论文部分内容阅读
摘 要：某水库在汶川“5.12”地震中大坝造成了破坏，尤其是坝体产生了一系列的震生裂缝，威胁到大坝的安全。通过采取应急修复措施进行临时性处理，并且对大坝部分进行了除险加固设计，使坝体达到安全稳定。
关键词：震损水库；大坝；应急措施；除险加固；设计
1.大坝现状及主要震损情况
某水库于1956年动工兴建，1978年8月建成。水库集雨面积0.9Km2，灌溉面积450亩。大坝为均质土坝，坝顶长度146.0m，坝顶宽度4.1～4.4m，坝底最大宽度78.8m，坝顶高程621.5～623.6m，最大坝高13.5m，大坝为均质土坝，上、下游坡均为草皮护坡，坝脚处为干砌条块石排水棱体，是一座以灌溉为主，兼有养鱼等综合效益的小（2）型水库工程。
水库处于正常蓄水位时遭受“5·12”汶川大地震突袭，在坝体中产生了一系列的震生裂缝，其中在坝顶下游侧沿坝轴方向规模最大的纵向主裂缝长达53m，呈断续状弯曲延伸，主裂缝宽度8～13cm，深度一般0.7～1.3m，局部深达2m以上（竹杆未探到底）；该处坝体在地震前所具有的塌陷进一步加剧，沉陷量最大可达0.5～0.8m，坝坡土体蠕动变形严重且已具明显的向坡下位移；另有两条呈断续延伸的纵向裂缝总长度分别为23、36m。垂直于坝轴方向较为密集的横裂缝长度一般3～8m，最长为16m，缝宽1～5cm。坝体中部严重沉陷，最大沉陷量达1.59m；因蠕动变形坝顶平面近于“S”型，上游坝坡在地震之前本具有的塌陷也进一步加剧，坝坡土体蠕动变形明显，呈一系列的凹坑，凹坑轴长0.8～3m不等，最大沉陷量达0.5～0.6m。库首右岸浆砌条块石挡土墙多处拉裂、破损且局部坍塌，裂缝长度2～5m，缝宽2～12cm，岸边干砌条块石护坡坍塌损毁；下游坝脚排水棱体断裂坍塌，坍塌后的棱体向坡外旋转呈顶面倒坡并产生20～65cm的水平位移。
2.大坝存在的问题
（1）坝坡土体蠕动变形严重且已具明显的向坡下位移，坝顶平面近于“S”型。
（2）纵向裂缝3道，最长达53m；横向裂缝长度一般3～8m，最长为16m。
（3）坝体中部严重沉陷，最大沉陷量达1.59m。
（4）坝体目前存在渗漏问题。
（5）下游坡脚排水棱体断裂塌陷，坍塌后的棱体向坡外旋转呈顶面倒坡并产生20～65cm的水平位移。
（6）有白蚁危害。
3.大坝应急措施
3.1坝体清理检查、巡查监测和裂缝临时覆盖
（1）清除坝体上的杂草等；
（2）坝体清理后对坝体险情进行检查，做好文字记录并用明显的标记示出；
（3）对主要裂缝设置监测措施，如监测桩、监测标记等，定时进行监测和记录，观测裂缝变化情况，并加强巡查，发现异常及时上报主管部门；
（4）在应急处理措施实施前采用塑料膜临时覆盖坝体裂缝。
3.2坝顶和下游坝坡裂缝封填
（1）对于坝顶裂缝宽度大于5cm的纵向裂缝处理方法：
①在缝内用高塑性土挤压充填；②沿裂缝方向两侧对称开挖梯形槽，梯形槽底部宽度50cm，顶宽80cm，深度50cm然后对槽底进行夯实处理；③在槽内回填高塑性土后分层夯实，铺层厚度不大于20cm，直至完全将开挖槽回填平整；④在夯实回填的槽顶在铺一层后15cm的高塑性土，夯实处理成龟背形；
（2）对于下游坝坡裂缝宽度大于5cm的纵向裂缝处理方法：
①在缝内用高塑性土挤压充填；②沿裂缝进行夯实处理；③裂缝夯实处理后，在坡面填高塑性土夯实补欠，处理后的部位与坡面齐平；
（3）坝顶和下游坝坡上裂缝宽度小于5cm的纵向裂缝处理方法：
