鄭子祥（國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

碾壓式土石壩運(yùn)行安全評(píng)價(jià)的基本方法

鄭子祥
（國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

根據(jù)土石壩潰壩失事統(tǒng)計(jì)資料，列出了壩頂結(jié)構(gòu)、壩基處理、筑壩材料、壩體變形、壩坡穩(wěn)定、滲流控制、壩體及壩基與其他建筑物連接共七個(gè)涉及土石壩運(yùn)行安全的評(píng)價(jià)要素。土石壩運(yùn)行安全評(píng)價(jià)主要采用查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)測(cè)資料分析、施工質(zhì)量復(fù)查和設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算的手段，并根據(jù)運(yùn)行性態(tài)和工程類比進(jìn)行綜合評(píng)判。

土石壩；安全評(píng)價(jià)；方法

0　前言

世界上絕大多數(shù)國(guó)家所建大壩中，土石壩占大壩的比例均位居首位。我國(guó)攔河壩有86 000多座，其中土石壩占95%以上［1］。土石壩是最容易潰壩的一種壩型，截至1990年，我國(guó)潰壩失事3 242起［2］。根據(jù)1981年10月水利部工程管理局編制的《全國(guó)水庫(kù)垮壩登記冊(cè)》［2］，記載了2 976起潰壩的類型及比例，具體如下：

（1）漫壩：1 534起，占51.5%，分別因?yàn)樾购槟芰Σ蛔愫秃樗O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

（2）工程質(zhì)量問(wèn)題：1 146起，占38.5%，分別由壩體滲漏、壩體變形、壩體滑坡、壩基滲漏、相鄰建筑物失事引起。

（3）管理不當(dāng)：124起，占4.2%，分別為超蓄、溢洪道閘門無(wú)法開啟、無(wú)人管理引起漫壩。

（4）其他原因：136起，占4.6%，分別因?yàn)閹?kù)岸塌滑堵塞泄洪設(shè)施、沖刷坑距壩近而淘刷壩腳。

（5）原因不詳：36起，占1.2%。

上述潰壩失事的類型可用七個(gè)要素表示，即壩頂結(jié)構(gòu)、壩基處理、筑壩材料、壩體變形、壩坡穩(wěn)定、滲流控制、壩體及壩基與其他建筑物連接。其中，漫壩主要和壩頂結(jié)構(gòu)有關(guān)；其他要素與工程質(zhì)量問(wèn)題有關(guān)。

1　評(píng)價(jià)要素及要求

（1）壩頂結(jié)構(gòu)：壩頂結(jié)構(gòu)包括壩頂高程和壩頂構(gòu)造。土石壩一旦漫頂就會(huì)引起潰壩，因此，壩頂高程應(yīng)滿足大壩防洪要求。同時(shí)，壩頂翻浪也可能引起潰壩，因此，要求防浪墻頂高程應(yīng)高于按照規(guī)范計(jì)算值。此外，面板堆石壩的面板頂部與防浪墻底連接高程偏低及該部位止水破壞，或心墻和斜墻堆石壩防滲體未和防浪墻緊密連接且防滲體頂高程低于最高靜水位，均會(huì)引起潰壩，因此要求壩頂結(jié)構(gòu)滿足大壩防洪和滲流控制要求。

（2）壩基處理：壩基包括防滲體地基和堆石體地基，壩基處理應(yīng)滿足滲流控制（包括滲透穩(wěn)定和控制滲流量）和變形穩(wěn)定（沉降量和不均勻沉降量在允許范圍內(nèi)）兩個(gè)方面的要求。

（3）筑壩材料：對(duì)于土質(zhì)防滲體的心墻和斜墻堆石壩及均質(zhì)土壩，要求防滲體易于壓實(shí)且碾壓后滿足防滲要求并有較好滲透穩(wěn)定性。對(duì)于壩體堆石料，除要求各物料之間變形協(xié)調(diào)外，還要求面板堆石壩墊層料與過(guò)渡料、心墻和斜墻堆石壩的反濾料與過(guò)渡料之間均滿足層間反濾要求，確保層間滲流穩(wěn)定性。

