓄水安全鑒定意見，明確是否具備蓄水階段驗收條件，為蓄水驗收提供依據(jù)。

2 工程不良地質(zhì)現(xiàn)象評價

2.1 水庫滲漏

庫區(qū)位于兩岸為低山，中間夾一谷的低山丘陵地帶，多數(shù)地段地形高于庫區(qū)，周圍無下切較深的鄰谷，庫區(qū)不存在庫水外滲的地形地貌條件。

庫區(qū)回水線范圍內(nèi)，河流岸坡主要由白堊系上統(tǒng)南雄群砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖等構(gòu)成，未發(fā)現(xiàn)可溶性巖石及溶洞出露，巖層的透水性相對較小，為相對隔水阻水巖系。廣泛分布于河床底部的第四系沖積層，主要由強透水的砂層、卵礫石層構(gòu)成，當(dāng)這部分地層外緣與隔水阻水巖系接觸時，一般也不會產(chǎn)生庫水外滲，但當(dāng)其水平方向無隔水阻止層起防滲作用時，必須對強透水的砂礫石層作防滲加固處理，方可避免庫水的向外滲漏。

外業(yè)地質(zhì)調(diào)查表明，庫區(qū)存在的小型構(gòu)造斷裂，多為壓扭性，斷裂面充填密實，不具集中滲漏的空間條件，考慮到擬建水電站為河流型水庫，水位抬高較小，通過構(gòu)造裂隙的滲漏水對工程效益的正常發(fā)揮影響不大[1]。

2.2 水庫浸沒

水電站工程建成后，庫區(qū)正常蓄水位72.0m，庫區(qū)水位將明顯升高，位于庫區(qū)右岸江邊村附近的水田將會淹沒，位于庫區(qū)右岸福光村附近的水田及生態(tài)綠化園也會進水，應(yīng)在兩處分別加設(shè)堤防?？紤]到地表下存在具較強透水性厚度不等的砂礫石層，在庫水壓力和毛細水上升作用下，將會產(chǎn)生較大范圍的浸沒。為防止以上問題的發(fā)生，需在該兩處地段加建堤防的同時，對地基強透水層進行防滲加固處理[2]。

2.3 庫岸穩(wěn)定

擬建工程庫岸多由砂巖、砂礫巖構(gòu)成，部分地段為殘坡積土組成的較平緩邊坡，庫岸總體上說來是穩(wěn)定的。但在個別地段庫岸地層物質(zhì)較松軟，在庫水浪蝕作用下會產(chǎn)生小規(guī)模的坍塌。

3 設(shè)計方案穩(wěn)定性復(fù)核

3.1 設(shè)計方案

龍川縣蘇雷壩水電站工程樞紐建筑物主要包括攔河閘壩、電站廠房、船閘、升壓變電站和連接建筑物等，其布置分述如下：

3.1.1 攔河閘壩

堰頂高程采用67.00m，孔口凈寬14m，閘室順?biāo)飨虻拈L度為17m，底板結(jié)構(gòu)采用整體兩孔一聯(lián)式，閘壩基礎(chǔ)置于經(jīng)振沖處理的中砂層上；按照宣泄設(shè)計及校核洪水時閘前壅高的水位不超過天然河道洪水位0.3m為控制原則，經(jīng)水工模型試驗驗證，共采用15孔泄洪閘；根據(jù)水庫運行調(diào)度，當(dāng)水電站泄洪流量大于1340m3/s，開啟泄洪閘下泄多余來水。根據(jù)閘下消能防沖要求，初步設(shè)計階段攔河閘泄洪采用底流消能方式。

3.1.2 水電站廠房

本電站廠房為低水頭河床式電站，安裝有3臺GZXXXX-WP-500型貫流燈泡式機組，單機容量5000kW，機組安裝高程為62.00m，流道全長70.00m；主廠房尺寸為(長×寬)46.16×19.00×24.85m，廠內(nèi)設(shè)75/20t橋式吊車一臺，吊車軌頂高程87.80m；廠房建在凝灰質(zhì)礫巖。

副廠房緊靠主廠房下游布置，位于流道之上方，平面尺寸44.16m×13.30m(長×寬)，共四層。

3.1.3 船閘

按《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GB50139-2004)確定Ⅶ級航道50t級船舶航道尺寸為32.5m×5.5m×0.7m(長×寬×設(shè)計吃水深)[3]。