①沿裂缝进行夯实处理；②夯实处理完后再在表面铺一层高塑性土，坝顶夯实处理成龟背形，下游坝坡上与坡面齐平。对坝顶槽开挖后夯实回填的裂缝，挖槽及回填不得在雨天进行，并做好防雨准备，切记开挖槽内的回填必须在当天完成。为便于汛后除险加固，对大坝震损裂缝应做好裂缝位置记录和标识。
3.3汛期坝体裂缝覆盖保护
（1）坝顶纵向裂缝封填处理完成后，在坝顶用土工膜进行完全覆盖，土工膜两侧固定并封闭密室，土工膜采用一布一膜，布上膜下放置，膜厚0.2mm，采用针织无纺布，规格为100g/m2，在土工膜上适量铺土覆盖保护；
（2）下游坝坡纵向裂缝封填处理完成后，在夯实回填后的坡面上用土工膜沿裂缝进行条带覆盖，土工膜规格同上，宽度100cm，在土工膜上适量铺土覆盖保护。
4.大坝稳定计算
4.1计算工况
（1）正常工作条件
①正常蓄水位上、下游坡的稳定渗流期
②设计洪水位上、下游坡的稳定渗流期
③1/3水位上、下游坡的稳定渗流期
（2）非常运用条件
①校核洪水位上、下游坡的稳定渗流期
②校核洪水位降落至正常蓄水位
③正常蓄水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
④设计洪水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
⑤1/3水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
4.2计算原理及结果
依据《碾压式土石坝设计规范》，按不计条块间作用力的瑞典圆弧法，采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定分析软件》计算坝坡抗滑稳定安全系数。
经过计算，土坝下游坡边坡系数小于规范允许的安全系数，故下游坡不稳定，需加固处理。
5.大坝除险加固设计方案
5.1设计依据
水库工程规模为小<二>型水库，工程等别为Ⅴ等。大坝按五级建筑物设计。洪水标准采用原设计标准：设计洪水20年一遇，校核洪水200年一遇，地震设计烈度采用VII度。 5.2总体设计方案
本次设计大坝坝长140m，坝顶高程622.4m（混凝土路面顶高程），坝顶宽4.0m。坝顶路面为泥结石路面。上游坡采用C20混凝土预制板护坡结构型式，坡比为1：3；下游坡坡比为1：3.5。因坝顶裂缝较多，受损严重，因此本次设计将坝顶以下3m厚的坝体以及上、下游坝坡土体削坡，重新碾压填筑至设计坝顶高程622.4m。大坝现状坝顶宽度4.1～4.4m，坝轴线不在一条直线上，呈“S”型，本次设计坝顶宽4.0m，调整大坝在一条直线上，并且坝轴线位置不变。
5.3大坝结构设计
5.3.1坝顶路面设计
坝顶高程622.4m（泥结石路面顶高程），坝顶宽4.0m。泥结石路面厚10cm，下铺10cm厚级配碎石、20cm厚手摆块石；路面两侧设20cm×30cm路缘石；坝顶路面与坝两端道路顺势连接。
5.3.2上游护坡设计
上游坡进行整形处理，坡比整形至1：3.0，采用C20混凝土预制块护坡结构型式。预制混凝土块尺寸为0.5m×0.5m，厚度0.08m，混凝土块内钢筋网为6根φ6钢筋，下设0.1m厚粗砂垫层；清除上游坡草皮护坡，清除厚度为50cm；在上游坡坡脚处修筑浆砌石齿墙，下铺30cm厚砂砾料垫层。
5.3.3下游护坡设计及排水体设计
现状下游坝坡为草皮护坡，进行覆盖层清除，然后进行补坡，使坝坡达到设计坡比1：3.5。现状下游坡不稳定，需要进行补坡处理，坡脚处鱼塘需要填筑到地面高程，然后进行坝体填筑。
