重力壩結(jié)構(gòu)安全評價

聶廣明（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

重力壩結(jié)構(gòu)安全評價

聶廣明
（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

介紹了DL/T5313-2014《水電站大壩運行安全評價導(dǎo)則》中有關(guān)重力壩結(jié)構(gòu)安全評價的內(nèi)容、依據(jù)、方法和標(biāo)準(zhǔn)，重力壩在已往定檢中的評價結(jié)果，發(fā)現(xiàn)的主要病癥與治理措施。

重力壩；定檢；評價；病癥；治理

1　重力壩結(jié)構(gòu)安全評價

1.1評價對象、依據(jù)、方法和內(nèi)容

重力壩結(jié)構(gòu)安全評價對象包括以重量維持穩(wěn)定的混凝土、碾壓混凝土、砌石重力壩、河床式廠房、混凝土閘壩、通航建筑物上閘首、導(dǎo)流洞堵頭及其他永久的擋水封堵結(jié)構(gòu)。

評價依據(jù)是現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范、經(jīng)主管部門審查認(rèn)可的特定工程設(shè)計指標(biāo)、工程經(jīng)驗類比。

評價方法有資料復(fù)查、現(xiàn)場檢查、專題研究（包括設(shè)計復(fù)核、施工質(zhì)量復(fù)查、專項檢查、補充勘察和試驗等）。

評價內(nèi)容為壩體結(jié)構(gòu)、壩基處理和運行性態(tài)。如混凝土重力壩、砌石重力壩安全評價內(nèi)容包括：（1）壩體布置、壩頂和防浪墻頂高程、壩體混凝土分區(qū)、廊道布置、壩體分縫、止水和排水等構(gòu)造的合理性；（2）壩體沿建基面、折坡處截面或碾壓混凝土層面的抗滑穩(wěn)定，沿壩基軟弱結(jié)構(gòu)面或緩傾角結(jié)構(gòu)面的深層抗滑穩(wěn)定，岸坡壩段的側(cè)向穩(wěn)定；（3）建基面和折坡處截面的上、下游面應(yīng)力；（4）砌石重力壩壩體沿墊層混凝土與基巖接觸面、砌石體與墊層混凝土接觸面、砌石體之間的抗滑穩(wěn)定。砌石材料性能和筑壩材料分區(qū)的合理性；（5）壩體、壩基滲控工程的可靠性；（6）壩基處理措施的可靠性；（7）壩體、壩基缺陷對結(jié)構(gòu)安全性和運行性態(tài)的影響；（8）壩體變形和滲流等運行性態(tài)。

以往評價過程中曾出現(xiàn)，某些大壩的設(shè)計指標(biāo)完全符合現(xiàn)行規(guī)范，但運行性態(tài)反映出結(jié)構(gòu)不安全，或設(shè)計指標(biāo)不完全符合現(xiàn)行規(guī)范，但運行性態(tài)反映出結(jié)構(gòu)是安全的情況。因此，評價要從設(shè)計指標(biāo)的符合性和運行性態(tài)兩方面綜合評判。

重力壩設(shè)計指標(biāo)主要包括：（1）壩頂高程、防浪墻頂高程；（2）壩體（基）穩(wěn)定、應(yīng)力；（3）壩體混凝土或結(jié)構(gòu)混凝土強度、抗?jié)B、抗凍等級，以及結(jié)構(gòu)配筋；（4）壩基承載力、覆蓋層或軟弱夾層滲透穩(wěn)定性；（5）壩體、壩基防滲性能。

重力壩運行性態(tài)主要檢查分析：（1）壩體裂縫對結(jié)構(gòu)整體性的影響；（2）壩段間錯動或位移對壩段穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)縫止水和壩頂門機軌道等的影響；（3）壩體滲控結(jié)構(gòu)可靠性，及其對結(jié)構(gòu)安全和泄洪安全的影響；（4）壩基滲控效果對結(jié)構(gòu)安全的影響；（5）軟弱地基軟化、泥化、覆蓋層地基發(fā)生液化或滲透破壞等對壩基穩(wěn)定的影響。

1.2重力壩結(jié)構(gòu)評價標(biāo)準(zhǔn)

重力壩結(jié)構(gòu)評價要素為：壩頂高程、抗滑穩(wěn)定安全度、壩基應(yīng)力、壩體應(yīng)力、壩體變形、滲流和裂縫。根據(jù)具體情況分為a、a－、b、c四級，各要素的評級標(biāo)準(zhǔn)如下。

