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【摘 要】 通过对农一师多浪水库、上游水库、胜利水库、塔北塔南二干渠工程及团场小型农田水利工程的现场测试,对其老化现象进行了研究,提出了水利工程主要是水库大坝老化评价指标体系及其评价方法。
【关键词】 水利工程;老化现象;评价体系;评价方法
【中图分类号】 TU751.6 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123(2010)02-084-02
1水利工程常见老化现象
水利工程老化主要体现在两个方面:一是工程总体或部分的安全性能降低;二是功能的降低。根据我们对水利工程的现场调查和分析,常见老化现象主要有以下几个方面:①挡水建筑物老化,有裂缝、渗漏、滑坡、护坡损坏、动植物破坏、工程施工隐患、防渗体老化等。②泄水建筑物老化,包括泄洪能力不足、消能防冲设施损坏、水闸及启闭设施损坏或不能正常运用等。③辅助建筑物的老化,有输水建筑物损坏(如强度降低、输水能力降低等)、干支渠道输水能力降低。水利工程的老化现象,从本质上可归纳为材质老化和结构老化两个方面:一方面,材质老化的分析,指由于受风吹、日晒、雨水冲刷、冻融胀缩等的影响,尤其是大多材料常年浸水,承受干湿交替、冻融循环、导致土质风化,石材、混凝土等的表层剥落、开裂、风化、钢筋锈蚀、止水材质老化,从而使结构材料的强度降低,耐久性减弱,抗渗性能减弱等。另一方面,结构老化的机理分析。结构老化有两个方面的因素:①人为因素,包括设计、施工和管理;②自然因素,包括钢材、混凝土的碳化、表层剥落、金属结构锈蚀、浆砌块体风化等。
2水利工程老化程度指标评价体系
水利工程是由多个建筑物有机结合组成的多功能的复杂整体,对其老化程度的评价,根据其分析的原理和层次分析方法,结合水利工程的特点,我们设计了如下评价指标体系。
2.1单个建筑物老化程度评价指标体系。单个建筑物老化程度评价,是将建筑物可能出现的老化现象、分项按规定的标准判定其老化等级,再按其重要性计算出建筑物的综合老化程度指标,再判定其老化程度。①坝体老化程度指标:渗漏、裂缝、滑坡、护坡损坏等;②溢洪道老化程度指标:泄洪能力、闸室稳定、启闭设施老化、消能设施老化、岸墙稳定等;③输水洞老化程度分析:如混凝土强度、裂缝、渗漏、钢筋锈蚀等;④输水建筑物老化程度指标:渠道及渠系建筑物输水能力、灌溉能力等。
2.2水利工程整体老化程度评价指标。水利整体老化程度的评价是在单个建筑物老化评价的基础上,根据其对整个水利工程的重要性和安全影响程度,计算其综合评价指标,依此指标判定工程的整体老化程度。
3水库大坝的老化程度评价方法
3.1坝体渗漏。土坝坝体和坝基都具一定的透水性,渗漏现象是不可避免的,通常渗漏分为平常渗漏和异常渗漏。对于因渗漏而引起的土坝破坏或渗漏量过大,且影响蓄水或造成工程整体或局部失稳的,称为异常渗漏。异常渗漏是考核坝体老化的主要因素之一,根据工程多年的运行经验,坝体渗漏可按表1评价其老化程度。
3.2滑坡。土坝滑坡的原因有很多,如坝体太陡,坝体抗剪强度偏小,或由于坝基土的抗滑力不足、外界因素引起坝体扰动(如地震、坝周围动荷载等)导致坝体的局部或整体滑动。坝体的抗滑力主要通过坝体抗滑稳定安全系数来体现。因此,对其老化程度的评价,应进行现场测试坝体物理力学指标(如粘聚力、内摩擦角、干容重等)。根据水库运行条件,通过稳定计算,体现为最小稳定安全系数Kc值,按表2标准进行老化程度评价。
3.3护坡状况。护坡是土坝的重要组成部分,由于雨水、波浪、动植物以及设计不当,施工和管理等因素的影响,土坝坝坡都存在不同程度的毁坏,严重的将威胁大坝的安全稳定。其毁坏原因比较复杂,主要有坝体碾压不实、护坡垫层设计与施工不合格、块石偏小、砌筑质量不行,设计不完善、风流冲刷、坝体不均匀沉陷、块石风化变质等原因。因此,对其老化评价采用感性和定性相结合的方法,见表3。护坡完整度f1:
f1=A1/A0*100%(1)
式中A1——目前完好的护坡面积(m2);A0—护坡总面积(m2)。
f2=0.85D1/ D0*100%
