震后水庫大壩應急檢查

王士軍，谷艷昌，倪小榮 ，隆文非

（1.南京水利科學研究院，210029，南京；2.水利部大壩安全管理中心，210029，南京；3.四川省農(nóng)田水利局，610031，成都）

自20世紀以來，全球共發(fā)生8級以上地震115次。地震給人類帶來了巨大災難，同時也造成了大量水利工程的破壞。2008年日本7.2級地震造成了134座水庫大壩的破壞。2008年中國汶川8級特大地震共造成2 380座水庫出險。2011年日本9級地震造成48座水庫大壩出險，1座大壩潰決。震損水庫大壩安全度低，在余震、洪水等條件下可能潰決，嚴重威脅下游公眾、基礎(chǔ)設(shè)施安全與社會穩(wěn)定。開展震后水庫大壩應急檢查研究，規(guī)范應急檢查內(nèi)容與記錄，提高應急檢查技術(shù)含量，建立相關(guān)資料信息庫，為水庫險情快速評估、應急處置以及水庫震損機理研究提供技術(shù)支撐。這項研究對提升應對水庫突發(fā)事件處置能力和水庫大壩抗震設(shè)計水平，有效降低水庫風險，最大限度避免及減少人員及財產(chǎn)損失具有重要意義。

一、水庫大壩震損險情特點

水庫大壩震損險情主要包括裂縫、滑坡、滲漏、結(jié)構(gòu)破損、管理設(shè)施損壞等。據(jù)統(tǒng)計，汶川地震后僅四川省就有1 997座水庫震損，其中存在裂縫1 425座，塌陷687座，滲漏428座，滑坡154座，啟閉設(shè)施損壞161座，放水設(shè)施、溢洪道、管理房等不同程度震損有422座，其中50%以上的水庫同時存在多種險情。

1.裂縫

壩體裂縫是土石壩震損的最常見現(xiàn)象，包括有縱向裂縫、橫向裂縫和水平裂縫。①縱向裂縫最為常見，因地震波導致壩頂振幅相對較大，縱向裂縫主要分布在壩頂及附近，延伸可達數(shù)十米，縫寬可達數(shù)十厘米，如唐山地震時陡河水庫主壩上下游坡各出現(xiàn)一條主縱裂帶，貫穿全壩，縫寬80 cm，有的深至壩基，縫內(nèi)充填有碎石和砂，并將壩切成三塊?？v向裂縫破壞了壩體的完整性，易導致壩坡失穩(wěn)。②橫向裂縫多出現(xiàn)在兩壩肩與壩體填筑質(zhì)量不均勻部位，因不均勻沉降所致，橫向裂縫破壞壩體結(jié)構(gòu)與防滲體完整性，可能形成集中滲漏通道，如汶川地震后，四川安縣蔣家祠水庫大壩兩端出現(xiàn)了多條貫穿性橫向裂縫，走向與壩軸線垂直。③水平裂縫主要出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)上，多沿拱圈發(fā)育，長度一般數(shù)米至數(shù)十米不等，對拱壩梁有破壞作用，但對拱的作用影響不大，如四川江油市本覺院漿砌石壩在壩頂下游3 m處出現(xiàn)一條水平裂縫。

2.滑坡

滑坡常見于土石壩上游壩，滑坡導致?lián)跛當嗝婵s小，可能導致壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，引起大壩潰決。如1976年唐山地震時北京密云水庫白河主壩上游發(fā)生滑坡，滑坡面積達6萬m2，滑坡方量為15萬m3。壩肩滑坡易引起溢洪道或其他輸水設(shè)施堵塞，水無法下泄。如汶川地震后，成都彭州的東河水庫溢流堰泄槽右側(cè)發(fā)生滑坡，1/3寬度的泄槽被堆積體侵占。

3.滲漏

震損水庫滲漏常見大壩下游及壩內(nèi)輸泄水結(jié)構(gòu)出口。常見表現(xiàn)為震后滲漏量增加，渾水出現(xiàn)一段時間后又變清，滲漏量趨于穩(wěn)定。如汶川地震后，紫坪鋪大壩滲漏量較震前有所增加，但總量不大，滲流水質(zhì)在震后的1~2天較震前渾濁，并夾帶泥沙，后水質(zhì)變清。在某些情形下，震后滲漏量比震前持續(xù)增加，一直出現(xiàn)渾水，疑大壩壩體可能出現(xiàn)集中滲漏，可能是壩體產(chǎn)生橫向裂縫或壩內(nèi)涵管出現(xiàn)變形損壞等。如四川省梓潼縣聯(lián)盟水庫左右兩壩肩震前就長年漏水，繞壩滲漏明顯,地震后滲流量顯著增大。

