苏雷坝水电站蓄水安全鉴定及质量分析评价

钟安保

(广州众禹工程咨询有限公司，广州 510000)

1 项目简介

苏雷坝水电站位于广东省龙川县附城镇苏雷坝村，坝址上距枫树坝水电站约49km，下游距离龙川县城约7km，坝址以上河长199km，集水面积为7467km2。

工程的任务是以发电为主，兼顾航运、灌溉、供水任务的综合性水利枢纽工程。本工程为低水头径流式开发，枢纽主要永久性建筑物有拦河闸坝、电站厂房和船闸上闸首；次要建筑物有闸室、下闸首及导航和靠船建筑物等。

蓄水安全鉴定的任务是对涉及蓄水安全有关工程安全的隐患问题。文章拟对苏雷坝水电站进行蓄水前的工程安全的设计、施工、设备制造与安装的质量进行检查，对影响工程安全的因素进行评价，提出蓄水安全鉴定意见，明确是否具备蓄水阶段验收条件，为蓄水验收提供依据。

2 工程不良地质现象评价

2.1 水库渗漏

库区位于两岸为低山，中间夹一谷的低山丘陵地带，多数地段地形高于库区，周围无下切较深的邻谷，库区不存在库水外渗的地形地貌条件。

库区回水线范围内，河流岸坡主要由白垩系上统南雄群砂岩、凝灰质砂砾岩等构成，未发现可溶性岩石及溶洞出露，岩层的透水性相对较小，为相对隔水阻水岩系。广泛分布于河床底部的第四系冲积层，主要由强透水的砂层、卵砾石层构成，当这部分地层外缘与隔水阻水岩系接触时，一般也不会产生库水外渗，但当其水平方向无隔水阻止层起防渗作用时，必须对强透水的砂砾石层作防渗加固处理，方可避免库水的向外渗漏。

外业地质调查表明，库区存在的小型构造断裂，多为压扭性，断裂面充填密实，不具集中渗漏的空间条件，考虑到拟建水电站为河流型水库，水位抬高较小，通过构造裂隙的渗漏水对工程效益的正常发挥影响不大[1]。

2.2 水库浸没

水电站工程建成后，库区正常蓄水位72.0m，库区水位将明显升高，位于库区右岸江边村附近的水田将会淹没，位于库区右岸福光村附近的水田及生态绿化园也会进水，应在两处分别加设堤防。考虑到地表下存在具较强透水性厚度不等的砂砾石层，在库水压力和毛细水上升作用下，将会产生较大范围的浸没。为防止以上问题的发生，需在该两处地段加建堤防的同时，对地基强透水层进行防渗加固处理[2]。

2.3 库岸稳定

拟建工程库岸多由砂岩、砂砾岩构成，部分地段为残坡积土组成的较平缓边坡，库岸总体上说来是稳定的。但在个别地段库岸地层物质较松软，在库水浪蚀作用下会产生小规模的坍塌。

3 设计方案稳定性复核

3.1 设计方案

龙川县苏雷坝水电站工程枢纽建筑物主要包括拦河闸坝、电站厂房、船闸、升压变电站和连接建筑物等，其布置分述如下：

3.1.1 拦河闸坝

堰顶高程采用67.00m，孔口净宽14m，闸室顺水流向的长度为17m，底板结构采用整体两孔一联式，闸坝基础置于经振冲处理的中砂层上；按照宣泄设计及校核洪水时闸前壅高的水位不超过天然河道洪水位0.3m为控制原则，经水工模型试验验证，共采用15孔泄洪闸；根据水库运行调度，当水电站泄洪流量大于1340m3/s，开启泄洪闸下泄多余来水。根据闸下消能防冲要求，初步设计阶段拦河闸泄洪采用底流消能方式。

3.1.2 水电站厂房

本电站厂房为低水头河床式电站，安装有3台GZXXXX-WP-500型贯流灯泡式机组，单机容量5000kW，机组安装高程为62.00m，流道全长70.00m；主厂房尺寸为(长×宽)46.16×19.00×24.85m，厂内设75/20t桥式吊车一台，吊车轨顶高程87.80m；厂房建在凝灰质砾岩。

副厂房紧靠主厂房下游布置，位于流道之上方，平面尺寸44.16m×13.30m(长×宽)，共四层。

3.1.3 船闸

按《内河通航标准》(GB50139-2004)确定Ⅶ级航道50t级船舶航道尺寸为32.5m×5.5m×0.7m(长×宽×设计吃水深)[3]。

船闸通航标准为Ⅶ级50t，船闸有效尺寸为80×8×1.6m。船闸上游设计最高通航水位72m；下游设计最高通航水位70.88m；船闸上游设计最低通航水位69.80m；下游设计最低通航水位66.95m。上闸首门槛高程为68.20m，下闸首门槛高程为65.35m，闸室闸首口门有效宽度采用8.00m。

