浙江省江山市峡口水库大坝安全评价报告.docx
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浙江省江山市峡口水库大坝安全评价报告
浙江省江山市峡口水库大坝
安全评价总报告
审定:
廖双明
审核:
吕天競朱根权
校核:
吴有星
项目负责人:
吴有星
编写:
吴有星余欣云
李四发王建俊郑积花
衢州市水利水电勘测设计有限公司
二OO六年五月
目 录
1峡口水库基本情况01
1.1 工程概况01
1.2工程建设概况03
1.3工程运行情况06
1.4大坝安全监测情况09
2峡口水库大坝安全分析评价10
2.1工程等级与设计标准10
2.2工程质量评价11
2.3大坝运行管理评价15
2.4防洪标准复核18
2.5结构安全评价24
2.6渗流安全评价32
2.7金属结构及电气设备安全评价36
2.8抗震安全复核37
3大坝安全综合评价38
附图1、峡口水库位置示意图
附图2、峡口水库枢纽平面布置图
附图3、峡口水库大坝横断面图
附图4、扬压力观测孔平面布置分布图
附图5、扬压力观测孔纵断面布置图
附图6、基础排水系统平面布置图
附图7、基础排水系统纵断面布置图
附图8、输水系统平面布置图
附表1、大坝坝基扬压力观测孔基本情况一览表
附表2、大坝坝基扬压力测压管观测情况表
附表3、灌浆廊道排水孔情况一览表
浙江省江山市峡口水库大坝安全评价报告
1峡口水库基本情况
1.1工程概况
峡口水库位于浙江省江山市境内的江山港上游峡口镇以上2km峡里村。
坝址以上流域面积399.3km2,总库容为6340万m3,正常库容4680万m3,防洪主要保护对象有:
江山市区、峡口镇(浙江省小城镇综合试点镇)、贺村镇、205国道、浙赣铁路以及正在建设中的黄衢南高速公路。
设计灌溉面积21.9万亩,有效灌溉面积14.5万亩,是一座以灌溉、防洪为主,结合发电、供水等综合利用的中型水库,2005年6月7日被国家防总确认为全国防洪重点中型水库。
枢纽工程主要由拦河坝、输水隧洞、电站、筏道以及上坝公路等组成。
工程于1966年9月动工兴建,当时设计坝高25m(从191.00m高程算起,吴淞高程系,下同),库容为1200万m3。
1967年3月经上级有关部门批准,坝高增加到32m,1967年12月,经省军管会批准,坝高又增加到46m(最低建基面高程为175m,按最低建基面至坝顶计算最大坝高为62m),总库容达6340万m3。
1971年7月大坝完工。
水库电站于1973年5月投产发电,装机容量为2×4Mw,1997年3月电站增机扩容,增加装机容量为2×2Mw,2003年7月原2×4Mw机组技改,技改后装机容量为2×5Mw,目前电站总装机容量达14Mw。
工程管理机构为江山市峡口水库管理局。
枢纽工程主要特性指标:
1、工程等级及洪水标准
水库工程为Ⅲ等工程,拦河大坝、输水隧洞进水口为3级建筑物,输水隧洞洞身、电站为4级建筑物,水库大坝洪水标准为:
50年一遇洪水设计,设计洪水位241.95m,相应库容5940万m3;500年一遇洪水校核,校核洪水位243.35m,相应库容为6340万m3。
2、工程特性表
表1.1峡口水库工程特性表
水文特征
集水面积
km2
399.3
主流长度
km
36
河道坡降
%
6.37
多年平均降雨量
mm
2052.7
多年平均径流量
亿m3
5.3
50年设计洪峰流量
m3/s
2504
500年校核洪峰流量
m3/s
3573
50年设计下泄流量
m3/s
2200
500年校核下泄流量
m3/s
3180
水库特征
正常蓄水位
237.00m
相应库容4680万m3
梅汛期限制水位
237.00m
相应库容4680万m3
台汛期限制水位
237.00m
相应库容4680万m3
发电死水位