4.結(jié)構(gòu)變形

結(jié)構(gòu)變形包括壩體在地震作用下產(chǎn)生沉降，不均勻沉降將導致壩面起伏、防浪墻開裂、護坡破損、溢洪道結(jié)構(gòu)破損、啟閉設(shè)施失靈與自動開啟等。如紫坪鋪大壩最大斷面壩頂附近，地震產(chǎn)生的最大沉降量達100 cm，壩坡向下游方向發(fā)生約30 cm的水平位移；面板間的垂直縫發(fā)生了擠壓破壞，部分混凝土面板與墊層間有脫空現(xiàn)象，最大脫空23 cm。

5.管理設(shè)施破損

管理設(shè)施包括水庫管理房、監(jiān)測設(shè)施、通信設(shè)施、交通道路,此類震損雖未直接影響到大壩壩體，但可能直接或間接地影響到水庫大壩安全運行與應急處置。

二、應急檢查技術(shù)

1.檢查范圍

不同震級地震對水庫震損影響范圍不同，震后檢查范圍不同。據(jù)統(tǒng)計， 震級分別大于 4.0、5.0、6.0、7.0和 8.0時，距震中25 km、50 km、80 km、125km和200km范圍內(nèi)的大壩在震后應進行應急檢查。對汶川地震后不同震中距水庫震損統(tǒng)計，震中距0～40km、40～80 km、80～120 km、120～160 km、160～200 km及200 km以上范圍內(nèi)，水庫震損比例分別約為100%、70%、50%、30%、20%、10%，其中潰壩險情主要集中在0～80 km，高危險情主要集中在40～120 km范圍內(nèi)。2008年8月30日，四川攀枝花市、涼山州交界處發(fā)生里氏6.1級地震，水庫震損影響范圍約60 km。

2.檢查內(nèi)容

根據(jù)水庫震損險情特點，工程應急檢查包括大壩、溢洪道、輸泄水設(shè)施、閘門、近壩庫岸、監(jiān)測設(shè)施、通信、交通、備用電源、預警設(shè)施等，重點檢查大壩、溢洪道、輸水設(shè)施、泄水設(shè)施。水庫當時的運行基本信息也是檢查的重要內(nèi)容。

（1）基本信息

基本信息包括有關(guān)環(huán)境量信息、大壩結(jié)構(gòu)與運行狀況信息等。具體包括當時的上下游水位、蓄水量、邊坡比、水深比（水深與壩高之比）、震中距、壩址烈度、壩軸線方向與震中方位的夾角、當天降水量、泄流方式及下泄流量等。

（2）大 壩

①上游面。壩體上游面主要震損情況檢查信息包括滑坡、裂縫、護坡?lián)p壞、塌陷、崩塌、漩渦以及冒泡等。其中，滑坡信息應包括滑坡位置、滑坡面積、滑坡面積比、滑動距離、滑坡體積、滑坡體積比等，裂縫信息包括裂縫位置、與壩軸線夾角以及裂縫的長度、寬度與深度等。

②壩頂。壩頂主要震損信息包括漫頂、縱向裂縫、橫向裂縫、扭曲、塌陷、最大水平位移、最大沉降等。其中，漫頂信息包括洪水過壩頂高度、流量等，裂縫包括與壩軸線夾角、位置、長度、寬度以及深度等。壩頂防浪墻震損信息主要包括裂縫、傾斜、彎曲與倒塌等，其中，防浪墻裂縫又包括位置、長度、寬度、深度以及是否貫通等。

③下游面。壩體下游面震損檢查信息包括滲漏、管涌、散浸、流土、滑坡、塌陷、縱橫向裂縫以及排水溝與馬道踏步的損壞情況等。其中，管涌信息應包括管涌的位置、流量等，散浸信息包括散浸的位置和程度，流土信息包括位置和現(xiàn)象，滑坡信息包括滑坡位置、面積、面積比、體積、體積比等，縱橫向裂縫信息包括裂縫的位置、長度、寬度以及深度等。