1.2.1壩頂高程

a級：壩頂和防浪墻頂高程滿足重力壩規(guī)范要求；或壩頂高程僅低于校核洪水位，但防浪墻頂高程滿足規(guī)范要求；

a－級：壩頂高程滿足重力壩規(guī)范要求，僅防浪墻頂高程安全超高不足；或壩頂高程僅低于校核洪水位，防浪墻頂高程高于浪頂高程，僅安全超高不足；

b級：壩頂高程高于設(shè)計洪水位和正常蓄水位，低于校核洪水位，且防浪墻頂高程低于浪頂高程；

c級：壩頂高程低于設(shè)計洪水位。

1.2.2抗滑穩(wěn)定安全度

a級：滿足規(guī)范要求；

a－級：抗滑穩(wěn)定安全度略低于規(guī)范要求，經(jīng)綜合論證，壩體、壩基是穩(wěn)定的；

b級：抗滑穩(wěn)定安全度略低于規(guī)范要求，經(jīng)綜合論證，壩體、壩基存在失穩(wěn)的可能；或抗滑穩(wěn)定安全度嚴(yán)重低于規(guī)范要求，尚無失穩(wěn)跡象；

c級：抗滑穩(wěn)定安全度嚴(yán)重低于規(guī)范要求，壩體、壩基已有失穩(wěn)跡象。

1.2.3壩基應(yīng)力

a級：滿足規(guī)范要求；

a－級：壩踵出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力區(qū)未穿過帷幕中心線；或壩趾壓應(yīng)力超過允許值，但未發(fā)現(xiàn)較大的壓縮變形；

b級：壩踵出現(xiàn)拉應(yīng)力，拉應(yīng)力區(qū)穿過帷幕中心線或出現(xiàn)大規(guī)模開裂，影響大壩穩(wěn)定和應(yīng)力；或壩趾壓應(yīng)力超過允許值，出現(xiàn)了較大的壓縮變形；

c級：無。

1.2.4壩體應(yīng)力

a級：滿足規(guī)范要求；

a－級：壩體應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，壩體出現(xiàn)局部裂縫或壓縮變形，不影響壩體結(jié)構(gòu)整體性和安全性；

b級：壩體應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，出現(xiàn)規(guī)模較大的貫穿性裂縫，破壞了壩體結(jié)構(gòu)的整體性，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全性；

c級：無。

1.2.5壩體變形

a級：壩體變形正常；

a－級：壩體變形較大，存在時效變形，相鄰壩段錯動明顯，但已收斂，不影響結(jié)構(gòu)安全和防洪安全；

b級：壩體變形較大，時效變形速率呈增大趨勢，經(jīng)綜合分析存在失穩(wěn)可能；

c級：無。

1.2.6壩體滲流

a級：壩體防滲結(jié)構(gòu)可靠、滲流正常；或局部有滲水、析鈣、腐蝕等，但程度較輕；

a－級：部分壩段防滲結(jié)構(gòu)失效，壩體滲流量較大，或壩體溶蝕、析鈣、腐蝕嚴(yán)重，或壩體滲透壓力較高，但不影響結(jié)構(gòu)安全；

b級：壩體防滲結(jié)構(gòu)全面失效，壩體溶蝕、析鈣嚴(yán)重，或壩體滲透壓力普遍較高，或混凝土腐蝕等病害嚴(yán)重，影響結(jié)構(gòu)安全；

c級：無。

1.2.7壩體裂縫

a級：壩體表面裂縫，不影響結(jié)構(gòu)整體性和安全性；

a－級：貫穿性裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性；

b級：貫穿性裂縫規(guī)模較大，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，影響結(jié)構(gòu)安全性；

c級：無。

1.2.8結(jié)構(gòu)安全分項評價

重力壩結(jié)構(gòu)安全分項評價全部為a級的，大壩評價為A級壩；分項評價中有一個以上a－，無b、c級的，大壩評價為A－級壩；有1個及以上為b，無c級的，大壩評價為B級壩；有1個為c級的，大壩評價為C級壩。

經(jīng)濟發(fā)展新態(tài)勢下，更多經(jīng)濟元素出現(xiàn)，競爭也日趨復(fù)雜激烈，此背景下，企業(yè)就需要將更多關(guān)注重點轉(zhuǎn)移到對企業(yè)財務(wù)風(fēng)險的控制與管理上來，加強對企業(yè)財務(wù)管理人員的培訓(xùn)，使其樹立風(fēng)險意識，提高對多方位財務(wù)風(fēng)險的預(yù)估和評判水平，以便更好的去對企業(yè)財務(wù)進行管理和監(jiān)控，及時預(yù)防和處理財務(wù)風(fēng)險和危機，從而提綱企業(yè)的核心競爭力。