220.00m
相应库容1620万m3
设计洪水位(P=2%)
241.95m
相应库容5940万m3
校核洪水位(P=0.2%)
243.35m
相应库容6340万m3
大坝
坝型
埋石砼重力坝
最大坝高
m
62
坝顶高程
m
243.6
防浪墙高
m
1.2
坝顶宽/坝底宽
m
4/58
坝顶长/坝底长
m
286/110
放空排砂洞
洞长
m
50
洞径
m
2.5
进口/出口高程
m
192/191
泄流量(220m)
m3/s
54
泄流量(225m)
m3/s
72
泄流量(230m)
m3/s
86
泄流量(237m)
m3/s
112
溢流坝
形式
开敞式实用堰
堰顶高程
m
237
溢流坝长度
m
100
泄流量(P=2%)
m3/s
2200
泄流量(P=0.2%)
m3/s
3180
输水隧洞
洞长
m
206.7
洞径
m
4
进口底板高程
m
196
出口中心高程
m
189.5
设计流量
m3/s
26.4
电站
装机容量
Mw
14
设计发电水头
m
43.6/36
最大发电流量
m3/s
40
实际多年平均发电量
万kw·h
2930
设计年发电量
万kw·h
2630
1.2工程建设概况
拦河坝为埋石混凝土重力坝,最大坝高62m,坝顶高程243.6m,防浪墙顶高程为244.80m。
拦河坝从1966年9月开工,1971年7月完工。
1.2.1工程规模的变更
拦河坝在建设过程中,经历了两次工程规模的变更。
第一次扩大初步设计于1966年9月完成,坝高为25m,1967年3月23日浙江省计划经济委员会以建字99号文批复同意加高7m,省水电勘测设计院于1967年5月完成了32m坝高的修改设计工作。
1967年12月22日省军管会以(67)浙军生农字第240号文批复同意大坝坝高46m。
省水电勘测设计院于1968年5月基本完成了46m坝高规模的修改设计工作。
1.2.2工程地质及水文地质
坝址为U型河谷,河床宽110m,坝基基岩为侏罗系上统西山头组(J3x)弱~微风化熔结凝灰岩,上部风化层渗透性较好,单位吸水率较大,下部基岩渗透性较小,为相对不透水层,单位吸水率为0.00~1.85L/min·m·m。
地下水不发育,地下水埋藏在构造裂隙和风化裂隙中。
坝基内没有大的断裂构造通过,共有11条断层,以陡倾角顺河方向(或斜交坝轴线方向)为主,断层宽度小于1m,一般在0.1~0.5m,左坝肩断层较发育,有7条小断层分布,致使岩石破碎、风化;河床中F14、F15以及F12断层延伸较长,F12、F14平行坝轴线方向。
1.2.3拦河大坝
峡口水库大坝为埋石混凝土重力坝,最大坝高62m,坝顶高程243.6m,防浪墙顶高程244.8m,大坝典型断面详见附图3。
大坝共分17个坝段,从-1至15坝段,坝顶长度为286m,其中4至9坝段为溢流坝段,其余为非溢流坝段。
3坝段内设放空冲砂洞、水位观测井。
1.2.4溢洪坝
4至9坝段为溢流坝,堰顶高程237m,采用开敞式自由溢流方式。
溢流堰面为克—奥曲线型式,溢流面采用R200钢筋砼结构。
消能方式采用挑流消能,溢流坝长100m,两侧设砼导墙,墙高3.5m,挑流消能反弧段半径为15m,挑流鼻坎高程195.41m,挑射角25º。
1.2.5筏道
筏道上游为浆砌石基础,置于基岩上,砌筑质量良好,在浆砌体上发现有数条裂缝,由于基础未设伸缩缝,温度变化形成拉裂。
筏道下游在挖方基础上。
目前筏道已经停役。
1.2.6输水隧洞
发电输水隧洞位于大坝左岸山坡,进水口底板高程196m,洞径4m,洞长204.5m,进口为斜坡式进水口,进水口于234m高程处设一检修平台,启闭机平台高程为242m,设1扇平板检修钢闸门,闸门尺寸为3×4.665—41m,用2×25t固定式卷扬启闭机进行启闭操作,设计引水流量为26.4m3/s,实际引水流量40m3/s。