（4）壩體變形：要求壩體不出現(xiàn)過(guò)大的變形和不均勻變形。雖無(wú)具體控制指標(biāo)，但可根據(jù)變形監(jiān)測(cè)值及規(guī)律性進(jìn)行工程類比，判斷是否異常和是否在合理范圍內(nèi)。

（5）壩坡穩(wěn)定：根據(jù)壩上下游坡比、筑壩材料和地基特性及壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果，復(fù)查上、下游壩坡及覆蓋層地基的抗滑穩(wěn)定性。

（6）滲流控制：要求壩體和壩基不出現(xiàn)過(guò)大的滲流量和均質(zhì)土壩不出現(xiàn)過(guò)高的浸潤(rùn)線，滿足滲流穩(wěn)定和控制滲流量的要求。雖無(wú)具體控制指標(biāo)，但可根據(jù)監(jiān)測(cè)值及規(guī)律性進(jìn)行工程類比，判斷滲流是否異常，滲流量和浸潤(rùn)線是否在合理范圍內(nèi)。

（7）壩體及壩基與其他建筑物連接：要求防滲體與其他建筑物接觸部位滿足變形協(xié)調(diào)和滲流穩(wěn)定要求；土質(zhì)防滲體內(nèi)埋設(shè)涵管時(shí)，應(yīng)確保涵管連接部位不因大壩沉降而漏水，即使漏水也因涵管外側(cè)設(shè)置了反濾層而確保滲流穩(wěn)定。

2　評(píng)價(jià)的主要手段

碾壓式土石壩結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全評(píng)價(jià)的主要手段有查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)測(cè)資料分析、施工質(zhì)量復(fù)查和設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算，并根據(jù)運(yùn)行性態(tài)和工程類比進(jìn)行綜合評(píng)判。

（1）查閱資料是為了了解和掌握地質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行情況。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢查是通過(guò)外觀檢查或必要時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢查、檢測(cè)、水下檢查等手段，查明存在的主要缺陷。

（3）監(jiān)測(cè)資料分析是采用統(tǒng)計(jì)或模型分析，分析大壩變形和滲流的規(guī)律性、趨勢(shì)性并診斷異?，F(xiàn)象成因，并根據(jù)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行工程類比，判斷大壩運(yùn)行性態(tài)是否正常。

（4）施工質(zhì)量復(fù)查是根據(jù)壩體、壩基可能存在的缺陷，復(fù)查施工質(zhì)量，分析缺陷對(duì)大壩安全的影響。

（5）設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算是依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的方法，采用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)、荷載和材料性能參數(shù)，對(duì)存在的問(wèn)題和缺陷進(jìn)行大壩結(jié)構(gòu)安全性復(fù)查。

（6）由于設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)大壩的變形和滲流量等指標(biāo)未提出控制指標(biāo)，因此可根據(jù)監(jiān)測(cè)成果和已建大壩進(jìn)行類比，作為評(píng)判大壩運(yùn)行性態(tài)正常與否的參考。

3　工程經(jīng)驗(yàn)值統(tǒng)計(jì)成果

收集到國(guó)內(nèi)外56座面板堆石壩的監(jiān)測(cè)成果，其中國(guó)內(nèi)47座（壩高低于70 m有12座，高于70 m低于150 m有27座，高于150 m有8座）、國(guó)外9座（其中壩高高于70 m低于150 m有7座，壩高高于150 m有2座），剔除個(gè)別異常大壩的數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計(jì)56座大壩得到的工程經(jīng)驗(yàn)值為：

（1）壩體內(nèi)部沉降：壩高低于70 m在1.0%以內(nèi)；壩高大于70 m低于150 m在1.5%以內(nèi)；壩高大于150 m在2.0%以內(nèi)。

（2）周邊縫三向中最大變形：壩高低于70 m在30 mm以內(nèi)；壩高高于70 m低于150 m在40 mm以內(nèi)；壩高大于150 m在50 mm以內(nèi)。其中三向變形中，剪切變形過(guò)大容易剪斷止水銅片和引起周邊縫漏水，剪切變形超過(guò)30 mm需引起關(guān)注。