3.1.4 连接建筑物土坝

连接建筑物分别为：右岸连接土坝和河心洲上的土坝。右岸土坝长31.5m，最大坝高8.3m；河心洲上的土坝长111.5m，最大坝高9.7m，坝顶宽5.0m。坝体上游坡比为1∶3.0，下游坡比为1∶2.5。

3.2 拦河闸抗滑稳定计算

3.2.1 闸顶高程复核

本工程拦河闸坝，按照50a一遇的设计洪水和200a一遇的校核洪水进行设计。水闸级别为2级时，正常蓄水位的安全超高下限值为0.5m，设计洪水位的安全超高下限值为1.0m，校核洪水位的安全超高下限值为0.7m。规范要求挡水时闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位(或最高挡水位)加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位(或校核洪水位)与相应安全超高之和。经计算：

1)正常蓄水位要求闸顶高程为73.28m(波浪计算高度0.78m)。

2)设计洪水位要求闸顶高程为76.28m。

3)校核洪水位要求闸顶高程为77.37m。

交通桥梁底应高出最高洪水位0.5m以上，本工程选用0.6m，交通桥采用预制梁板结构，梁高为1.4m，确定闸顶高程(交通桥面高程)为78.70m。满足规范要求。

3.2.2 抗滑稳定分析

闸室稳定按闸室沿基底面的抗滑稳定公式计算，闸室基底应力按材料力学偏心受压公式进行计算。计算得出闸室在各种运用条件下的抗滑稳定安全系数及基底压应力值。经过计算其在校核洪水、设计洪水、正常蓄水工况下的抗滑稳定分别是5.41、13.18和1.69l；上游基底应力相应的工况下分别为68.92 kPa、76.91 kPa和77.33kPa，下游基底应力分别为108.26kPa、103.40kPa和122.17kPa。根据计算结果，闸坝抗滑稳定满足规范要求[4-6]。

3.3 船闸稳定分析

对船闸进行抗滑、抗倾、抗浮稳定性和基底应力计算，计算结果显示闸室的抗剪强度抗滑稳定安全系数、抗倾覆稳定安全系数、抗浮稳定安全系数和基底垂直最大应力在运行情况下分别是2.41、7.06、8.81和137.29kpa；在检修洪水下分别是1.52、2.18、2.27和86.79kPa；在完成建设蓄水前分别是2.163、25.426和123.24kPa；特殊地校核洪水下分别是1.20、1.62、1.65和68.84kPa，经验算各种稳定安全系数及基底应力均满足要求。

3.4 厂房整体稳定分析

对厂房进行抗滑、抗浮稳定性和基底应力计算，计算得厂房1#和2#机组段整体稳定计算成果显示其抗滑、抗浮稳定性和基底最大应力在正常运行下分别是12.65、2.99和333.30kpa；在检修洪水下分别是11.21、2.761和345.38kPa；在非常运行分别是48.05、2.12和316.88kPa；完成建设下基底竖向最大正应力是416kpa。验算后各种稳定安全系数及基底应力均满足要求。厂房3#机组段整体稳定计算成果显示其抗滑、抗浮稳定性和基底最大应力在正常运行下分别是15.68、3.46和549.07kPa；在检修洪水下分别是14.16、3.22和598.05kPa；在非常运行分别是61.76、2.44和479.36kpa；完成建设下基底竖向最大正应力是761kPa。

根据以上计算成果，边坡稳定安全系数满足规范要求。从结果可以看出，厂房抗滑稳定安全系数设计值K大于规定允许值[K]=1.10或1.05。厂房抗浮稳定安全系数Kf也大于规定允许值[Kf]=1.1；厂房基础面最大垂直正应力均小于强风化基岩容许承载力[fk]=800kPa，最小垂直正应力均大于零，计算表明厂房整体是稳定的和安全的[7-8]。

3.5 土坝渗透稳定和抗滑稳定分析

3.5.1 渗流计算及渗透稳定分析

本土坝的渗流计算仅考虑以下最不利水位组合：

1)上游设计洪水位(▽75.28m)骤降至正常蓄水位(▽72m)。

2)上游校核洪水位(▽76.67m)骤降至正常蓄水位(▽72m)。

根据计算，坝体单宽最大渗流量为0.014m3/d，均质土坝计算渗透水力比降J=0.087。根据工程经验对于良好压实的风化土，允许渗透水力比降[J]=0.5。所以土坝坝体渗透计算满足稳定要求。

3.5.2 土坝坝坡稳定分析

选取与闸坝相邻的最大坝体断面进行均质土坝坝坡稳定分析，考虑两种不利情况下的坝坡稳定条件：

1)上、下游相应设计洪水位75.28m，74.98m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游坝坡稳定。

2)上、下游相应校核洪水位76.67m，76.02m迅速降至正常蓄水位高程，上、下游坝坡稳定。

经计算上游坝坡的抗滑稳定安全系数为2.1和2.02；下游坝坡的抗滑稳定安全系数为1.66和1.75；均满足设计规范的要求。

4 蓄水安全鉴定

4.1 工程地质

1)工程区地震基本烈度为Ⅵ度，相应地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0. 35s，区域构造稳定性较好，产生水电站诱发地震的可能性极小。