④廊道。廊道的震損檢查信息包括裂縫、剝落、排水孔、滲水、滲流量等。其中，裂縫信息包括裂縫的位置、長度、深度以及寬度等，剝落信息包括剝落位置和程度，排水孔信息包括位置和現(xiàn)象，滲水信息包括位置和程度等。

⑤壩趾。壩趾震損檢查信息包括管涌、流土、排水棱體、噴砂冒水以及塌陷等。其中，管涌、流土與塌陷的檢查信息與下游面的一樣，排水棱體信息包括位置與現(xiàn)象，噴砂冒水信息包括位置和現(xiàn)象等。

⑥壩肩。壩肩震損檢查信息包括裂縫、節(jié)理、崩塌、滑坡、管涌、流土以及接觸沖刷等。

（3）溢洪道

溢洪道震損檢查信息主要包括進水段、啟閉設(shè)備、閘門、電源、邊墻、橋梁、護坦、泄槽、底板、消力池、渠道、啟閉機房等。如果溢洪道和泄水設(shè)施由于閘門、閥門或運行設(shè)備故障導致不能正常運行時，大壩就有潰壩的危險。閘門、閥門或運行設(shè)備的故障可能會導致支撐結(jié)構(gòu)的沉降或移動，及閘門束縛或堆積物阻塞。如果懷疑發(fā)生了損傷，應在震后迅速校驗閘門運行狀況。地震也可能導致閘門自動開啟。進水口上方的邊坡滑坡會阻塞引水渠，地震可能引起溢洪道進口高程變化?；乱矔茐倪M水建筑物和相關(guān)的金屬結(jié)構(gòu)，如閘門、啟門機和電動機。

（4）輸水、泄水設(shè)施

輸水建筑物震損檢查信息包括進口段、啟閉設(shè)備、閘門、管道、出口段、電器以及啟閉機房等。壩體內(nèi)穿壩輸水建筑物與壩體接觸安全性是震后檢查的重要內(nèi)容，檢查其斷裂、滲漏、接觸沖刷及滲水渾濁程度等情況。安全泄洪洞震損檢查包括進口段、閘門、洞室以及出口段等部位。

（5）其 他

具體包括近壩庫岸崩岸、滑坡滲漏、安全監(jiān)測設(shè)施、備用電源、應急通信設(shè)施以及交通等震損情況。地震可能造成庫岸崩塌、滑坡滲漏、供電與交通故障，備用電源、應急通信與交通暢通對震后檢查與應急處置將起到關(guān)鍵作用，安全監(jiān)測設(shè)施的即時觀測記錄可為分析評估“地震對大壩安全影響”提供基礎(chǔ)信息。

3.檢查方法

（1）檢查程序

水庫震損有時并非立刻顯現(xiàn)，可能在震后數(shù)天甚至更長時間，在余震等影響下顯現(xiàn)，因此震后應急檢查應持續(xù)一段時間，根據(jù)不同階段特點進行檢查與評估。檢查程序可分3個階段，包括即時檢查、詳細檢查、后續(xù)檢查。

①即時檢查。即時檢查是在地震發(fā)生后由大壩管理人員立即對大壩進行的檢查。即時檢查非常重要，當時的運行條件與表現(xiàn)，對工程安全評估及應急處置至關(guān)重要。管理人員通過檢查，初步評估大壩震損情況，如發(fā)現(xiàn)大壩可能很快發(fā)生潰壩時，應立即采取必要的應急措施，如降低水位、發(fā)出預警、迅速將險情上報等，并對裂縫、滲漏等震損險情進行觀測。通過泄水設(shè)施增加泄水量時應當特別小心，因為輸水洞可能已產(chǎn)生破損，增加流量可能引起壩體與建筑物發(fā)生接觸沖刷，甚至管涌破壞。同時應避免快速放水導致上游坡失穩(wěn)，尤其是上游已發(fā)生變形及滑坡跡象的震損大壩。即時檢查的記錄對詳細檢查及機理震損研究將提供基礎(chǔ)資料，即時檢查記錄包括工程震損情況、工程運行工況及環(huán)境條件。