船閘通航標(biāo)準(zhǔn)為Ⅶ級50t，船閘有效尺寸為80×8×1.6m。船閘上游設(shè)計最高通航水位72m；下游設(shè)計最高通航水位70.88m；船閘上游設(shè)計最低通航水位69.80m；下游設(shè)計最低通航水位66.95m。上閘首門檻高程為68.20m，下閘首門檻高程為65.35m，閘室閘首口門有效寬度采用8.00m。

3.1.4 連接建筑物土壩

連接建筑物分別為：右岸連接土壩和河心洲上的土壩。右岸土壩長31.5m，最大壩高8.3m；河心洲上的土壩長111.5m，最大壩高9.7m，壩頂寬5.0m。壩體上游坡比為1∶3.0，下游坡比為1∶2.5。

3.2 攔河閘抗滑穩(wěn)定計算

3.2.1 閘頂高程復(fù)核

本工程攔河閘壩，按照50a一遇的設(shè)計洪水和200a一遇的校核洪水進行設(shè)計。水閘級別為2級時，正常蓄水位的安全超高下限值為0.5m，設(shè)計洪水位的安全超高下限值為1.0m，校核洪水位的安全超高下限值為0.7m。規(guī)范要求擋水時閘頂高程不應(yīng)低于水閘正常蓄水位(或最高擋水位)加波浪計算高度與相應(yīng)安全超高值之和；泄水時，閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計洪水位(或校核洪水位)與相應(yīng)安全超高之和。經(jīng)計算：

1)正常蓄水位要求閘頂高程為73.28m(波浪計算高度0.78m)。

2)設(shè)計洪水位要求閘頂高程為76.28m。

3)校核洪水位要求閘頂高程為77.37m。

交通橋梁底應(yīng)高出最高洪水位0.5m以上，本工程選用0.6m，交通橋采用預(yù)制梁板結(jié)構(gòu)，梁高為1.4m，確定閘頂高程(交通橋面高程)為78.70m。滿足規(guī)范要求。

3.2.2 抗滑穩(wěn)定分析

閘室穩(wěn)定按閘室沿基底面的抗滑穩(wěn)定公式計算，閘室基底應(yīng)力按材料力學(xué)偏心受壓公式進行計算。計算得出閘室在各種運用條件下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及基底壓應(yīng)力值。經(jīng)過計算其在校核洪水、設(shè)計洪水、正常蓄水工況下的抗滑穩(wěn)定分別是5.41、13.18和1.69l；上游基底應(yīng)力相應(yīng)的工況下分別為68.92 kPa、76.91 kPa和77.33kPa，下游基底應(yīng)力分別為108.26kPa、103.40kPa和122.17kPa。根據(jù)計算結(jié)果，閘壩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求[4-6]。

3.3 船閘穩(wěn)定分析

對船閘進行抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定性和基底應(yīng)力計算，計算結(jié)果顯示閘室的抗剪強度抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)、抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)和基底垂直最大應(yīng)力在運行情況下分別是2.41、7.06、8.81和137.29kpa；在檢修洪水下分別是1.52、2.18、2.27和86.79kPa；在完成建設(shè)蓄水前分別是2.163、25.426和123.24kPa；特殊地校核洪水下分別是1.20、1.62、1.65和68.84kPa，經(jīng)驗算各種穩(wěn)定安全系數(shù)及基底應(yīng)力均滿足要求。

3.4 廠房整體穩(wěn)定分析

對廠房進行抗滑、抗浮穩(wěn)定性和基底應(yīng)力計算，計算得廠房1#和2#機組段整體穩(wěn)定計算成果顯示其抗滑、抗浮穩(wěn)定性和基底最大應(yīng)力在正常運行下分別是12.65、2.99和333.30kpa；在檢修洪水下分別是11.21、2.761和345.38kPa；在非常運行分別是48.05、2.12和316.88kPa；完成建設(shè)下基底豎向最大正應(yīng)力是416kpa。驗算后各種穩(wěn)定安全系數(shù)及基底應(yīng)力均滿足要求。廠房3#機組段整體穩(wěn)定計算成果顯示其抗滑、抗浮穩(wěn)定性和基底最大應(yīng)力在正常運行下分別是15.68、3.46和549.07kPa；在檢修洪水下分別是14.16、3.22和598.05kPa；在非常運行分別是61.76、2.44和479.36kpa；完成建設(shè)下基底豎向最大正應(yīng)力是761kPa。