1.3評價中應(yīng)關(guān)注的情況

1.3.1壩頂高程

（1）通航建筑物上閘首閘頂高程、工作閘門高度是否滿足大壩防洪要求；（2）覆蓋層地基上的壩頂高程或防浪墻頂高程應(yīng)以沉降后的實測高程為依據(jù)。

1.3.2抗滑穩(wěn)定

（1）對較陡的岸坡壩段，應(yīng)考慮其側(cè)向抗滑穩(wěn)定；（2）當(dāng)壩體與壩后式廠房或其他大體積建筑物可靠連接時，可考慮聯(lián)合抗滑作用；（3）當(dāng)壩基軟弱結(jié)構(gòu)面或緩傾角結(jié)構(gòu)面沿下游沖坑臨空面出露時，應(yīng)復(fù)核對應(yīng)壩段的深層抗滑穩(wěn)定；（4）覆蓋層上的壩要考慮沿地基中粉細(xì)砂層的抗滑穩(wěn)定；（5）河床式廠房的邊機組壩段或安裝間壩段，要考慮其雙向水壓力作用下的抗滑穩(wěn)定。

1.3.3壩體（基）應(yīng)力

（1）當(dāng)壩踵出現(xiàn)較大拉應(yīng)力時，要復(fù)核拉應(yīng)力區(qū)是否穿過帷幕區(qū)而影響防滲功能；（2）河床式廠房的邊機組壩段或安裝間壩段，要考慮其雙向水壓力作用下的壩基應(yīng)力。

1.3.4壩體防滲

（1）砌石重力壩采用的上游面鋼筋混凝土防滲面板、壩體防滲心墻和壩體自身防滲等防滲結(jié)構(gòu)的可靠性；（2）混凝土閘壩采用的上游水平防滲體、垂直防滲體等防滲結(jié)構(gòu)的可靠性；（3）碾壓混凝土重力壩采用的常態(tài)混凝土防滲層、變態(tài)混凝土防滲層或其他形式的防滲結(jié)構(gòu)的可靠性；（4）導(dǎo)流洞堵頭及其他永久的擋水封堵結(jié)構(gòu)防滲體系的封閉性。

1.3.5壩基

（1）軟巖或存在軟弱夾層的地基，應(yīng)檢查地基處理措施，滲壓和滲流量是否正常，必要時檢查巖性有無惡化；（2）覆蓋層地基，應(yīng)檢查地基防滲和排水結(jié)構(gòu)的可靠性，砂礫石層中可液化粉細(xì)砂處理措施的合理性，沉降變形和滲流性態(tài)是否正常。

1.4以往的評價結(jié)果

截至2014年底，在大壩中心注冊的大壩有377座，其中重力壩237座，占62.9%，是主要壩型。電力系統(tǒng)水電站大壩自1987年開展定期檢查以來，共檢出病壩16座次（其中綠水河大壩為兩次），險壩2座，共18座次。分壩型統(tǒng)計，重力壩15座，連拱壩2座，拱壩1座，病險壩中重力壩占83.3%。

2　主要病癥與治理措施

重力壩結(jié)構(gòu)主要病癥有：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不足、壩踵出現(xiàn)拉應(yīng)力、壩基缺陷、壩體位移或錯動、壩體防滲功能喪失、壩體貫穿性裂縫或整體性不足等。

2.1抗滑穩(wěn)定

2.1.1抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范的重力壩有以禮河四級、西洱河二級、白漁潭、佛子嶺等大壩，其中以禮河四級因此被評為病壩，詳細(xì)情況見表1。

2.1.2治理措施

對抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求的工程，以提高抗滑力為主要工程措施。如以禮河四級下壩的左右岸重力壩段，采取在壩趾處設(shè)置抗滑樁；扶壁壩段，在壩趾處設(shè)置抗滑板，以滿足抗滑穩(wěn)定要求。

西洱河二級大壩左岸重力壩段，在地震工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，采取預(yù)應(yīng)力錨索加固處理。

2.2壩踵拉應(yīng)力

2.2.1壩踵出現(xiàn)較大拉應(yīng)力

石泉和白漁潭重力壩壩踵出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，馬跡塘河床式廠房右邊墻基礎(chǔ)出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，見表2。

表1　部分大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)統(tǒng)計Table1　Statistics of the anti-sliding factors of some dams

2.2.2治理措施

對壩踵出現(xiàn)較大拉應(yīng)力的工程，一般采用預(yù)應(yīng)力錨索加固。如石泉大壩由于原設(shè)計校核洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低，在首次定檢中按現(xiàn)行規(guī)范提高校核洪水標(biāo)準(zhǔn)后復(fù)核，壩頂高程和兩岸非溢流壩段壩踵應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，應(yīng)該評定為病壩。但在定檢過程中，已采取壩頂加設(shè)防浪墻、左右岸非溢流壩段預(yù)應(yīng)力錨索加固、壩基固結(jié)灌漿和加密基礎(chǔ)排水孔等工程措施，壩頂高程和壩基應(yīng)力滿足規(guī)范要求后評定為正常壩。

