淺議大壩工程建設中病害及安全檢測

婁 欽

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽550081）

淺議大壩工程建設中病害及安全檢測

婁 欽

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽550081）

自20世紀50年代，我國開始大量建設水利水電工程，但由于當時的施工技術(shù)水平和條件所限，相當數(shù)量的工程質(zhì)量得不到很好的控制，工程缺乏科學的養(yǎng)護和管理，造成嚴重的老化失修現(xiàn)象，表現(xiàn)為較高的水庫病害率。本文通過實際案例分析了大壩病害對水利水電工程的影響，闡述其病害特點以及安全檢測的方法，并提出了相應的防治措施。

水利水電工程；大壩病害；安全檢測

大壩失事事故可造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，給社會帶來不利的影響，影響社會的和諧發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，我國每年平均會出現(xiàn)70多座水庫潰壩失事，失事水庫中小型水庫約占96%［1］。究其原因，一方面是安全管理工作不到位，一方面是病險水庫的加固措施不到位。我國已有水庫中約有36%屬于病險水庫，為保證水利水電工程的安全運行，必須加強水利水電工程的安全檢測，不斷完善安全評價標準，并采取一系列的風險防治措施。

1 案例分析

我國病險水庫壩型多以土石壩為主，其次為漿砌石壩和混凝土壩。病險水庫多為中小型水庫。根據(jù)我國《水庫大壩安全評價導則》的相關(guān)內(nèi)容來判定其工程質(zhì)量、安全管理、防洪抗震標準以及結(jié)構(gòu)的安全性［2］，大部分病險水庫存在著結(jié)構(gòu)安全問題、滲流安全問題、金屬結(jié)構(gòu)問題以及防洪安全問題。

某水庫的洪水位按200年一遇標準設計為272.36m，按30年一遇標準設計為270.00m；大壩為細石硂砌毛石重力壩，攔河壩按四級建筑物設計。壩頂高程273.50m，最大壩高48.50m，壩頂總長132.50m；正常蓄水位270.00mm，死水位260.00mm；壩址以上控制流域面積428.40km2，總庫容699.00萬m3。該水庫建于1999年，并于2002年完成安全驗收。

1.1 結(jié)構(gòu)安全問題

本案例水利水電工程屬于土石重力壩，此類壩型容易引發(fā)攔壩結(jié)構(gòu)裂縫、變形等問題。主要是因為土石壩具有較陡的壩坡，壩體填筑質(zhì)量也不高，因此抗滑系數(shù)偏低。同時，壩體的深層基礎結(jié)構(gòu)面不夠穩(wěn)定。這對整體大壩的穩(wěn)定性造成了極大的影響。

1.2 滲流安全問題

該壩長期存在的問題為壩體、壩基等結(jié)構(gòu)的滲漏、流土、散禁、管涌、沼澤化等，這類問題對大壩的安全運行造成了極大的隱患，同時也會浪費大量的水資源。該壩體采用細石硂砌毛石為基礎材料，砌體密實度不夠穩(wěn)定，其滲透系數(shù)未能達到一定的標準，導致上游防滲面板常發(fā)生裂縫等危害［3］。同時，在設計初期壩基基巖的防滲措施不夠完善，并未完成徹底的清基處理，這也對壩體的整體穩(wěn)定性有一定的影響。

1.3 金屬結(jié)構(gòu)問題

金屬結(jié)構(gòu)的病害容易引發(fā)止水失效以及運行困難的嚴重問題。這類問題不僅會給水利水電工程的主體帶來巨大的經(jīng)濟損失，還會給居民的安全、正常用電帶來影響。金屬結(jié)構(gòu)主要是指水利工程中的機電設備，機電設備的保養(yǎng)、維修不到位，容易引發(fā)設備的腐蝕、老化等問題［4］。這類問題在溢洪道和泄水洞的機電設備中具有較高的發(fā)生率，若不能及時的檢測并處理，則會造成止水失效、運行困難等問題。該工程溢流堰頂高程260.00m，最大下泄流量為2630m3/s，采用壩頂溢流，閘門控制泄洪。該閘門采用鋼材料，長期的腐蝕問題容易對其密閉性造成一定的影響。

1.4 防洪安全問題

防洪安全問題主要表現(xiàn)在壩型設計標準的不規(guī)范，導致泄洪能力不足或未能正常泄洪。該大壩水庫水位的校核洪水位為272.36m，尾水位的校核洪水位為171.10m。該水位的設計是根據(jù)以往20～30年的水文資料的統(tǒng)計結(jié)果而設計，但隨著經(jīng)濟發(fā)展以及社會的不斷改變，該洪水位已經(jīng)無法應對洪水發(fā)生的較大變數(shù)。同時，泄洪建筑結(jié)構(gòu)系數(shù)不夠穩(wěn)定，或因淤塞等問題，常會影響正常的泄洪能力，導致泄洪能力不足或無法泄洪［5］。

2 安全檢測

為了進一步探測該水庫的病害誘因及表現(xiàn)形式，提出針對性的防治措施和應急預案，本文對該工程進行了安全檢測，并進行安全評估。

2.1 外觀檢測

首先對該壩體進行基礎性的全面檢查，再詳細檢查壩基、壩肩、溢流壩等重要部位，查看是否存在裂縫、破損等問題。經(jīng)調(diào)查可見，該壩上游面共有357處較大裂縫，下游面共有186處，溢流面共有65處，廊道內(nèi)共有134處。統(tǒng)計所有裂縫的具體位置、長度、寬度等，并將其描繪在大壩展示圖中。