1995年于输水隧洞于0+150m处新增一直径为2.5m的支洞,新增2台机组。
1.2.7放空冲砂洞
放空洞位于3坝段,兼作排砂,进水口底板高程192m,直径2.5m,放空洞设计最大泄量112m3/s,启闭机平台高程为243.6m,检修平台为237m。
放空洞工作闸门为2×2.5—45m,启闭机为QPQ—80。
1.2.8电站
电站为引水式电站,电站原装机容量为2×4Mw,1995年增机扩容2×2Mw,2002年对老机组进行技改,技改装机容量为2×5Mw,目前电站总装机容量14Mw。
1.3大坝运行情况
峡口水库是江山市重要水利骨干工程,是峡口水库灌区的水源工程,1973年5月投入运行,梅汛期、台汛期控制水位237m。
水库历史最高水位240.49m(1997年7月9日),最大泄流量1369m3/s。
峡口水库历年运行情况见表1.2。
1.3.1拦河坝运行中存在的主要问题
1.3.1.1坝体裂缝
坝体表面发现了大量的裂缝。
坝顶裂缝均为横向裂缝,未发现有纵向裂缝。
下游坝面裂缝在溢流坝段发现数量较多,非溢流坝段相对数量较少。
上游坝面也存在大量的水平裂缝,上游坝面裂缝在1988年曾经用环氧树脂、玻璃丝布进行修补,经过多年的运行,环氧树脂已经失效。
在0、3、4、6、7、10等坝段灌浆廊道顶部均发现有纵向裂缝。
坝下0+041.5排水廊道的4坝段廊道顶部发现有1条纵向裂缝。
坝下0+016排水廊道的3坝段顶部也发现有1条纵向裂缝。
表1.2峡口水库历年运用情况表
序号
年份
降雨量(mm)
入库水量(万m3)
发电用水(万m3)
溢流量(万m3)
溢流次数(次)
最高水位(m)
最低水位(m)
1
1973
2280.9
49889
21970
27323
6
239.36
225.1
2
1974
1748.5
45516
30049
13318
7
238.93
223.1
3
1975
2806.6
69187
39581
30050
13
239.68
222.63
4
1976
2151.2
57184
35894
21261
14
239.73
222.42
5
1977
2297.9
60441
37850
21136
11
239.38
225.63
6
1978
1583.4
38761
33215
4999
1
238.32
220.39
7
1979
1448.9
35888
30171
5207
4
238.09
220.04
8
1980
1955.9
51054
32760
10136
11
238.47
198.71
9
1981
1849.5
44344
33810
9502
12
238.32
225.78
10
1982
1823.2
44990
32679
12687
4
239.3
203.35
11
1983
1946.9
58152
32222
21746
15
238.87
204.64
12
1984
1867.3
48253
35160
11464
8
238.14
220.01
13
1985
1508.4
41506
34229
4877
3
237.6
221.48
14
1986
1552.3
31236
29448
2135
4
237.52
224.83
15
1987
2008.4
54986
38847
12836
11
238.8
225.35
16
1988
2000.2
67233
41201
27035
7
238.85
210.82
17
1989
2325.7
73401
41138
28797
12
239.4
216.46
18
1990
1803.1
46040
37497
7279
2
239.08
225.33
