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C 地震災害受損水利工程案例及修復技術簡述

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標簽:水利工程管理,水利水電論文, C 地震災害受損水利工程案例及修復技術簡述,http://www.tljciu.live

  1.概述

  我國地處世界上兩個最大地震集中發生地帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震較多,大多是發生在大陸的淺源地震,震源深度在20km以內。位于青藏高原南緣的川滇地區,主要發育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1].該區新構造活動劇烈,絕大多數屬構造地震,地震活動頻度高、強度大,是中國大陸最顯著的強震活動區域[2].

  而西南地區蘊藏了我國68%的水力資源,水利工程較多,且主要集中在川滇地區。據2005年數據,四川省有大中小型水庫約6000余座[3].2008年5月12日的四川省汶川大地震,初步統計,已導致803座水庫出險,受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫,中型水庫36座,小一型水庫154座,小二型水庫611座[3].此外,地震還致使湖北和重慶地區各79座水庫出現險情[4,5].為保證水利工程的安全運行,地震之后及時對水利工程進行檢測,并對受損工程進行監測和修復是必要的。有關震災受損水利工程修復方面的文獻不多,散見于各種期刊或研究報告,為便于應用參考,本文搜集、篩選了一些震災受損水利工程的案例,并對一些實用技術進行了介紹。

  2.地震對水利工程的危害

  由于地震烈度、地震形態以及水庫本身工程質量的不同,地震對于水利工程的危害也有所區別。高建國[6]對我國因地震受損水利工程進行分類整理,認為水庫壩體險情主要可分為3級:1級,一般性破壞,不產生滲漏;2級,嚴重性破壞,壩體開裂滲漏;3級,垮壩(崩塌),水庫水全部流走。

  我國因地震引起的水庫垮壩并不多見,總結國內外地震對水利工程的危害,主要有以下幾種形式:

  2.1壩體裂縫

  地震作為外力荷載將會導致大壩尤其是土石壩整體性降低,防滲結構破壞,引起大量裂縫。地震會產生水平和垂直兩個方向的運動,并使周期性荷載增大,壩體和壩基中可能會形成過高的孔隙水壓力,從而導致抗剪強度與變形模量的降低,引起永久性(塑性)變形的累積,進而導致壩體沉降與壩頂裂開。

  2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩,壩頂均出現一條縱向裂縫,長約401~560m,最大寬度2cm左右,并有多處不同長度斷續裂縫,

  防浪墻局部錯動約0.5cm.大壩右側出現山體滑坡,形成長條帶及凹陷,滑坡長37m左右,凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右,凹陷處上部山體有多條斜向裂縫,縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫,多處縫寬在2~5mm,其中一條長約100m左右,出現橫向貫通裂縫,防浪墻出現多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下,又將產生新的凍融、凍脹破壞,影響大壩的整體性和穩定[7].

  托洪臺水庫位于新疆布爾津縣境內,1995年被列為險庫,1996年新疆阿勒泰地震(6.1級),使攔水壩出現10處橫向裂縫,3處縱向裂縫,最寬處達16cm,長17m,防浪墻垂直裂縫27處。經評估,水庫震后只能在低水位運行,致使發電系統癱瘓,同時對于下游構成潛在威脅[6].

  岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處,2006年投產,是中國實施西部大開發首批開工建設的十大標志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發生裂縫,廠房等其他建筑物墻體發生垮塌,局部沉陷,整個電站機組全部停機。[3].此外,地震對泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發生里氏5.9級地震,使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產生縱向裂縫,長15m,最大裂縫15mm;環向裂縫22m,最大裂縫寬度1.8mm;洞出口消力池兩側邊墻產生豎向裂縫,總長15m,最大裂縫寬度25mm.大冷山水庫溢洪道兩側導流墻產生裂縫,以縱向裂縫為主,最大縫寬12mm[8].

  2.2壩體失穩

  地震可能引起壩基液化,從而導致大壩失穩。地震時,受到周期性或波動性荷載作用,土石壩內土體將產生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構成的土石壩在地震中相對安全。但相對密度低于75%的粉砂土和砂土,在幾個循環之后孔隙水壓力就會顯著上升,當達到危險應力水平時,土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移,壩內土體就會呈現出液化的流態,導致壩體失穩[9].

