探访李家龙潭水库：美丽的水上世界

6.3.2.1 工程存在的主要问题

根据水利部大坝安全管理中心(原大坝安全检测中心)的安全鉴定复核意见,存在的主要问题如下。

(1)防洪能力不满足规范规定的防洪标准要求。

(2)大坝坝体填筑质量差、渗漏严重、上游块石护坡损坏。

(3)输水涵洞浆砌石洞身裂缝、砂浆脱落、渗漏。

(4)闸门及启门机破损老化。

(5)安全检测设备和设施老化。

1.防洪标准及防洪能力

水库总库容106.7万m3(本次复核值),根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)的要求,工程规模为小(1)型,工程等别为Ⅳ等,其主要建筑物级别为4级、次要建筑物为5级。设计洪水标准为30年一遇,校核洪水标准为300年一遇。设计洪水位1962.76m,最大下泄流量1.24m3/s；校核洪水位1962.90m,最大下泄流量1.25m3/s；坝顶高程复核结果为1964.46m,比现状坝顶高程高0.86m。水库防洪能力不满足300年一遇的校核洪水、30年一遇设计洪水的坝顶超高要求。

2.大坝

李家龙潭大坝为均质土坝,坝高18.6m,坝顶宽2.8～4.3m,长120m。水库建成后,存在严重的沉陷、变形及裂缝等险情,自水库竣工蓄水至今,一直带病运行,大部分年份不能达到正常蓄水位,给灌区生产造成巨大损失。主要问题如下。

(1)坝基未进行处理。大坝坐落于3～6.4m厚的淤泥质黏土、淤泥层上,该层属相对隔水层,下伏基岩为奥陶系中统砂页岩夹泥岩,强风化岩体,属中等透水层。左坝肩地层为奥陶系中统砂岩,右坝肩地层为页岩夹砂岩,岩层均破碎,裂隙发育,同属中等透水层。

由于清基不彻底,坝肩未开挖接合槽,也未作灌浆处理,加之施工质量较差,故大坝存在层间、坝体与坝肩接合部渗漏、绕坝渗漏及坝端接合部渗漏的问题。大坝后坡出现大面积潮湿。

(2)坝体填筑质量差。修筑坝体时,坝体土料开采运输、平土、碾压,全系人工完成,无任何机械设备,技术力量薄弱,填筑中只抓了土料性质、铺土厚度和石碾压遍数,对土体压实度、干容重、含水量这些衡量土坝压实的主要指标无人监督,因此,坝体施工质量较差。根据本次试验结果,坝体的天然含水量为33.6%～41.8%,压实填筑干密度1.19～1.53g/cm3,填筑压实度仅为78.7%～91.9%,孔隙比为0.75～1.281,饱和度80.4%～100.1%,表明坝体呈中密偏松状态,其防渗性不能满足均质土坝要求,填土的层间接合部位未做处理,层间存在明显的松散孔隙。

(3)坝体变形大。目前坝体形态不规整。坝顶宽2.8～4.3m,高程1963.05～1963.7m,凸凹不平,高差0.25～0.65m。上游坝面护坡块石坍塌、脱落残缺不全,风浪淘蚀、风化严重,在高程1962.0m以下,里程0＋024.4～0＋071.1之间有沉陷(达0.5～0.8m),沉陷面积约1126m2。由于雨水冲刷及渗漏等原因的影响,在后坝坡高程1956.10m以下造成多处变形,产生有一滑移堆积体,在坝0＋025～0＋039.6之间,宽4.9～5.7m,并形成大大小小16条冲沟,长3～12m,冲沟深0.3～0.7m。整个后坝坡杂草丛生。坝后排水棱体发生位移变形,多处坍塌、脱落,范围在坝0＋035～0＋056之间,宽3.3～5.8m。

水库试运行后,坝体发生不均匀沉陷,对大坝进行了灌浆处理。2003年11月、2005年8月当地发生5级以上地震,水库大坝曾经两度发生裂缝和不均匀沉陷,因此对裂缝进行了开挖回填黏土夯实处理。

(4)渗漏严重。水库自下闸蓄水后,未进行过系统的观测。据调查1997年水库蓄满后,大坝后坝坡中段和右段出现大面积渗水。1983年4月据鲁甸县水利局调查：当水库水位达到1958.00m时,后坝坡高程1956.00m以下出现湿润,湿润面积为158m2；当水库水位超过1958.00m时,大坝出现7处渗漏点,渗漏量0.1L/s。渗漏量随库水位的升降而增减。

据水库管理人员介绍：只要库内有水,在大坝坝脚交通道路外侧就会形成沼泽区,沼泽区范围长12.2m,宽7～11m。当库容达到30万m3(水位1954.60m)时,在距左坝脚外9.4～16.1m段处有集中出水点。