19
1991
1544.9
37847
27628
8923
6
238.18
211.9
20
1992
2114.1
68206
41129
24653
8
239.8
217.52
21
1993
1929.2
66334
36682
29687
10
239.89
217.07
22
1994
2468.5
68641
41253
25587
9
240.16
218.9
23
1995
2254.9
84003
40665
47192
10
239.7
194
24
1996
1316.5
31735
25010
5724
6
238.27
197.05
25
1997
2121.2
73489
47351
24450
5
240.49
215.07
26
1998
2618.6
88913
52249
38079
9
239.95
215.61
27
1999
2081.9
66325
50679
15667
9
238.9
215.6
28
2000
2090.3
64015
45162
17951
12
239.98
215.32
29
2001
2064.4
61254
50325
9119
5
238.79
218.06
30
2002
2589.9
79526
60519
19912
11
238.75
218.17
31
2003
1487.1
27757
22125
7607
3
237.67
215.35
32
2004
1609.2
27318
22336
0
0
236.26
215.67
1.3.1.2坝体漏水
近年来在冬春低温季节,大坝坝体和伸缩缝漏水明显增加,下游坝面有明显的渗漏水及游离钙。
1979年大坝灌浆廊道10坝段桩号0+153,高程198.5m处出现一个直径2cm的漏洞,流量达524ml/s,在上游坝面用环氧砂浆进行修补处理,至今未发生漏水现象。
1998年2月23日在灌浆廊道0+067.6,高程196m处有一股水射出,实测流量4.5ml/s。
1998年3月25日在灌浆廊道桩号0+168.6,高程
197m左右,又发现有一股水射出,实测流量5.1ml/s。
2003年3月27日发现灌浆廊道内0—1坝段伸缩缝上游侧底部一股较大的漏水,实测流量180ml/s。
这些漏水点在冬春季开始漏水,在夏秋季消失。
1.3.1.3部分排水孔、扬压力孔失效
近年来,从观测资料可以看出,有部分排水孔、扬压力孔已失效。
坝体排水孔有堵塞现象。
1.3.2输水隧洞运行中存在的主要问题
输水隧洞于1973年5月投入运行,1995年经省水利厅批准,峡口电站从主隧洞桩号0+150处新打一个直径2.5m的支洞,增机扩容了2×2Mw的机组。
目前输水隧洞存在衬砌砼老化;检修闸门锈蚀严重、侧轮装置不起作用等问题;闸门漏水严重;启闭机和电气设备陈旧老化;启闭平台砼老化、剥落,钢筋裸露,启闭机平台承重梁出现了多条裂缝。
启闭时,平台晃动幅度偏大;
输水隧洞进水口左岸山坡1982年曾发生山体滑坡堵塞进水口,影响发电的事故,后来采用挡土墙分级防护措施解决了山体滑坡问题。
由于山体岩石的进一步风化,原浆砌块石挡水墙基础掏空,部分挡土墙已倒塌,需要作进一步的加固处理。
1.3.3溢流坝运行中存在的主要问题
除了在拦河坝一节中所述存在的问题外,溢流坝运行中主要存在砼老化;砼冲刷剥落现象较严重,堰顶砼出现整块剥落现象,溢流面出现了许多剥蚀坑,最深达0.2m;溢流堰顶经过30多年的冲刷,实测现有高程均低于设计高程237m,出现高低不平,最高处为236.96m,最低处为236.82m。
坝脚未出现有危害的冲刷现象,近坝脚有淤高现象,但水流对下游岸坡的冲刷比较严重,上世纪九十年代以前,泄洪的主流在左侧,九十年代以后,主流偏向右岸,致使下游泄水河道右岸出现严重的浆砌块石挡墙基础捣空、崩塌现象。