2.2 內(nèi)部缺陷檢測

內(nèi)部缺陷的檢測常通過工程鉆機對混凝土結(jié)構(gòu)進行鉆孔取樣，然后利用Nm-4A型非金屬超聲波監(jiān)測儀來進行測定。于該大壩上游面鉆取直徑為75mm的兩個孔，孔距為1500mm，孔深1500mm。將兩孔作為聲測管，通過聲波透射法對其內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)進行檢測。檢測結(jié)果依據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》進行判定，本次檢測發(fā)現(xiàn): 189.0m、214.5m、256.4m的高程處聲時變長、聲速變低，并出現(xiàn)折射或繞射現(xiàn)象，說明此處內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在空洞問題［6］。

2.3 強度檢測

將內(nèi)部缺陷檢測時的鉆孔取樣用于混凝土抗壓強度的檢測，檢測結(jié)果如表1所示。運用中型回彈儀對混凝土強度進行檢測，檢測結(jié)果如表2。

表1 混凝土抗壓強度的取芯法檢測表

表2 混凝土強度的回彈法檢測表

2.4 碳化深度檢測

碳化深度檢測主要是針對混凝土結(jié)構(gòu)進行抽樣檢查，對該壩主要的六個部位進行取樣調(diào)查，將結(jié)構(gòu)表面鑿開后噴灑化學試劑，取不變色的混凝土厚度值作為檢測結(jié)果。如表3所示。

表3 混凝土碳化深度檢測結(jié)果

3 大壩病害對水利水電工程的影響及應對措施

3.1 大壩病害對水利水電工程的影響

（1）降低大壩的安全性能

根據(jù)此次安全檢測結(jié)果可知，壩體存在多處程度不等的裂縫，且以水平施工裂縫為主。混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在空洞等問題，主要功能結(jié)構(gòu)部位的抗壓強度有待提高。這些問題的存在均對大壩的安全穩(wěn)定系數(shù)造成了一定的影響。當水庫蓄水后，壩體的各處裂縫會在上游水壓力的作用下產(chǎn)生滲流，若水位不斷抬高，則壩體承受的壓力則越大。然而當壩體結(jié)構(gòu)的密實度不夠時，則可能產(chǎn)生透水層，抬高壩體浸潤線，使壩體結(jié)構(gòu)遭到破壞［7］。壩體一旦出現(xiàn)裂縫滲水現(xiàn)象，則裂縫所處斷面會因滲透水的壓力作用而促使其強度降低，引起壩體或壩基滑動，從而造成大壩潰決。這類安全隱患可引起較大的生命安全及經(jīng)濟財產(chǎn)的損失。

（2）影響大壩的運行功能

大壩存在的主要病害對水利水電工程的運行功能存在著不同程度的影響，主要可導致泄洪量、發(fā)電量、工程引水量的調(diào)節(jié)和控制功能遭到破壞或不能發(fā)揮正常水平。

（3）降低大壩的耐久性

大壩的病害是長期存在于壩體的危險因素，若不能在管理和修護中加以足夠的重視，則可能降低大壩的使用壽命。例如壩體的裂縫在滲水的溶蝕作用下導致混凝土結(jié)構(gòu)疏松崩落，促使碳酸鈣大量析出，從而降低了混凝土的質(zhì)量，引發(fā)嚴重的滲流，加速安全事故的頻發(fā)。

3.2 大壩的病害防治措施

（1）建立隱患病害檢測系統(tǒng)

采用新型的信息科技技術(shù)對大壩進行監(jiān)測管理，例如利用地震C T、瑞利波法、超聲波法等方式檢測大壩的結(jié)構(gòu)性缺陷；利用水質(zhì)分析法、示蹤法、水下數(shù)字攝像等方式獲取滲流溶蝕等參數(shù)。最終將檢測數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行分析［8］。

（2）建立病害預警系統(tǒng)

將病害檢測系統(tǒng)錄入的參數(shù)進行圖形分析，根據(jù)圖形走向趨勢對其進行管理。若發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，則可及時通過監(jiān)控中心將信號傳導至人機管理中心，進而對其采取針對性的修護措施。

（3）壩體的加固措施

當預警系統(tǒng)發(fā)出警報后，可根據(jù)隱患事故位置采取適當?shù)募庸檀胧?。一般的加固技術(shù)為防洪加固、防滲加固、抗震加固、壩體結(jié)構(gòu)加固、裂縫補強處理、金屬結(jié)構(gòu)加固等。

4 結(jié)語

綜上所述，通過本次案例分析可知，該壩體存在的主要病害為結(jié)構(gòu)安全問題、滲流安全問題、金屬結(jié)構(gòu)問題以及防洪安全問題。通過一系列的安全檢測可知，壩體的裂縫問題較為突出，混凝土強度有待提高，碳化程度問題也值得重視。最后對大壩病害的不利影響進行分析，建議采用新型的信息技術(shù)進行管理，建立完善的病害檢測系統(tǒng)以及預警措施，進一步加強安全管理工作的實施，及時采取相應的加固措施，保障大壩的安全運行。

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TV61

A

1672-2469（2015）10-0073-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.22

婁 欽（1981年—），男，工程師。