(5)上游块石护坡裂缝、下滑、沉陷,抗风化能力差。

(6)根据安全鉴定报告,上下游坝坡抗滑稳定均不能满足要求。

(7)根据安全鉴定报告,大坝下游坡脚存在渗透破坏。

(8)坝顶高程不能满足要求。

(9)大坝原型观测设施不全。

3.输水涵洞

输水涵洞兼有输、泄水功能,布置在坝体内左坝肩底部,为浆砌块石圆拱直墙式城门洞型结构,其轴线与大坝轴线正交,全长86.835m,进口底板高程1947.602m,出口底板高程1947.20m,在坝前进水口安设圆形φ0.4m斜拉钢闸门1套,启闭室布设在坝顶,布设斜拉式螺杆启门机1台。闸室后是无压明渠,输水涵洞断面为1.0m×1.5m圆拱直墙式城门洞型,断面净宽1.0m,侧墙高1.0m,最大输水能力1.34m3/s。存在的主要问题如下。

(1)裂缝及砂浆脱落。经现场检查,从进口闸门后输0＋006.40～输0＋054.30,涵洞左右边墙、顶拱砂浆脱落,在桩号0＋016.20、0＋070.04、0＋071.54处有孔洞(最大长40cm、宽16cm),桩号0＋061.00～0＋086.836底板浆砌石松动、脱落,形成的裂缝宽0.03～0.3m。桩号0＋017.30～0＋034.30涵洞底板有毛块石淤积,厚0.2～0.35m。整个涵洞边墙及顶拱凸凹不平,起伏高差2～6cm。

(2)渗漏严重。输水涵洞及闸门漏水严重,水库蓄水位在1947.60m时,漏水量0.078L/s；水库水位为1950.00m时,渗漏流量达到0.08L/s。1983年4月据鲁甸县水利局调查：当水库水位达到1958.00m以下时,渗漏流量达到0.25L/s；当水库水位超过1958.00m以上时,渗漏流量达到0.5L/s。渗漏流量随着水位的升高而加大。

(3)洞身结构不满足要求。根据安全鉴定报告结论,输水涵洞实际地基承载力小于基础允许承载力；涵洞直墙脚最大压应力、拱顶最大拉应力均远大于现状下浆砌块石的抗压、抗拉应力,故整个涵洞不能满足结构安全稳定要求。

(4)闸门及启门机破损老化。金属结构安装包括φ400mm圆形闸门,斜拉螺杆启闭机。于1979年安装,没有用专业队伍安装。闸门和启门机在进货时无产品合格证、质材检测报告、探伤报告和静水试验报告,安装完毕,未做动水试验报告和单项工程竣工验收报告,不符合一般的闸门安装施工工艺。在运行过程中由于维护不善,闸门长期浸泡在水中,闸门锈蚀面为100%,止水失效,漏水严重。水库在运行过程中,启闭困难,运行缓慢,运用及管理不便。故闸门及其启闭设施需全部更新。

6.3.2.2 除险加固的必要性

李家龙潭水库是鲁甸县管理的重要骨干工程,担负文屏坝子2500亩农田灌溉用水任务和下游鲁甸县城及鲁甸河沿河两岸2.58万人、1.5万亩农田的防洪保护任务。由于该工程存在较多的质量问题,尤其是坝体、坝基渗漏严重,水库难以蓄水,无法发挥正常效益。经大坝安全鉴定中心鉴定为Ⅲ类坝。为使该水库正常运行,大部分灌区用水保证率得到提高,为农业稳产奠定基础,因此,对李家龙潭水库进行除险加固是十分必要的。

1.除险加固任务

除险加固的主要任务是在批准的大坝安全鉴定报告的基础上,确定坝体、坝基、输水涵洞及其他建筑物的除险加固方案,完善水库管理设施,使水库能够充分发挥经济效益和社会效益。

2.除险加固原则(www.xing528.com)