式中D1-实测石块平均粒径; D0-设计块石平均直径。
3.4土坝裂缝。土坝裂缝是较为常见的现象,有的裂缝在坝体表面就可以看到,有的隐藏在坝体内部,要开挖检查才能发现。裂缝宽度最窄不到1mm,宽的可达500mm。裂缝的长度不等,短的1m,长的达数百米,裂缝的深度,有的不到1m,有的深达坝基;裂缝的走向有平行坝轴线的纵缝,有垂直坝轴线的横缝,还有不规则的倾斜裂缝。无论什么性质的裂缝对坝体的正常使用都有不利影响。其中危害最大的是贯穿坝体的横向裂缝、水平裂缝以及滑坡裂缝。它直接威胁坝体的稳定性。横向裂缝易发展为穿过坝身的渗流通道,若不及时修复,可使土坝在很短的时间内破坏,如果裂缝穿透防渗体内部,也将使防渗体断裂为渗透通道而失去防渗作用。坝基裂缝主要是由于地基内存在的孔隙土壤,在清基时未严格处理,蓄水后形成局部下陷产生裂缝,使得坝体底部漏水。
土坝裂缝是引起土坝破坏的主要因素之一,因此在进行大坝老化评价时,应对裂缝的宽度深度数量范围位置等进行详细测定,以便综合确定其影响等级,具体可见表4。
3.5坝体老化程度评价。评价坝体的老化程度,首先应区分各种不同条件下的运行状况,根据各影响因素,各项目的实际得分,经过加权平均求得该坝体的老化程度分值。
3.5.1分析裂缝、渗漏、滑坡、护坡破坏等对坝体的影响。
3.5.2根据各部件的老化判别标准确定各影响因素的老化程度级别。
3.5.3对所定级别分别计分,A、B、C、D分别记作1、2、3、4分。
3.5.4由下式(3)计算坝体老化程度分值:N=∑WiXi/∑W(3)式中:N-坝体老化程度综合分值;Xi-各影响因素老化分值;Wi-与Xi相应的权重见表9。
3.5.5根据坝体老化程度综合分值,按表8对大坝老化程度做出评价。
4 水利工程整体老化程度评价法
对单个建筑物老化程度做出评价后,根据单个建筑物对整个水利工程安全和效益的影响,采用加权平均法计算其综合老化指标,确定其老化等级。整体工程老化程度计算方法与单个建筑物相同,其各个建筑物的权重(仅列出由坝体、溢洪道、输水洞、输水建筑物4个部分组成的水利表9)。
根据以上方法和标准,我们对阿克苏部分水利工程进行了测试,测试结论与实际基本相符,由于水利工程的复杂性,及评价指标体系还不十分全面,我们将在该课题的推广应用中进一步提高。
【关键词】 水利工程;老化现象;评价体系;评价方法
【中图分类号】 TU751.6 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123(2010)02-084-02
1水利工程常见老化现象
水利工程老化主要体现在两个方面:一是工程总体或部分的安全性能降低;二是功能的降低。根据我们对水利工程的现场调查和分析,常见老化现象主要有以下几个方面:①挡水建筑物老化,有裂缝、渗漏、滑坡、护坡损坏、动植物破坏、工程施工隐患、防渗体老化等。②泄水建筑物老化,包括泄洪能力不足、消能防冲设施损坏、水闸及启闭设施损坏或不能正常运用等。③辅助建筑物的老化,有输水建筑物损坏(如强度降低、输水能力降低等)、干支渠道输水能力降低。水利工程的老化现象,从本质上可归纳为材质老化和结构老化两个方面:一方面,材质老化的分析,指由于受风吹、日晒、雨水冲刷、冻融胀缩等的影响,尤其是大多材料常年浸水,承受干湿交替、冻融循环、导致土质风化,石材、混凝土等的表层剥落、开裂、风化、钢筋锈蚀、止水材质老化,从而使结构材料的强度降低,耐久性减弱,抗渗性能减弱等。另一方面,结构老化的机理分析。结构老化有两个方面的因素:①人为因素,包括设计、施工和管理;②自然因素,包括钢材、混凝土的碳化、表层剥落、金属结构锈蚀、浆砌块体风化等。
2水利工程老化程度指标评价体系
水利工程是由多个建筑物有机结合组成的多功能的复杂整体,对其老化程度的评价,根据其分析的原理和层次分析方法,结合水利工程的特点,我们设计了如下评价指标体系。
2.1单个建筑物老化程度评价指标体系。单个建筑物老化程度评价,是将建筑物可能出现的老化现象、分项按规定的标准判定其老化等级,再按其重要性计算出建筑物的综合老化程度指标,再判定其老化程度。①坝体老化程度指标:渗漏、裂缝、滑坡、护坡损坏等;②溢洪道老化程度指标:泄洪能力、闸室稳定、启闭设施老化、消能设施老化、岸墙稳定等;③输水洞老化程度分析:如混凝土强度、裂缝、渗漏、钢筋锈蚀等;④输水建筑物老化程度指标:渠道及渠系建筑物输水能力、灌溉能力等。