（3）面板撓度：以最大撓曲度與壩高之比表示，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)工程的比值接近和小于0.1%。

（4）面板壓應(yīng)變：壩高低于70 m在400 με以內(nèi)；壩高高于70 m低于150 m在800 με以內(nèi)；壩高高于150 m在1 000 με以內(nèi)。面板壓應(yīng)變超過(guò)1 000 με會(huì)引起面板垂直縫部位混凝土崩裂。

（5）滲流量：壩高低于70 m在40 L/s以內(nèi)；壩高高于70 m低于150 m在150 L/s以內(nèi)；壩高高于150 m 在240 L/s以內(nèi)。

各工程監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)值存在一定的差異性。例如，對(duì)于壩體內(nèi)部沉降，監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)后的初始監(jiān)測(cè)時(shí)間及是否計(jì)入壩后坡觀測(cè)房的沉降，沉降量差距很大；此外，同樣的壩高但面板的面積不同，其滲流量也沒有可比性。因此，在評(píng)價(jià)大壩結(jié)構(gòu)安全性時(shí)，要根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，上述工程經(jīng)驗(yàn)值僅供參考。

4　需要重點(diǎn)分析的問(wèn)題

4.1壩頂結(jié)構(gòu)

存在以下兩種情況時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核壩頂結(jié)構(gòu)滲流控制的可靠性：

（1）面板堆石壩防浪墻底與面板頂部的水平接縫止水的高程低于正常蓄水位。

（2）心墻、斜墻堆石壩防滲體頂高程低于最高靜水位，且防滲體頂部與防浪墻未連接。

4.2壩基處理

當(dāng)出現(xiàn)以下兩種情況時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)查壩基處理的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，并分析壩基發(fā)生滲透破壞的可能性：

（1）壩基已出現(xiàn)集中滲漏且滲流量逐步增大、壩腳滲水混濁等滲透破壞跡象。

（2）因壩基變形過(guò)大已使壩坡出現(xiàn)大面積塌滑或開裂，或壩體變形速率加大。

4.3筑壩材料

當(dāng)出現(xiàn)以下三種情況時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)查設(shè)計(jì)要求和壩料的檢測(cè)成果，分析大壩滲流穩(wěn)定性：

（1）碾壓后的墊層料、過(guò)渡料或反濾料的細(xì)料（小于5 mm）和細(xì)粒（小于0.075 mm）含量不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定或設(shè)計(jì)要求；或面板堆石壩的墊層料與過(guò)渡料、心墻和斜墻堆石壩的反濾料與過(guò)渡料不能滿足層間滲透穩(wěn)定要求。

（2）壩體與地基特別是軟弱帶（包括斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化帶等）接觸面處理不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)層間滲透穩(wěn)定的要求。

（3）土質(zhì)心墻和斜墻堆石壩及均質(zhì)土壩防滲體的滲透系數(shù)或壓實(shí)度不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定。

或筑壩材料設(shè)計(jì)指標(biāo)雖滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，但出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)查明滲水來(lái)源和滲水原因，復(fù)查筑壩材料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及壩體和壩基滲透穩(wěn)定性；必要時(shí)降低庫(kù)水位檢查或進(jìn)行水下檢查。

（1）當(dāng)壩下游坡有高于下游水面的明顯滲水點(diǎn)或壩后量水堰內(nèi)滲水混濁；

（2）大壩滲流量超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值較多，或滲流量雖未超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值，但庫(kù)水位上升時(shí)與以往相同庫(kù)水位相比滲流量逐年增加且增幅較大。

4.4壩體變形

當(dāng)存在以下三種情況時(shí)，根據(jù)壩體變形測(cè)值過(guò)程線分析其規(guī)律性、趨勢(shì)性和是否異常，同時(shí)，復(fù)查大壩滲流量是否異常。

（1）壩體變形最大值超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值。

（2）面板周邊縫變形、面板撓度和壓應(yīng)變最大值超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值。