原排水棱体拆除，重新修建棱体排水，排水体高度为1.0m，顶宽1.5m。排水体反滤层采用碎石垫层20cm和粗砂垫层20cm。在下游坡两侧及坡脚外侧新建排水沟，兼做白蚁防止施药沟。
5.3.4裂缝处理
坝顶以下3m厚度的坝体以及沉陷变形较严重的上、下游坝坡土体削除，重新碾压填筑。
5.3.5白蚁治理
针对白蚁危害情况，其防治重点是灭杀现存白蚁群体，采取药物和工程措施控制白蚁危害，消除白蚁对大坝危害的隐患，结合大坝加固护坡，具体整治设计如下：
1.设置毒土隔墙
在土坝两端与两岸坡接触带，起自上游坡正常水位，止于下游坡排水体顶处，坝两端各开挖沟槽一条，沟槽断面1.5m×1.5m，然后用毒土分层回填，分层厚度0.2m，每层喷药一次，直至回填至原坝面线，回填夯实要求密度与原坝体相同。
2.施放毒饵诱杀白蚁
在水库大坝上下游坝坡面及大坝两端岸坡周边环境20余亩范围内，施放白蚁诱杀包，以消灭环境白蚁。
对大坝上下游坡，采取前两项措施后，结合护坡做好砂碎石反滤层，用混凝土板保护坝面，以隔断白蚁对大坝危害，坝面不长杂草，白蚁自然不到坝上觅食筑巢，以致消除白蚁隐患。
6结论
本水库在“5·12”汶川特大地震中受损严重，大坝出现了裂缝等险情，但未因震后病险水库的次生灾难造成人员伤亡和重大财产损失。应急措施处理只是基本控制了水库大坝的险情，必要合理的除险加固设计才是震损水库除险的关键。
参考文献：
[1]周玉霞，李龙国，雷孝章；团结水库震损除险加固方案探讨[J]；四川大学学报（工程科学版），2009年S1期.
[2]唐远东，张光科，刘超；震损水库大坝应急除险方案设计探讨[J]；中国农村水利水电，2009年10期.
[3]邹洪臣，王世忠；病险水库除险加固的几点建议[J]；中国新技术新产品；2010年07期.
[4]邓健；汶川特大地震几个震损水库应急除险方案设计探讨[J]；城市建设理论研究；2012年19期.
关键词：震损水库；大坝；应急措施；除险加固；设计
1.大坝现状及主要震损情况
某水库于1956年动工兴建，1978年8月建成。水库集雨面积0.9Km2，灌溉面积450亩。大坝为均质土坝，坝顶长度146.0m，坝顶宽度4.1～4.4m，坝底最大宽度78.8m，坝顶高程621.5～623.6m，最大坝高13.5m，大坝为均质土坝，上、下游坡均为草皮护坡，坝脚处为干砌条块石排水棱体，是一座以灌溉为主，兼有养鱼等综合效益的小（2）型水库工程。
水库处于正常蓄水位时遭受“5·12”汶川大地震突袭，在坝体中产生了一系列的震生裂缝，其中在坝顶下游侧沿坝轴方向规模最大的纵向主裂缝长达53m，呈断续状弯曲延伸，主裂缝宽度8～13cm，深度一般0.7～1.3m，局部深达2m以上（竹杆未探到底）；该处坝体在地震前所具有的塌陷进一步加剧，沉陷量最大可达0.5～0.8m，坝坡土体蠕动变形严重且已具明显的向坡下位移；另有两条呈断续延伸的纵向裂缝总长度分别为23、36m。垂直于坝轴方向较为密集的横裂缝长度一般3～8m，最长为16m，缝宽1～5cm。坝体中部严重沉陷，最大沉陷量达1.59m；因蠕动变形坝顶平面近于“S”型，上游坝坡在地震之前本具有的塌陷也进一步加剧，坝坡土体蠕动变形明显，呈一系列的凹坑，凹坑轴长0.8～3m不等，最大沉陷量达0.5～0.6m。库首右岸浆砌条块石挡土墙多处拉裂、破损且局部坍塌，裂缝长度2～5m，缝宽2～12cm，岸边干砌条块石护坡坍塌损毁；下游坝脚排水棱体断裂坍塌，坍塌后的棱体向坡外旋转呈顶面倒坡并产生20～65cm的水平位移。