1.3.4放空洞运行中存在的主要问题
放空洞兼冲砂作用,一般每2至3年在枯水期启闭冲砂一次,每次放水冲砂时间半小时左右。
放空洞工作闸门和检修闸门锈蚀严重,止水设施老化,漏水量达0.4m3/s,启闭机和电气设备陈旧老化。
1.4大坝安全监测情况
峡口水库安全监测项目有水平位移、伸缩缝三向测缝、坝体砼温度、基础扬压力、坝基排水孔排水等。
水平位移观测采用视准线法观测,每月观测一次;三向测缝观测每旬逢3观测;坝体砼温度观测每旬逢1观测;扬压力观测汛期逢5、10观测,非汛期逢5观测;水位超过238m时加测;基础排水观测汛期逢4、8观测,非汛期逢4观测;水位超过238m时加测。
大坝坚持每天至少两人检查、排水,每月一次集体巡视检查。
大坝观测设施均为70年代初期产品,陈旧老化严重,有的设施已经损坏,影响大坝安全监测。
2峡口水库大坝安全分析评价
2.1工程等级与设计标准
2.1.1工程等级
峡口水库总库容6340万m3,电站装机14Mw,按《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的规定,本工程规模为中型水库,枢纽工程为Ⅲ等工程,电站为小型。
拦河大坝、发电输水建筑物等主要建筑物级别为3级,厂房级别为4级。
2.1.2设计标准
峡口水库原设计标准按50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核,根据防洪标准(GB50201-94)和水利水电等级划分及洪水标准(SL252—2000)的规定,3级建筑物的设计标准为50~100年一遇洪水设计,500~1000年一遇洪水校核。
本次大坝安全评价的洪水标准仍设计洪水标准采用原设计标准,即按50年一遇洪水设计,由于白水坑水库已投入运行,相应提高了峡口水库防洪能力,同时考虑到水库库容较大,校核洪水标准由500年一遇提高到1000年一遇。
大坝安全评价的洪水标准、坝顶安全超高、坝体抗滑稳定安全系数应达到以下要求:
1大坝设计标准为50年一遇洪水,校核标准为1000年一遇洪水。
灌溉发电隧洞进水口设计标准为50年一遇洪水,校核标准为500年一遇洪水。
2坝顶安全超高,正常运用情况下为0.4m,校核运用情况下为0.3m。
3坝体抗滑稳定安全系数:
基本荷载组合为1.05,特殊荷载组合为1.00。
2.2工程质量评价
2.2.1基础处理
基础开挖深度由地质条件决定,右坝肩(10~15坝段),开挖断面与设计断面基本吻合,开挖至新鲜岩石;左坝肩(-1~3坝段)岩石较破碎,以撬挖为主;河床中4~6坝段的上游(坝下25以上部分)开挖至175m高程左右,下游按1:
10的坡度起坡,开挖高程在179~180m左右,8、9坝段开挖至新鲜岩石。
基础开挖基本符合《水工建筑物岩石基础开挖施工技术规范》(SL47-94)和《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)。
对坝基内的11条断层,根据断层对坝基的影响分别做了用风镐撬挖以及布置一定数量固结灌浆孔的处理。
夹泥层多分布在左坝肩及河床中4、5、6、7坝段的上游,左坝肩以高角度为主,难以挖除,一般未挖除,在夹泥层较多的1坝段上游挖深并加强帷幕灌浆,河床的夹泥层,一般进行了固结灌浆处理。
辉绿岩脉采取布置少量固结灌浆孔处理。
节理一般采用固结灌浆处理。
对基础存在的特殊地质问题,如断层和夹泥层均采取了特殊的工程处理措施,且处理结果基本符合混凝土重力坝坝基处理的一般规定。
2.2.2大坝施工质量
2.2.2.1坝基固结灌浆及帷幕灌浆