根據(jù)以上計算成果，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。從結(jié)果可以看出，廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)設(shè)計值K大于規(guī)定允許值[K]=1.10或1.05。廠房抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf也大于規(guī)定允許值[Kf]=1.1；廠房基礎(chǔ)面最大垂直正應(yīng)力均小于強風(fēng)化基巖容許承載力[fk]=800kPa，最小垂直正應(yīng)力均大于零，計算表明廠房整體是穩(wěn)定的和安全的[7-8]。

3.5 土壩滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定分析

3.5.1 滲流計算及滲透穩(wěn)定分析

本土壩的滲流計算僅考慮以下最不利水位組合：

1)上游設(shè)計洪水位(▽75.28m)驟降至正常蓄水位(▽72m)。

2)上游校核洪水位(▽76.67m)驟降至正常蓄水位(▽72m)。

根據(jù)計算，壩體單寬最大滲流量為0.014m3/d，均質(zhì)土壩計算滲透水力比降J=0.087。根據(jù)工程經(jīng)驗對于良好壓實的風(fēng)化土，允許滲透水力比降[J]=0.5。所以土壩壩體滲透計算滿足穩(wěn)定要求。

3.5.2 土壩壩坡穩(wěn)定分析

選取與閘壩相鄰的最大壩體斷面進行均質(zhì)土壩壩坡穩(wěn)定分析，考慮兩種不利情況下的壩坡穩(wěn)定條件：

1)上、下游相應(yīng)設(shè)計洪水位75.28m，74.98m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游壩坡穩(wěn)定。

2)上、下游相應(yīng)校核洪水位76.67m，76.02m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游壩坡穩(wěn)定。

經(jīng)計算上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.1和2.02；下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.66和1.75；均滿足設(shè)計規(guī)范的要求。

4 蓄水安全鑒定

4.1 工程地質(zhì)

1)工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，相應(yīng)地震動峰值加速度為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0. 35s，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，產(chǎn)生水電站誘發(fā)地震的可能性極小。

2)工程區(qū)為地基強透水層，已做防滲處理，不存在通往庫外的滲透通道，不存在永久滲漏問題。

3)工程區(qū)的構(gòu)造活動不強烈，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，不存在影響樞紐運行的較大規(guī)模的邊坡穩(wěn)定問題。

4.2 工程設(shè)計

對工程設(shè)計的安全鑒定結(jié)果如下：

攔河閘壩軸線走向基本與河床水流垂直，為開敞式結(jié)構(gòu)。攔河閘壩全長為245m，采用面流消能方案，閘基置于經(jīng)振沖處理的中砂層上。經(jīng)水工模型試驗和多年試蓄水檢驗，攔河閘壩的設(shè)計基本滿足要求。

電站廠房為低水頭河床式電站，安裝有貫流式燈泡機組，機組(自進口閘墩上游側(cè)起至尾水閘墩下游側(cè)止)流道長為70m，廠房建在弱風(fēng)化的為凝灰質(zhì)礫巖上。經(jīng)復(fù)核，電站廠房的設(shè)計滿足規(guī)范要求。

船閘級別為Ⅶ級，通航船舶50噸級，自上游至下游依次布置上游引航道、上閘首、閘室、下閘首、下游引航道，經(jīng)復(fù)核，船閘的設(shè)計滿足規(guī)范要求。

右岸土壩長31.5m，最大壩高8.3m；河心洲上的土壩長111.5m，最大壩高9.7m，壩頂寬5.0m。經(jīng)復(fù)核，土壩設(shè)計滿足規(guī)范要求。

4.3 水工建筑物

4.3.1 導(dǎo)流建筑物封堵工程

工程采用分期導(dǎo)流的方式進行施工導(dǎo)流，不需要封堵。故無導(dǎo)流建筑物封堵工程設(shè)計。

4.3.2 土建工程

目前，泄洪閘、發(fā)電廠房、船閘、升壓變電站、土壩等單位工程均已完工驗收，基本滿足形象面貌要求。

4.3.3 金屬結(jié)構(gòu)