（3）面板垂直壓性縫擠壓破壞，中部以上面板混凝土崩裂。

4.5壩坡穩(wěn)定

出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)重新復(fù)核計(jì)算參數(shù)并進(jìn)行壩坡穩(wěn)定復(fù)核。

（1）壩坡曾出現(xiàn)大面積塌滑或裂縫，或壩坡表面變形較大且有明顯的變形加速趨勢(shì)。

（2）均質(zhì)土壩壩體浸潤(rùn)線在同一庫(kù)水位有逐年抬高趨勢(shì)，且實(shí)測(cè)壩體水力坡降已接近或超過(guò)壩料允許水力坡降。

（3）原設(shè)計(jì)未考慮庫(kù)水位驟降等特殊工況，或運(yùn)行中實(shí)際的水位驟降速度及幅度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定。

4.6滲流控制

當(dāng)出現(xiàn)以下3種情況時(shí)，應(yīng)根據(jù)滲流量測(cè)值過(guò)程線分析其規(guī)律性、趨勢(shì)性和是否異常。

（1）大壩滲流量超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值或出現(xiàn)異常滲漏。

（2）埋設(shè)在防滲體后壩基表面或壩料內(nèi)的滲壓計(jì)，其埋設(shè)高程低于下游水位，但滲壓計(jì)測(cè)值對(duì)應(yīng)的水位高于下游水位較多。

（3）高堆石壩在兩岸設(shè)置中、低層灌漿及排水廊道時(shí)，廊道內(nèi)滲流量、揚(yáng)壓力出現(xiàn)異常。

4.7壩體及壩基與其他建筑物連接

對(duì)于壩體及壩基和其他建筑物的連接部位，當(dāng)出現(xiàn)以下四種情況時(shí)，應(yīng)分析連接部位是否滿足滲流穩(wěn)定要求。

（1）壩體與混凝土建筑物采用側(cè)墻式連接，土質(zhì)防滲體與混凝土結(jié)合面陡于規(guī)范規(guī)定的坡比。（2）土質(zhì)防滲體斷面未適當(dāng)加大。（3）接觸面未充分壓實(shí)。

（4）土質(zhì)防滲體內(nèi)埋設(shè)涵管，涵管沒有設(shè)置伸縮縫或管周未設(shè)置反濾。

5　評(píng)價(jià)的基本方法

碾壓式土石壩結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全評(píng)價(jià)綜合壩頂結(jié)構(gòu)、壩基處理、筑壩材料、壩體變形、壩坡穩(wěn)定、滲流控制、壩體及壩基與其他建筑物連接7個(gè)要素，根據(jù)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量及運(yùn)行性態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

當(dāng)壩基及壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量不滿足規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)結(jié)合運(yùn)行性態(tài)進(jìn)行綜合判斷；當(dāng)規(guī)范沒有明確規(guī)定時(shí)，可采用工程類比進(jìn)行評(píng)判。當(dāng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查（含水下檢查）或其他手段進(jìn)行綜合診斷；或當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢查（含水下檢查）發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行綜合診斷和分析原因，并查明可能出現(xiàn)類似問(wèn)題的其他部位和分析危害程度。

5.1壩頂結(jié)構(gòu)

壩頂高程（或防滲體頂高程）應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，即高于最高靜水位，并應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行；防浪墻頂高程允許略低于規(guī)范規(guī)定值，但差值嚴(yán)格控制在安全超高范圍內(nèi)。目前電力系統(tǒng)土石壩的壩頂高程（或防滲體頂高程）均滿足規(guī)范規(guī)定，一些土石壩的防浪墻頂高程不能滿足規(guī)范規(guī)定，但差值均在安全超高范圍內(nèi)。當(dāng)防浪墻頂高程低于按規(guī)范規(guī)定計(jì)算的浪頂高程時(shí)，應(yīng)分析壩頂翻浪的可能性和危害性。