在左坝肩(-1~2坝段)设单排2m孔距灌浆帷幕,河床(3~8坝段)设双排(前排孔向上游倾斜7°,后排孔垂直)3m孔距灌浆帷幕,右坝肩(10~14坝段)设单排灌浆帷幕(1995年12月增设),经检查孔压水试验表明,帷幕防渗体的透水率为0.00~27.66Lu,不满足现行规范要求的段次主要分布在坝基的4~8坝段,施工时对2、4、5、6、7坝段分别加密孔补灌处理,而8坝段透水率ω>3Lu的2段次位于深度较大的孔末段,未作加密孔补灌处理。
13坝段的测压管水位在1995年帷幕灌浆后下降,1999年后出现不同程度上升,这与该坝段存在斜交的辉绿岩脉以及未对该处的软弱结构面(夹泥层)进行彻底处理有关,防渗存在薄弱环节。
经检查孔压水试验,帷幕防渗体的透水率满足现行规范要求的比例为86.4%,不满足现行规范要求的比例为13.6%。
坝基及岸坡的固结灌浆和帷幕灌浆基本满足《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94的规定。
2.2.2.2坝体及防渗面板
大坝为埋石混凝土重力坝,坝体上游面浇筑混凝土防渗面板,上游坝面防渗面板在212m高程以下厚为3m,以上防渗面板厚为2m,设计抗渗强度在212m高程以下砼采用B6,以上砼采用B4,设计抗渗坝体混凝土标号R18075,根据95组B4抗渗试块中,合格率为79%,根据122组B6抗渗试块中,合格率为72.1%。
坝体砼抗压试验合格率为95.5%。
设计容重为2.4t/m3,取了三个代表性坝段进行检查,结果坝段平均容重2.413t/m3达到设计要求,溢流面R200钢筋混凝土(R28)抗压试验合格率66%,离差系数为0.163。
2.2.2.3现场取样混凝土强度
2005年12月峡口水库管理局委托省水利水电工程质量监督检验站对峡口水库大坝混凝土进行现场取芯试验。
对大坝上游面、下游面、溢流堰顶的R75、R200混凝土共12孔进行取芯试验,经检验,被检12孔混凝土芯样测试龄期抗压强度值均超过设计强度等级值。
2.2.2.4防渗面板检查情况
从现场检查情况来看,峡口水库防渗面板由于受水流作用,砼蜂窝、麻面现象较多,绝大多数部位呈现骨料裸露现象,且混凝土骨料粒径不均,最大骨料粒径达到15cm左右,一般的也在十公分左右。
防渗面板局部地方出现孔洞,孔洞直径达到4cm左右。
1988年曾对防渗面板采用环氧树脂进行修补,各个补强部位有水渗出,环氧树脂、玻璃丝布已老化,修补部位明显出现渗水痕迹。
各坝段伸缩缝之间沥青已经老化脱落,伸缩缝间距离达到2cm左右。
防渗面板有多条水平裂缝及垂直裂缝,水平裂缝最长达到15m左右,裂缝宽度约2mm;垂直裂缝最为明显的是有五个溢流坝段出现贯穿整个溢流段头部的裂缝。
裂缝宽度约0.5mm。
在防渗面板露出水面五六天后,在连续晴天无降雨的情况下,有多处出现潮湿现象,分析认为这是渗水通道返潮形成的。
2.2.3运行表现
峡口水库大坝建成后经过30多年的运行,未发生大的事故,但在运行中发现如下问题:
(1)坝体裂缝:
在砼坝体浇筑过程中,由于施工原因,造成了大坝有很多坝体裂缝。
坝顶、防浪墙、上游坝面、下游坝面、灌浆及排水廊道内均发现有裂缝。
(2)坝体漏水:
1979年大坝灌浆廊道10坝段桩号0+153,高程198.5m处出现一个直径2cm的漏洞,流量达524ml/s。
1998年2月23日发现在0+67.4,高程196.0m,及0+168.6,高程201.9m,在灌浆廊道上游侧各有一股水射出。
2003年12月发现0~1坝段伸缩缝在上游侧排水沟处有一股水射出,实测流量180ml/s。
5#、4#排水孔实测流量1018ml/s,灌浆廊道内上下游排水沟水位明显上升。
下游坝面漏水量较大,近年来下游坝面工作缝渗漏水日趋严重,各工作缝均有渗水,特别是7坝段渗水
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