2)工程区为地基强透水层，已做防渗处理，不存在通往库外的渗透通道，不存在永久渗漏问题。

3)工程区的构造活动不强烈，不良物理地质现象不发育，不存在影响枢纽运行的较大规模的边坡稳定问题。

4.2 工程设计

对工程设计的安全鉴定结果如下：

拦河闸坝轴线走向基本与河床水流垂直，为开敞式结构。拦河闸坝全长为245m，采用面流消能方案，闸基置于经振冲处理的中砂层上。经水工模型试验和多年试蓄水检验，拦河闸坝的设计基本满足要求。

电站厂房为低水头河床式电站，安装有贯流式灯泡机组，机组(自进口闸墩上游侧起至尾水闸墩下游侧止)流道长为70m，厂房建在弱风化的为凝灰质砾岩上。经复核，电站厂房的设计满足规范要求。

船闸级别为Ⅶ级，通航船舶50吨级，自上游至下游依次布置上游引航道、上闸首、闸室、下闸首、下游引航道，经复核，船闸的设计满足规范要求。

右岸土坝长31.5m，最大坝高8.3m；河心洲上的土坝长111.5m，最大坝高9.7m，坝顶宽5.0m。经复核，土坝设计满足规范要求。

4.3 水工建筑物

4.3.1 导流建筑物封堵工程

工程采用分期导流的方式进行施工导流，不需要封堵。故无导流建筑物封堵工程设计。

4.3.2 土建工程

目前，泄洪闸、发电厂房、船闸、升压变电站、土坝等单位工程均已完工验收，基本满足形象面貌要求。

4.3.3 金属结构

1)金属结构的总体布置和设备选型基本合理，设计符合现行规范的有关规定，各类闸门等金属结构设备具备运行、维护和检修条件。

2)金属结构设备的制造质量符合设计和现行规范要求。

4.4 工程安全监测

安全监测系统设计基本满足相关监测规程、规范要求，测点布置基本合理；泄洪闸、发电厂房、船闸、升压变电站等单位工程，各监测仪器设备均已基本按设计要求及相关规范要求进行了埋设，并取得了一定的数据；在运营期间须定期进行下游河床观测，若发现有冲刷，及时进行处理。

4.5 鉴定结论

龙川县苏雷坝水电站工程设计基本合理，泄洪闸、发电厂房、船闸、土坝、升压变电站等单位工程已验收，施工质量满足规范及设计要求，工程形象面貌达到一定蓄水条件。

后期应按运行要求做好运行期的监测和安全管理。

5 工程质量分析评价

5.1 工程质量检测

止水铜片埋设位置正确，保护良好；结构物轮廓尺寸，符合设计要求；所用原材料及中间产品检验结果全部合格；金属结构及启闭机安装质量优良；

电控设备安装质量合格；混凝土试块抗压强度检验评定按《水利水电工程施工质量检验与评定规程》(SL176-2007)执行，通过对各标号混凝土的检测结果，根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程》(SL176-2007)有关规定，本单位工程混凝土试块抗压强度质量评定为：合格。

5.2 拦河闸工程质量评定

本单位工程共分17个分部工程，全部合格，合格率100%。其中12个评定为优良，优良率70.59%，施工中未发生过质量事故。单位工程施工质量检验与评定资料齐全。

5.3 船闸工程质量评定

本单位工程共分7个分部工程，全部合格，合格率100%，其中优良分部工程5个，优良率71.43%。施工中未发生过质量事故。外观质量应得105分，实得94.2分，得分率为89.71%，单位工程施工质量检验与评定资料齐全。

5.4 厂房工程质量评定

本单位工程共分20个分部工程，全部合格，合格率100%，其中优良分部工程2个，优良率10%。施工中未发生过质量事故。外观质量应得109分，实得93.1分，得分率85.41%，单位工程施工质量检验与评定资料齐全。

5.5 土坝工程质量评定

本单位工程共分5个分部工程，全部合格，合格率100%，其中1个分部评定为优良，优良率20%。施工中未发生过质量事故。单位工程施工质量检验与评定资料齐全。

6 结 论

苏雷坝水电站蓄水建设工程是以发电为主，兼顾航运、灌溉、供水任务的综合性水利枢纽工程，为保证苏雷坝水电站蓄水及泄流过程中水闸整体的安全性，对水电站蓄水进行安全鉴定。龙川县苏雷坝水电站工程设计基本合理，施工质量满足规范及设计要求，工程形象面貌达到一定蓄水条件。

后期应按运行要求做好运行期的监测和安全管理。蓄水过程中，应严格控制水位，同时按要求加大蓄水期安全监测和巡查观测的频次。蓄水期间，根据蓄水期安全监测与检查项目，定期对枢纽运行情况进行评价。蓄水后加强气象、暴雨和水情预报工作，为工程安全，合理调度提供技术支持。