1)金屬結(jié)構(gòu)的總體布置和設(shè)備選型基本合理，設(shè)計符合現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，各類閘門等金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備具備運行、維護和檢修條件。

2)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的制造質(zhì)量符合設(shè)計和現(xiàn)行規(guī)范要求。

4.4 工程安全監(jiān)測

安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計基本滿足相關(guān)監(jiān)測規(guī)程、規(guī)范要求，測點布置基本合理；泄洪閘、發(fā)電廠房、船閘、升壓變電站等單位工程，各監(jiān)測儀器設(shè)備均已基本按設(shè)計要求及相關(guān)規(guī)范要求進行了埋設(shè)，并取得了一定的數(shù)據(jù)；在運營期間須定期進行下游河床觀測，若發(fā)現(xiàn)有沖刷，及時進行處理。

4.5 鑒定結(jié)論

龍川縣蘇雷壩水電站工程設(shè)計基本合理，泄洪閘、發(fā)電廠房、船閘、土壩、升壓變電站等單位工程已驗收，施工質(zhì)量滿足規(guī)范及設(shè)計要求，工程形象面貌達到一定蓄水條件。

后期應(yīng)按運行要求做好運行期的監(jiān)測和安全管理。

5 工程質(zhì)量分析評價

5.1 工程質(zhì)量檢測

止水銅片埋設(shè)位置正確，保護良好；結(jié)構(gòu)物輪廓尺寸，符合設(shè)計要求；所用原材料及中間產(chǎn)品檢驗結(jié)果全部合格；金屬結(jié)構(gòu)及啟閉機安裝質(zhì)量優(yōu)良；

電控設(shè)備安裝質(zhì)量合格；混凝土試塊抗壓強度檢驗評定按《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》(SL176-2007)執(zhí)行，通過對各標(biāo)號混凝土的檢測結(jié)果，根據(jù)《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》(SL176-2007)有關(guān)規(guī)定，本單位工程混凝土試塊抗壓強度質(zhì)量評定為：合格。

5.2 攔河閘工程質(zhì)量評定

本單位工程共分17個分部工程，全部合格，合格率100%。其中12個評定為優(yōu)良，優(yōu)良率70.59%，施工中未發(fā)生過質(zhì)量事故。單位工程施工質(zhì)量檢驗與評定資料齊全。

5.3 船閘工程質(zhì)量評定

本單位工程共分7個分部工程，全部合格，合格率100%，其中優(yōu)良分部工程5個，優(yōu)良率71.43%。施工中未發(fā)生過質(zhì)量事故。外觀質(zhì)量應(yīng)得105分，實得94.2分，得分率為89.71%，單位工程施工質(zhì)量檢驗與評定資料齊全。

5.4 廠房工程質(zhì)量評定

本單位工程共分20個分部工程，全部合格，合格率100%，其中優(yōu)良分部工程2個，優(yōu)良率10%。施工中未發(fā)生過質(zhì)量事故。外觀質(zhì)量應(yīng)得109分，實得93.1分，得分率85.41%，單位工程施工質(zhì)量檢驗與評定資料齊全。

5.5 土壩工程質(zhì)量評定

本單位工程共分5個分部工程，全部合格，合格率100%，其中1個分部評定為優(yōu)良，優(yōu)良率20%。施工中未發(fā)生過質(zhì)量事故。單位工程施工質(zhì)量檢驗與評定資料齊全。

6 結(jié) 論

蘇雷壩水電站蓄水建設(shè)工程是以發(fā)電為主，兼顧航運、灌溉、供水任務(wù)的綜合性水利樞紐工程，為保證蘇雷壩水電站蓄水及泄流過程中水閘整體的安全性，對水電站蓄水進行安全鑒定。龍川縣蘇雷壩水電站工程設(shè)計基本合理，施工質(zhì)量滿足規(guī)范及設(shè)計要求，工程形象面貌達到一定蓄水條件。

后期應(yīng)按運行要求做好運行期的監(jiān)測和安全管理。蓄水過程中，應(yīng)嚴格控制水位，同時按要求加大蓄水期安全監(jiān)測和巡查觀測的頻次。蓄水期間，根據(jù)蓄水期安全監(jiān)測與檢查項目，定期對樞紐運行情況進行評價。蓄水后加強氣象、暴雨和水情預(yù)報工作，為工程安全，合理調(diào)度提供技術(shù)支持。