2.2水利工程整体老化程度评价指标。水利整体老化程度的评价是在单个建筑物老化评价的基础上,根据其对整个水利工程的重要性和安全影响程度,计算其综合评价指标,依此指标判定工程的整体老化程度。
3水库大坝的老化程度评价方法
3.1坝体渗漏。土坝坝体和坝基都具一定的透水性,渗漏现象是不可避免的,通常渗漏分为平常渗漏和异常渗漏。对于因渗漏而引起的土坝破坏或渗漏量过大,且影响蓄水或造成工程整体或局部失稳的,称为异常渗漏。异常渗漏是考核坝体老化的主要因素之一,根据工程多年的运行经验,坝体渗漏可按表1评价其老化程度。
3.2滑坡。土坝滑坡的原因有很多,如坝体太陡,坝体抗剪强度偏小,或由于坝基土的抗滑力不足、外界因素引起坝体扰动(如地震、坝周围动荷载等)导致坝体的局部或整体滑动。坝体的抗滑力主要通过坝体抗滑稳定安全系数来体现。因此,对其老化程度的评价,应进行现场测试坝体物理力学指标(如粘聚力、内摩擦角、干容重等)。根据水库运行条件,通过稳定计算,体现为最小稳定安全系数Kc值,按表2标准进行老化程度评价。
3.3护坡状况。护坡是土坝的重要组成部分,由于雨水、波浪、动植物以及设计不当,施工和管理等因素的影响,土坝坝坡都存在不同程度的毁坏,严重的将威胁大坝的安全稳定。其毁坏原因比较复杂,主要有坝体碾压不实、护坡垫层设计与施工不合格、块石偏小、砌筑质量不行,设计不完善、风流冲刷、坝体不均匀沉陷、块石风化变质等原因。因此,对其老化评价采用感性和定性相结合的方法,见表3。护坡完整度f1:
f1=A1/A0*100%(1)
式中A1——目前完好的护坡面积(m2);A0—护坡总面积(m2)。
f2=0.85D1/ D0*100%
式中D1-实测石块平均粒径; D0-设计块石平均直径。
3.4土坝裂缝。土坝裂缝是较为常见的现象,有的裂缝在坝体表面就可以看到,有的隐藏在坝体内部,要开挖检查才能发现。裂缝宽度最窄不到1mm,宽的可达500mm。裂缝的长度不等,短的1m,长的达数百米,裂缝的深度,有的不到1m,有的深达坝基;裂缝的走向有平行坝轴线的纵缝,有垂直坝轴线的横缝,还有不规则的倾斜裂缝。无论什么性质的裂缝对坝体的正常使用都有不利影响。其中危害最大的是贯穿坝体的横向裂缝、水平裂缝以及滑坡裂缝。它直接威胁坝体的稳定性。横向裂缝易发展为穿过坝身的渗流通道,若不及时修复,可使土坝在很短的时间内破坏,如果裂缝穿透防渗体内部,也将使防渗体断裂为渗透通道而失去防渗作用。坝基裂缝主要是由于地基内存在的孔隙土壤,在清基时未严格处理,蓄水后形成局部下陷产生裂缝,使得坝体底部漏水。
土坝裂缝是引起土坝破坏的主要因素之一,因此在进行大坝老化评价时,应对裂缝的宽度深度数量范围位置等进行详细测定,以便综合确定其影响等级,具体可见表4。
3.5坝体老化程度评价。评价坝体的老化程度,首先应区分各种不同条件下的运行状况,根据各影响因素,各项目的实际得分,经过加权平均求得该坝体的老化程度分值。
3.5.1分析裂缝、渗漏、滑坡、护坡破坏等对坝体的影响。
3.5.2根据各部件的老化判别标准确定各影响因素的老化程度级别。
3.5.3对所定级别分别计分,A、B、C、D分别记作1、2、3、4分。
3.5.4由下式(3)计算坝体老化程度分值:N=∑WiXi/∑W(3)式中:N-坝体老化程度综合分值;Xi-各影响因素老化分值;Wi-与Xi相应的权重见表9。
3.5.5根据坝体老化程度综合分值,按表8对大坝老化程度做出评价。
4 水利工程整体老化程度评价法
对单个建筑物老化程度做出评价后,根据单个建筑物对整个水利工程安全和效益的影响,采用加权平均法计算其综合老化指标,确定其老化等级。整体工程老化程度计算方法与单个建筑物相同,其各个建筑物的权重(仅列出由坝体、溢洪道、输水洞、输水建筑物4个部分组成的水利表9)。
根据以上方法和标准,我们对阿克苏部分水利工程进行了测试,测试结论与实际基本相符,由于水利工程的复杂性,及评价指标体系还不十分全面,我们将在该课题的推广应用中进一步提高。