②詳細檢查。詳細檢查是由大壩工程專業(yè)人員進行的。地震發(fā)生后，上級主管部門派出有關(guān)專家到達現(xiàn)場，向當?shù)毓芾砣藛T了解即時檢查震損情況，查閱工程相關(guān)資料，實地勘察工程險情，判別工程震損程度，提出應急搶險方案，對后續(xù)檢查及應急處置提出建議。

③后續(xù)檢查。后續(xù)檢查一般由水庫管理人員或?qū)I(yè)技術(shù)人員進行。根據(jù)詳細檢查提出的意見以及震損水庫險情特點及其發(fā)展情況，定期進行巡視檢查與監(jiān)測，包括臨時增設(shè)的監(jiān)測設(shè)施，觀測與記錄大壩損傷的特征、位置和程度以及情況變化的速率。相關(guān)內(nèi)容也應同時觀測，如庫水、尾水水位，天氣狀況，涌泉或滲漏等，以了解險情發(fā)展，判別是否產(chǎn)生新的險情，檢查評估應急處置效果等。每次余震后應加強檢查，以評估余震對大壩的影響。

（2）檢查預案

針對每座水庫大壩特點，準備一份應急檢查預案是提高檢查效率的重要手段，檢查預案應包括檢查人員、內(nèi)容、路線、方法、記錄與報告。為規(guī)范檢查行為，提高檢查信息量和為建立震損水庫信息數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)，針對上述“應急檢查”的內(nèi)容，制定詳細統(tǒng)一的檢查表格，準確詳細記錄震損險情及相關(guān)信息（筆記、照片或視頻可以用來幫助描述震損的特征和程度）。建立應急檢查信息數(shù)據(jù)庫對實現(xiàn)信息共享，為類似應急檢查與處置、水庫震損機理探討提供技術(shù)支撐。

（3）檢查人員與設(shè)備

檢查人員的素質(zhì)、對應急檢查工作的認識和對相關(guān)知識的掌握，是保障應急檢查效果的關(guān)鍵。水庫大壩管理人員應接受過相關(guān)的培訓并有必要的經(jīng)驗，以便在即時檢查時可以準確評估大壩運行性態(tài)，判斷大壩出現(xiàn)緊急狀況的可能性。

應急檢查除視覺檢查外，配置必要的簡易實用工具也是非常重要的，水庫大壩應配備檢查常見震損險情，如裂縫、滲漏、變形測量的便攜式器具和材料。詳細檢查時，采取適當?shù)臒o損檢測與探測是有益的。發(fā)生嚴重的地震時，大壩管理者可能無法通過正常方式到達大壩現(xiàn)場，可采用圖片、視頻或其他非接觸式測量方法進行測量。

（4）應急評估

應急檢查的目的是評估大壩震損程度，制定科學、快速、簡便的水庫大壩震損程度綜合評估體系是應急檢查的重要內(nèi)容。依據(jù)水庫大壩震損險情特點，建立統(tǒng)一的震損水庫大壩震損評價指標體系及其閾值，定性和定量評價水庫大壩震損程度與險情等級，為震損水庫大壩應急處置與排序提供技術(shù)支撐。

[1]馬宏生，周龍泉，邵志剛，蔣長勝.全球及中國大陸周邊強震活動狀態(tài)研究[J].地震，2010(2).

[2]王華，張新華.震損水庫情況和災后恢復重建對策[J].水利水電技術(shù)，2009（1）.

[3]郭明珠，任鳳華，滕海文，蘇克忠.大壩強震震害特征分析[J].土木工程學報，2003（11）.

[4]吳世澤.高烈度區(qū)土（石）壩震損特征與成因初步研究[J].人民長江，2008（22）.

[5]汝乃華，牛運光，編著.大壩事故與安全·土石壩[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[6]景立平，陳國興，李永強，湯皓.汶川8.0級地震水壩震害調(diào)查[J].地震工程與工程振動，2009（1）.

[7]陳生水，霍家平，章為民.“5·12”汶川地震對紫坪鋪混凝土面板壩的影響及原因分析[J].巖土工程學報，2008（6）.

[8]李茂華，朱愛林.水庫震害險情與震損特點分析[J].人民長江，2008（22）.

[9]倪小榮,王士軍,谷艷昌.基于關(guān)鍵指標的水庫大壩震損程度綜合評價體系[J].水利水運工程學報 2010（4）.