馬跡塘3號機組壩段緊臨23號泄洪閘，同時承受上下游和右側(cè)雙向水壓力，致使右邊墻基礎(chǔ)出現(xiàn)較大拉應(yīng)力。為了消除基底拉應(yīng)力，即在右邊墻設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索。

2.3壩基缺陷

梅山、紀(jì)村、新安江、洪門等大壩壩基存在缺陷，詳細(xì)情況見表3。

2.4壩體位移或錯動

耿達、大朝山、映秀灣、小天都等大壩存在較大壩體位移或壩段間錯動，詳見表4。

耿達大壩結(jié)合震后重建，對壩基砂礫石層進行了樁基處理，提高了地基的承載能力，減小沉降。

映秀灣大壩結(jié)合震后重建，對震損嚴(yán)重的右岸擋水壩，采取的主要修復(fù)措施是：按規(guī)范要求放緩壩坡，對壩基進行固結(jié)灌漿加固處理。

其他工程，由于目前變形尚未影響運行，未采取工程措施，僅加強監(jiān)測。

2.5防滲結(jié)構(gòu)

2.5.1防滲結(jié)構(gòu)缺陷

水東、南告、豐滿、羅灣、云峰、古田三級和古田二級等大壩壩體防滲功能缺陷統(tǒng)計見表5，其中水東、南告和豐滿大壩由于壩體防滲功能基本喪失，嚴(yán)重影響混凝土耐久性，甚至影響泄洪安全而評定為病壩。

2.5.2治理措施

壩體防滲缺陷治理一般采用壩體帷幕灌漿、上游面澆筑混凝土或瀝青混凝土防滲面板、壩面噴涂防滲材料等方式。如水東、南告和豐滿大壩采取壩體帷幕灌漿；羅灣大壩采取上游面澆筑瀝青混凝土防滲面板；云峰大壩采取上游面澆筑混凝土防滲面板；古田三、二級大壩由于無放空條件，對水面以上的上游面板噴涂環(huán)氧砂漿，背水面噴涂聚合物水泥砂漿。上述工程中均進行過壩體帷幕灌漿，工程處理效果均較好。

表2　部分大壩壩踵出現(xiàn)較大拉應(yīng)力情況匯總Table2　Statistics of the large tensile stress at the heel of some dams

表3　部分大壩壩基缺陷及處理情況匯總Table3　Statistics of the foundation defects and treatment measures for some dams

表4　部分大壩壩體位移或錯動情況匯總Table4　Statistics of the displacement and dislocation of the body of some dams

表5　部分大壩防滲結(jié)構(gòu)缺陷情況匯總Table5　Statistics of the defects in anti-seepage structures of some dams

表6　部分大壩結(jié)構(gòu)整體性缺陷情況統(tǒng)計Table6　Statistics of the structural defects of some dams

2.6壩體整體性

青銅峽、佛子嶺、豐滿、桓仁、湖南鎮(zhèn)、柘溪、青溪等大壩存在結(jié)構(gòu)整體性缺陷，見表6，其中青銅峽大壩由于“三縱、三橫”貫穿性裂縫破壞了大壩的整體性而定為病壩。

3　結(jié)語

（1）截至2014年底，在大壩中心注冊的重力壩有237座，經(jīng)多輪定期檢查，共有14座重力壩曾被評定為病壩，1座評定為險壩。評為病險壩的主要原因是：防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足規(guī)范要求、壩體結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)存在重大缺陷。其中壩體結(jié)構(gòu)重大缺陷主要是：①抗滑穩(wěn)定或壩基應(yīng)力嚴(yán)重不滿足規(guī)范要求；②壩體防滲功能喪失，嚴(yán)重滲漏、析鈣，甚至影響泄洪安全；③壩體貫穿性裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)整體性。

（2）由于壩體嚴(yán)重滲漏、析鈣或貫穿性裂縫等不良運行性態(tài)而被定為病壩的比例相對較多，充分說明即使大壩設(shè)計指標(biāo)符合規(guī)范要求，但運行性態(tài)惡化也是影響大壩安全等級的重要因素。

Title:Safety assessment of gravity dams//by NIE Guang-ming//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

The paper introduces the assessment items，basis，methods and standards for gravity dams stipulated in the Guide for safety assessment of hydropower dams in operation.Further，based on the experience of periodical inspections，the main defects and treatment measures are pointed out.

gravity dam；periodical inspection；assessment；defect；treatment

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0027-06

2015-01-20

聶廣明（1963-），男，甘肅會寧人，教授級高級工程師，從事大壩安全評價工作。

作者郵箱：nie_gm@ecidi.com