心墻、斜墻堆石壩防滲體頂部低于最高靜水位且與防浪墻未連接時(shí)，應(yīng)分析防滲體頂部以上填筑材料的透水性和滲透穩(wěn)定性及庫(kù)水沿防滲體頂部向下游滲水的可能性；當(dāng)防滲體頂部雖高于最高靜水位但與防浪墻未連接，應(yīng)分析波浪沿防滲體頂部向下游滲水的可能性；或防滲體頂部雖與防浪墻連接但低于最高靜水位，應(yīng)檢查防滲體頂部與防浪墻緊密結(jié)合情況、防浪墻的透水性和穩(wěn)固程度，確保庫(kù)水不會(huì)沿防滲體頂部向下游滲漏。

新疆某29.5 m高的心墻堆石壩，壩頂高程368.00 m，心墻頂高程364.60 m，高于正常蓄水位364.20 m，但低于校核洪水位，壩頂雖設(shè)有防浪墻但與心墻防滲體頂部未緊密連接，庫(kù)水有可能通過(guò)心墻頂向下游滲水。因此，蓄水前在心墻和防浪墻之間開槽重新做了防滲體，堵住了壩頂滲水通道。

面板堆石壩防浪墻底部低于正常蓄水位時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查防浪墻底部接縫止水及防浪墻伸縮縫止水的可靠性、防浪墻底部變形穩(wěn)定情況及防浪墻底部成為滲水通道的可能性。

少數(shù)面板堆石壩防浪墻底與面板頂部的水平接縫止水高程低于正常蓄水位，如青海省溝后、福建省萬(wàn)安溪、浙江省溪口抽水蓄能上庫(kù)和下庫(kù)、江蘇省沙河抽水蓄能上庫(kù)面板堆石壩等工程。青海省溝后大壩由于防浪墻底高程低于正常蓄水位，防浪墻底接縫止水滲水、壩體砂礫石排水不暢而發(fā)生潰壩。溪口抽水蓄能下庫(kù)壩的防浪墻底部高程比正常蓄水位低5.10 m，2010年12月前雖未發(fā)現(xiàn)接縫止水異常，但原表面止水材料性能較差，為安全計(jì)，其后將水平縫表面止水整體更換為SR塑性填料，確保該部位接縫止水可靠。

5.2壩基處理

當(dāng)壩基處理設(shè)計(jì)或施工質(zhì)量不滿足規(guī)范規(guī)定，例如，防滲體建基面處理達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，或當(dāng)壩基防滲標(biāo)準(zhǔn)比規(guī)范規(guī)定低一個(gè)等級(jí)，或兩岸防滲帷幕標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到規(guī)范要求，可根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，復(fù)查防滲體地基或壩體是否出現(xiàn)過(guò)大的變形及壩體（基）、兩岸是否出現(xiàn)滲透破壞，分析壩基發(fā)生滲透破壞的可能性及對(duì)整體結(jié)構(gòu)安全的影響。

例如，新疆察汗烏蘇面板堆石壩，最大壩高110.00 m，趾板及堆石體位于深厚的漂石砂卵礫石層上，河床部位趾板前設(shè)置了混凝土防滲墻。2007 年10月底蓄水，大壩滲流量一直偏大；水位接近正常蓄水位1 649.00 m時(shí)，最大滲流量分別為635 L/s （2010年10月26日）、503 L/s（2012年11月2日）、392 L/s（2013年9月9日），量水堰水質(zhì)清澈，滲流量呈減少趨勢(shì)，可能是水庫(kù)泥沙淤積堵塞了部分滲漏通道。大壩滲流量雖已穩(wěn)定，但仍大于工程經(jīng)驗(yàn)值，因此，今后需要密切關(guān)注庫(kù)水位下降后重新升至高水位時(shí)滲流量是否逐年增加，或周邊發(fā)生地震后，與近幾年高庫(kù)水位相比其滲流量的變化情況。

5.3筑壩材料

當(dāng)土質(zhì)心墻、斜墻土質(zhì)防滲體的滲透系數(shù)指標(biāo)不滿足規(guī)范規(guī)定，或反濾料與過(guò)渡料之間無(wú)法滿足滲透穩(wěn)定要求時(shí)，或當(dāng)面板堆石壩墊層料、過(guò)渡料的細(xì)料和細(xì)粒含量等指標(biāo)不滿足規(guī)范規(guī)定時(shí)，應(yīng)檢查壩腳滲水的混濁度、滲透變形及大壩滲流量穩(wěn)定情況，分析壩體發(fā)生滲透破壞的可能性。