  喀什一級大壩1982年施工時,其壩體及防滲墻都未進行碾壓,致使密實度降低,1985年地震時,由于液化和沉陷,導致該壩整體失穩破壞。

  美國加州的Sheffield壩,1917年建成,壩高7.63m,壩頂寬6.1m,長219.6m,水庫庫容17萬立方米.1925年6月距壩11.2km處發生里氏6.3級地震,長約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后,經調查研究發現,壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內的孔隙水壓力增大,造成壩下部和壩基內的細顆料無凝聚性土發生液化。

  地震還會造成土石壩體脫落或堆石體沉陷,從而引起壩體失穩。在庫水位較高的情況下,堆石體沉陷會造成壩體受力不均,更嚴重的會引起庫水漫頂,引發壩體垮塌。1961年4月

  13日在距西克爾水庫庫區約30km處發生里氏6.5級地震,該水庫位于VIII度區[10],壩體出現了嚴重的堆石體沉陷現象,一段220m長的壩體沉陷值達到2~2.5m,崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11].

  前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落,經抗震復核下游壩坡不穩定[8].

  2.3岸坡坍塌

  若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風化物質存在,地震發生后,造成的巖體松動,可誘發產生崩塌、滑坡和泥石流,甚至形成堰塞湖等現象。

  烏江渡水庫處于地震多發區,1982年6月地震中,化覺鄉東部厚層灰巖和白云巖地層中發生大面積崩塌。同年8月,化覺、柏坪一帶又發生較大規模的地層滑動,影響面積約18k平方米[12].

  5.12汶川大地震造成四川多處山體滑坡,堵塞河道,形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億立方米,另外水量在300萬立方米以上的大型堰塞湖有8處[13],對下游地區造成嚴重威脅。

  另外,地震還可能對水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2級地震[14,15]中,使堤防基礎液化發生側向流動,造成堤防破壞以及護岸受損。我國歷次地震中,出現較嚴重險情的多為土石壩,且多為年代較久遠的土石壩,如果發生強地震就更容易造成損壞[16].

  3.震災受損水利工程的修復技術

  地震后受損水利工程修復措施主要包括以下幾個方面:

  3.1壩體監測

  地震后,對于受損水利工程,應及時降低水庫運行水位,并進行充分的壩體探測。對土石壩,可開挖土坑檢測,對混凝土壩,則可用無損探傷檢測[17].包括使用地震波法、地質雷達、水下聲納法檢測侵蝕程度,必要時還需要采取槽探、鉆孔、孔內地球物理方法進行檢測。根據地震前后大壩監測結果的對比分析,判明是否存在普遍的結構損傷跡象。尤其需要加強對壩體變形和滲透的觀測,防止裂縫前后貫通,內部發育,產生滲漏通道。同時,加強對輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監測,以防滲漏進一步擴大[18].

  震后壩體探測中,作為一種非破壞性的探測技術,地質雷達具有探測效率高、分辨率高、抗干擾能力強等特點,可以快捷、安全地運用于壩體現狀檢測和隱患探查[19].

  2003年甘肅山丹地震后,利用地質雷達對雙樹寺、瞿寨子、瓦房城等水庫的震后壩體裂縫、壩基滲透、溢洪道、高邊坡開裂和庫岸道路滑坡等進行了探測[20],效果很好。

  3.2裂縫修復

  對于已經出現的裂縫,要對其分布、走向、長度和開度等進行定時觀測和檢測。在大壩主裂縫部位設置標志,縫口要覆蓋塑料布,防止雨水流入加速其惡化。對受洪水威脅的建筑物,要采取臨時措施(如圍堰)進行保護。

  裂縫的修補應從實際出發,在安全可靠的基礎上,同時考慮技術和施工條件的可行性,力求施工及時、簡單易行、經濟合理。常用的有以下幾種處理方法:

  3.2.1表面處理法

  表面處理法[21]主要適用于對結構承載能力沒有影響或者影響很小的表面裂縫及深層裂縫,同時還可以處理大面積細裂縫的防滲防漏。常用的有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環氧膠泥以及表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料等,從而達到封閉裂縫和防水的作用。在防護的同時應當采取在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施,這樣可以防止混凝土在各種作用下繼續開裂。

  3.2.2灌漿法

  灌漿法主要應用于對結構整體有影響或有防水防滲要求的混凝土裂縫的修補。經修補后,能恢復結構的整體性和使用功能,提高結構的耐久性。

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