2.大坝存在的问题
（1）坝坡土体蠕动变形严重且已具明显的向坡下位移，坝顶平面近于“S”型。
（2）纵向裂缝3道，最长达53m；横向裂缝长度一般3～8m，最长为16m。
（3）坝体中部严重沉陷，最大沉陷量达1.59m。
（4）坝体目前存在渗漏问题。
（5）下游坡脚排水棱体断裂塌陷，坍塌后的棱体向坡外旋转呈顶面倒坡并产生20～65cm的水平位移。
（6）有白蚁危害。
3.大坝应急措施
3.1坝体清理检查、巡查监测和裂缝临时覆盖
（1）清除坝体上的杂草等；
（2）坝体清理后对坝体险情进行检查，做好文字记录并用明显的标记示出；
（3）对主要裂缝设置监测措施，如监测桩、监测标记等，定时进行监测和记录，观测裂缝变化情况，并加强巡查，发现异常及时上报主管部门；
（4）在应急处理措施实施前采用塑料膜临时覆盖坝体裂缝。
3.2坝顶和下游坝坡裂缝封填
（1）对于坝顶裂缝宽度大于5cm的纵向裂缝处理方法：
①在缝内用高塑性土挤压充填；②沿裂缝方向两侧对称开挖梯形槽，梯形槽底部宽度50cm，顶宽80cm，深度50cm然后对槽底进行夯实处理；③在槽内回填高塑性土后分层夯实，铺层厚度不大于20cm，直至完全将开挖槽回填平整；④在夯实回填的槽顶在铺一层后15cm的高塑性土，夯实处理成龟背形；
（2）对于下游坝坡裂缝宽度大于5cm的纵向裂缝处理方法：
①在缝内用高塑性土挤压充填；②沿裂缝进行夯实处理；③裂缝夯实处理后，在坡面填高塑性土夯实补欠，处理后的部位与坡面齐平；
（3）坝顶和下游坝坡上裂缝宽度小于5cm的纵向裂缝处理方法：
①沿裂缝进行夯实处理；②夯实处理完后再在表面铺一层高塑性土，坝顶夯实处理成龟背形，下游坝坡上与坡面齐平。对坝顶槽开挖后夯实回填的裂缝，挖槽及回填不得在雨天进行，并做好防雨准备，切记开挖槽内的回填必须在当天完成。为便于汛后除险加固，对大坝震损裂缝应做好裂缝位置记录和标识。
3.3汛期坝体裂缝覆盖保护
（1）坝顶纵向裂缝封填处理完成后，在坝顶用土工膜进行完全覆盖，土工膜两侧固定并封闭密室，土工膜采用一布一膜，布上膜下放置，膜厚0.2mm，采用针织无纺布，规格为100g/m2，在土工膜上适量铺土覆盖保护；
（2）下游坝坡纵向裂缝封填处理完成后，在夯实回填后的坡面上用土工膜沿裂缝进行条带覆盖，土工膜规格同上，宽度100cm，在土工膜上适量铺土覆盖保护。
4.大坝稳定计算
4.1计算工况
（1）正常工作条件
①正常蓄水位上、下游坡的稳定渗流期
②设计洪水位上、下游坡的稳定渗流期
③1/3水位上、下游坡的稳定渗流期
（2）非常运用条件
①校核洪水位上、下游坡的稳定渗流期
②校核洪水位降落至正常蓄水位
③正常蓄水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
④设计洪水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
⑤1/3水位上、下游坡的稳定渗流期+地震
4.2计算原理及结果
依据《碾压式土石坝设计规范》，按不计条块间作用力的瑞典圆弧法，采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定分析软件》计算坝坡抗滑稳定安全系数。
经过计算，土坝下游坡边坡系数小于规范允许的安全系数，故下游坡不稳定，需加固处理。
5.大坝除险加固设计方案
5.1设计依据