一些面板堆石壩（如湖南黑麋峰上、下庫(kù)等大壩）的墊層料細(xì)料含量低于規(guī)范規(guī)定值或級(jí)配不佳，或有些大壩墊層料與過(guò)渡料不滿足層間反濾要求，但施工時(shí)對(duì)墊層料與過(guò)渡料界面進(jìn)行了處理，剔除了過(guò)渡料上游面的粗骨料，運(yùn)行期壩后量水堰實(shí)測(cè)滲流量較小、滲水清澈，且?guī)焖簧仙龝r(shí)與以往相同庫(kù)水位時(shí)相比滲流量穩(wěn)定，據(jù)此可以認(rèn)為大壩滲流是正常的，但需加強(qiáng)滲流量監(jiān)測(cè)和滲水混濁度的觀察。

5.4壩體變形

當(dāng)壩體（含面板接縫）變形超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，需從地基特性和筑壩材料（包括地基覆蓋層壓縮模量是否偏小、是否采用軟巖筑壩或堆石體變形模量偏小等方面）分析產(chǎn)生變形過(guò)大的原因；同時(shí)，根據(jù)近幾年壩體變形速率是否過(guò)大和變形是否收斂，或檢查上、下游壩坡是否發(fā)現(xiàn)有貫穿性裂縫和裂縫發(fā)展是否已穩(wěn)定，根據(jù)壩體變形測(cè)值過(guò)程線分析其規(guī)律性、趨勢(shì)性，分析大壩變形性態(tài)是否正常。

當(dāng)面板垂直縫混凝土壓應(yīng)變超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，需核查大壩滲流量是否異常；必要時(shí)需進(jìn)行水下檢查，查明面板混凝土（特別是中高部位以上）是否發(fā)生擠壓破壞；或當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)面板壓性縫發(fā)生擠壓破壞，還需核查大壩滲流量是否正常。

當(dāng)面板周邊縫三向變形其中一向（尤其是剪切變形）變形超過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，應(yīng)分析周邊縫止水是否破壞和庫(kù)水位上升時(shí)與以往相同庫(kù)水位相比的滲流量是否逐年增加，分析大壩滲流穩(wěn)定性，判斷面板工作性態(tài)是否正常。

例如，重慶魚跳面板堆石壩，最大壩高106.0 m，2001年4月下閘蓄水，因壩體填筑了占大壩填筑量32%的軟巖，因此壩體最大沉降2.08%，2006年底后大壩變形已基本穩(wěn)定；面板局部壓應(yīng)變略超過(guò)1 000 με，但未發(fā)現(xiàn)面板擠壓破壞。

青海公伯峽大壩最大壩高132.2 m，正常蓄水位2 005.0 m，面板堆石壩3號(hào)面板周邊縫測(cè)點(diǎn)JB-3-04（高程1 959.23 m）的垂直沉降值達(dá)到77.8 mm，開合度31.1 mm，剪切17.3 mm。2011年4月大壩滲流量從7 L/s突增至19～21 L/s，水下檢查后發(fā)現(xiàn)右岸JB-3-04測(cè)點(diǎn)的周邊面板混凝土破損，處理后滲流量又恢復(fù)到7 L/s。

少數(shù)面板堆石壩（貴州天生橋一級(jí)、湖北水布埡）中高部位的面板壓性縫發(fā)生擠壓破壞，復(fù)查監(jiān)測(cè)成果發(fā)現(xiàn)面板壓應(yīng)變超過(guò)1 000 με，但大壩滲流量基本沒有發(fā)生變化，說(shuō)明混凝土擠壓邊墻或墊層料起到了輔助防滲的作用。據(jù)此，尚不能評(píng)定大壩滲流存在安全隱患，但需對(duì)面板進(jìn)行處理。