除险加固设计方案的确定按以下原则进行。

(1)本次除险加固的重点是解决水库的渗漏、稳定、防洪标准和输水洞的安全问题。

(2)在保证建筑物安全的前提下,最大可能的保证水库的兴利指标,水库规模不超过原规模。

(3)加固治理措施应做到技术先进,经济合理,安全可靠,便于管理,并为以后提高水资源的利用程度创造有利条件。

3.防洪能力复核

(1)汛期限制水位的确定。根据鲁甸县水利局提供的1985—2006年的水库蓄水资料,1985年、1991年、1995年、1997年、1998年水库均蓄到正常蓄水位1962.60m,蓄水量102.9万m3。22年最大蓄水量平均值72.5万m3,水位1959.87m。鉴于鲁甸县十分缺水,李家龙潭水库灌区2500亩农田缺水严重,灌溉增产潜力大,如不能保证灌溉将造成大面积农田减产,严重地影响灌区人民的生活和社会稳定。除李家龙潭水库外,附近区域可利用水源非常少,由于径流时空分布变化大,径流过程与需水过程不一致,枯水季节溪沟断流,水库以蓄洪为主,区间径流只有引蓄到水库中蓄存,到第二年枯水季节时向灌区供水,才能保证灌区需水要求,水库四周栽烟、种玉米所需要的保苗水也靠从水库中挑(拉)水,才能进行抗旱保苗。水库蓄满了,灌区生产、生活用水有了保证,就能增产增收,群众才能脱贫致富奔小康；水库蓄不满,必然减少对灌区供水量,导致减产、减收,群众生活水平降低,甚至又返贫。2005年和2006年昭鲁坝子遭遇特大干旱,加之2003年鲁甸发生5级以上地震,水库蓄水量较少,最后连输水涵洞底板以下部分蓄水都被抽了利用,灌区供水受到严重破坏,人畜饮水困难,农业生产减产较为严重。

水库径流区降水和径流大部分集中在汛期的6—9月,而且各年降水过程有早有晚,如果水库设置汛期限制水位,必然存在前期弃水、后期蓄不满的情况,将影响水库效益的发挥。为保证灌区用水,根据水库历年运行蓄水位在汛期已达到正常蓄水位的实际情况,该工程汛期限制水位同正常蓄水位,即汛期限制水位1962.60m,相应库容102.9万m3。

(2)防洪调度原则。在确保大坝安全的前提下,按汛期限制水位蓄水。由于该水库自身径流面积小,蓄水主要靠从外流域引洪,为保证水库蓄水量,水库应尽可能在主汛期蓄水至汛限水位,然后关闭上游引洪沟,避免发生洪水时危及水库安全。在遭遇特大暴雨,水库水位上升较高,水库水位超过汛限水位后,必须尽快开启输水涵洞下泄洪水,以确保水库大坝安全。

(3)调洪计算。该工程设计洪水重现期30年(P＝3.3%),校核洪水重现期300年(P＝0.33%)。水库通过输水涵洞可泄洪,起调水位采用汛限水位1962.60m,采用水量平衡法进行调洪演算,调洪结果为：设计洪水位1962.76m(P＝3.33%),相应库容104.8万m3；校核洪水位1962.90m(P＝0.33%),总库容106.7万m3。

李家龙潭水库洪水调洪成果详见表6.3-3。

表6.3-3　李家龙潭水库调洪成果表

4.安全鉴定意见

昭通市水利局对安全评价报告核定意见如下。

(1)李家龙潭水库通过本次安全鉴定,基本查明了现状存在的主要病害问题。

1)经防洪标准复核,正常水位加非常运用坝顶超高再加地震安全超高,需坝顶高程达1964.46m,高于现状坝顶0.86m。

2)大坝填筑压实度为78.7%～91.9%,低于规范值96%～98%要求。

3)大坝上游坝坡在稳定渗流期的抗滑稳定安全系数均大于现行规范值,在水位从正常蓄水位缓慢降落至最不利水位及从正常蓄水位缓慢降落至死水位时抗滑稳定安全系数均小于现行规范值。下游坝坡在稳定渗流期的抗滑稳定安全系数均小于现行规范值。

4)大坝上游坝坡在稳定渗流期的正常蓄水位及死水位(现状水位)加7度地震的工况下,其抗滑稳定安全系数为1.156～2.483,均大于现行规范值(1.10)；下游坝坡在稳定渗流期的正常蓄水位及死水位(现状水位)加7度地震的工况下,其抗滑稳定安全系数为0.917～1.055,均小于现行规范值(1.10)。大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

5)输水涵洞由于清基不彻底,未在坝肩开挖接合槽,也未作灌浆防渗处理,坝体施工质量较差,故水库蓄水后,坝体渗漏。通过渗流量计算,坝体的出逸点水力坡降J＝0.437＞[J]＝0.422,坝体可能的渗透变形类型为流土破坏；坝体渗流量,在死水位时渗流量为0.115L/s,在正常水位时渗流量为2.413L/s。

6)输水涵洞仅有1套斜拉闸门,运行管理不便,止水老化破损,闸门关闭不严,渗漏严重。闸门锈蚀,设备老化,拉杆变形,启闭不灵,应急能力差。

根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》,基本同意李家龙潭水库大坝安全性评定为Ⅲ类坝。

(2)基本同意除险加固的意见。建议进行除险加固处理,初步设计中应充分考虑安全鉴定中所述的问题。

5.除险加固的主要内容

根据根据水利部大坝中心对安全鉴定意见的批复,参考安全评价报告,对水库进行除险加固设计,确定除险加固的主要内容包括以下几个方面。

(1)解决防洪能力不满足规范规定的防洪标准问题。

(2)大坝加固。

1)坝体裂缝处理。

2)坝体防渗处理。

3)两岸防渗处理。

4)对排水棱体进行加固整修。

5)下游坝坡整修,植草护坡,做整体排水系统。

(3)输水涵洞重建。

(4)增设大坝安全监测设施。