水库工程规模为小<二>型水库，工程等别为Ⅴ等。大坝按五级建筑物设计。洪水标准采用原设计标准：设计洪水20年一遇，校核洪水200年一遇，地震设计烈度采用VII度。 5.2总体设计方案
本次设计大坝坝长140m，坝顶高程622.4m（混凝土路面顶高程），坝顶宽4.0m。坝顶路面为泥结石路面。上游坡采用C20混凝土预制板护坡结构型式，坡比为1：3；下游坡坡比为1：3.5。因坝顶裂缝较多，受损严重，因此本次设计将坝顶以下3m厚的坝体以及上、下游坝坡土体削坡，重新碾压填筑至设计坝顶高程622.4m。大坝现状坝顶宽度4.1～4.4m，坝轴线不在一条直线上，呈“S”型，本次设计坝顶宽4.0m，调整大坝在一条直线上，并且坝轴线位置不变。
5.3大坝结构设计
5.3.1坝顶路面设计
坝顶高程622.4m（泥结石路面顶高程），坝顶宽4.0m。泥结石路面厚10cm，下铺10cm厚级配碎石、20cm厚手摆块石；路面两侧设20cm×30cm路缘石；坝顶路面与坝两端道路顺势连接。
5.3.2上游护坡设计
上游坡进行整形处理，坡比整形至1：3.0，采用C20混凝土预制块护坡结构型式。预制混凝土块尺寸为0.5m×0.5m，厚度0.08m，混凝土块内钢筋网为6根φ6钢筋，下设0.1m厚粗砂垫层；清除上游坡草皮护坡，清除厚度为50cm；在上游坡坡脚处修筑浆砌石齿墙，下铺30cm厚砂砾料垫层。
5.3.3下游护坡设计及排水体设计
现状下游坝坡为草皮护坡，进行覆盖层清除，然后进行补坡，使坝坡达到设计坡比1：3.5。现状下游坡不稳定，需要进行补坡处理，坡脚处鱼塘需要填筑到地面高程，然后进行坝体填筑。
原排水棱体拆除，重新修建棱体排水，排水体高度为1.0m，顶宽1.5m。排水体反滤层采用碎石垫层20cm和粗砂垫层20cm。在下游坡两侧及坡脚外侧新建排水沟，兼做白蚁防止施药沟。
5.3.4裂缝处理
坝顶以下3m厚度的坝体以及沉陷变形较严重的上、下游坝坡土体削除，重新碾压填筑。
5.3.5白蚁治理
针对白蚁危害情况，其防治重点是灭杀现存白蚁群体，采取药物和工程措施控制白蚁危害，消除白蚁对大坝危害的隐患，结合大坝加固护坡，具体整治设计如下：
1.设置毒土隔墙
在土坝两端与两岸坡接触带，起自上游坡正常水位，止于下游坡排水体顶处，坝两端各开挖沟槽一条，沟槽断面1.5m×1.5m，然后用毒土分层回填，分层厚度0.2m，每层喷药一次，直至回填至原坝面线，回填夯实要求密度与原坝体相同。
2.施放毒饵诱杀白蚁
在水库大坝上下游坝坡面及大坝两端岸坡周边环境20余亩范围内，施放白蚁诱杀包，以消灭环境白蚁。
对大坝上下游坡，采取前两项措施后，结合护坡做好砂碎石反滤层，用混凝土板保护坝面，以隔断白蚁对大坝危害，坝面不长杂草，白蚁自然不到坝上觅食筑巢，以致消除白蚁隐患。
6结论
本水库在“5·12”汶川特大地震中受损严重，大坝出现了裂缝等险情，但未因震后病险水库的次生灾难造成人员伤亡和重大财产损失。应急措施处理只是基本控制了水库大坝的险情，必要合理的除险加固设计才是震损水库除险的关键。
参考文献：
[1]周玉霞，李龙国，雷孝章；团结水库震损除险加固方案探讨[J]；四川大学学报（工程科学版），2009年S1期.
[2]唐远东，张光科，刘超；震损水库大坝应急除险方案设计探讨[J]；中国农村水利水电，2009年10期.
[3]邹洪臣，王世忠；病险水库除险加固的几点建议[J]；中国新技术新产品；2010年07期.
[4]邓健；汶川特大地震几个震损水库应急除险方案设计探讨[J]；城市建设理论研究；2012年19期.