5.5壩坡穩(wěn)定

當(dāng)壩坡穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)不滿足規(guī)范規(guī)定時(shí)，需查明運(yùn)行期上、下游壩坡是否出現(xiàn)塌滑或裂縫；同時(shí)，根據(jù)壩體變形監(jiān)測(cè)成果分析近期壩坡表面年變形速率是否過(guò)大和變形是否收斂，判斷壩坡的穩(wěn)定性；或壩坡穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)雖滿足規(guī)范規(guī)定，但壩坡出現(xiàn)局部塌滑或壩身出現(xiàn)貫穿性裂縫，雖經(jīng)修復(fù)仍未穩(wěn)定，可能是壩坡坡比過(guò)陡或壩料抗剪強(qiáng)度等計(jì)算指標(biāo)取值偏高，實(shí)際的壩坡穩(wěn)定性比計(jì)算情況差，或壩基因覆蓋層沉陷已引起壩體過(guò)大變形導(dǎo)致滑坡；或壩體浸潤(rùn)線在同一庫(kù)水位有逐年抬高趨勢(shì)，且實(shí)測(cè)壩體水力坡降已接近或超過(guò)壩料允許水力坡降，應(yīng)重新復(fù)核壩坡穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)土石壩滑坡的工程實(shí)例很多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)［3］，滑坡垮壩的均質(zhì)壩124座，心墻壩堆石壩13座。一些工程壩坡穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)雖滿足規(guī)范規(guī)定，但壩坡坡比、壩料抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)取值未必合理。大多數(shù)滑坡垮壩是由于大壩本身存在壩坡太陡、壩料抗剪強(qiáng)度低等問(wèn)題，由庫(kù)水位驟降、地震、暴雨而誘發(fā)滑坡。例如，湖南省流光嶺水庫(kù)均質(zhì)土石壩，最大壩高42.5 m，由于庫(kù)水位驟降等原因，大壩先后發(fā)生三次上、下游壩坡滑坡，滑坡前均出現(xiàn)平行壩軸線的縱向裂縫。遼寧省湯河水庫(kù)粘土斜墻砂礫石壩，最大壩高48.5 m，1975年2月遼寧省海城發(fā)生7.3級(jí)地震時(shí)，上游壩坡出現(xiàn)3條較大裂縫，其后上游發(fā)生壩坡滑坡。

5.6滲流控制

當(dāng)防滲體系損壞而出現(xiàn)大壩滲流量逐年增大，或滲流量雖已穩(wěn)定但滲流量遠(yuǎn)大于工程經(jīng)驗(yàn)值，首先應(yīng)分析滲漏主要來(lái)源和蓄水過(guò)程中滲流量變化規(guī)律、庫(kù)水位和滲流量相關(guān)關(guān)系、庫(kù)水位下降后重新升至同一高水位時(shí)滲流量是否逐年增加等情況，或周邊發(fā)生地震后，與以往高庫(kù)水位相比其滲流量的變化情況。必要時(shí)增設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施或進(jìn)行水下檢查，查明主要滲漏通道的高程，結(jié)合量水堰的滲水混濁度，判斷大壩是否存在防滲體系破壞和異常滲流問(wèn)題，分析大壩滲流穩(wěn)定性及對(duì)大壩安全的影響。

大多數(shù)面板堆石壩在蓄水初期高水位出現(xiàn)的滲流量即為最大滲流量，其后滲流量逐年減少并穩(wěn)定。如貴州洪家渡大壩，最大壩高179.50 m，正常蓄水位1 140 m。蓄水初期連續(xù)7 d以上無(wú)降雨的大壩滲流量為133.98 L/s，時(shí)間為2008年9月23日，對(duì)應(yīng)庫(kù)水位1 136.12 m。2008年12月10日和2009 年1月13日滲流量分別為42.02 L/s和37.75 L/s，對(duì)應(yīng)的庫(kù)水位分別為1 138.43 m和1 136.33 m。近幾年庫(kù)水位較低，大壩滲流量均小于31 L/s，說(shuō)明大壩滲流是穩(wěn)定的。

發(fā)生異常滲流的有湖南株樹橋及湖南白云水庫(kù)面板堆石壩。株樹橋大壩最大壩高78 m，1990 年11月下閘蓄水，1992年7月為30～40 L/s，1994 年8月為970 L/s，1998年7月為1 600 L/s，1999年7月達(dá)到2 500 L/s［4］。2000年1月開始放空水庫(kù)處理，發(fā)現(xiàn)3塊混凝土面板嚴(yán)重?fù)p壞，墊層料大量流失。處理后的滲流量在29 L/s以內(nèi)。

湖南白云面板堆石壩最大壩高120.00 m，正常蓄水位540.00 m。從1998年12月水庫(kù)蓄水至2008 年5月，庫(kù)水位在512.0～538.0 m運(yùn)行，大壩滲流在20～110 L/s區(qū)間變化。2008年5月～2011年10月，滲流量由110 L/s增加至900 L/s，對(duì)應(yīng)的庫(kù)水位為517.0m和508.0m；2012年9月滲流量增大至1250 L/s（對(duì)應(yīng)庫(kù)水位522.0 m）。2013年5月對(duì)大壩進(jìn)行防滲應(yīng)急處理，處理后庫(kù)水位510.80 m時(shí)對(duì)應(yīng)的大壩滲流量為749 L/s；2014年12月放空水庫(kù)處理，發(fā)現(xiàn)左岸面板在473 m高程以下出現(xiàn)大范圍塌陷破壞，面積約460 m2，最大垂直塌陷深度達(dá)2.5 m。上述兩座大壩的滲流量遠(yuǎn)大于我國(guó)同規(guī)模面板堆石壩的滲流量，為國(guó)內(nèi)同類面板壩所罕見。

國(guó)外也有少數(shù)面板堆石壩滲流量偏大，例如，哥倫比亞的安奇卡亞大壩，最大壩高140.0 m；尼日利亞的謝羅羅大壩，最大壩高130.0 m。由于繞壩滲流等原因，上述兩座大壩的滲流量最大值均達(dá)到1 800 L/s，處理后分別減少至130 L/s和100 L/s。巴西的阿里亞大壩，最大壩高160.0 m，1980年大壩滲流量最大值236 L/s，1985年處理后減少至70 L/s。

5.7壩體及壩基與其他建筑物連接

當(dāng)壩體和其他建筑物的連接設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，應(yīng)檢查連接部位是否出現(xiàn)不均勻沉降或異常滲漏；或連接部位出現(xiàn)了不均勻沉降或異常滲漏，應(yīng)分析連接部位的滲流穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)整體破壞的可能性。

土石壩與混凝土壩接頭是容易發(fā)生滲流接觸沖刷的薄弱部位，發(fā)生地震時(shí)也容易沿混凝土壩與土石壩接觸面形成裂縫而發(fā)生滲漏。因此對(duì)接頭部位加強(qiáng)檢查和監(jiān)測(cè)是必要的。

山西省洪洞縣曲亭水庫(kù)2013年2月左岸灌溉洞下游漿砌石洞身破壞，出現(xiàn)大流量漏水，壩體隨洞段塌陷而塌陷，最終導(dǎo)致壩體在灌溉洞位置全部塌陷而潰壩。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）土石壩是最容易失事的壩型，失事類型可用七個(gè)要素表示。土石壩運(yùn)行安全評(píng)價(jià)需要綜合七個(gè)要素并根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量及運(yùn)行性態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（2）土石壩運(yùn)行安全評(píng)價(jià)的主要依據(jù)是規(guī)程規(guī)范，主要手段有查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)測(cè)資料分析、施工質(zhì)量復(fù)查和設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算，并結(jié)合運(yùn)行性態(tài)和工程類比進(jìn)行綜合評(píng)判。

（3）筆者提供的工程經(jīng)驗(yàn)值樣本較少，且工程監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料存在一定的局限性，尚不能涵蓋面板堆石壩的變形和滲流特性，因此，僅供面板堆石壩安全評(píng)價(jià)參考。

［1］林昭.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)［M］.黃河水利出版社，2003.

［2］汝乃華，牛云光.大壩事故與安全·土石壩［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001:21－30.

［3］牛運(yùn)光.水庫(kù)土石壩滑坡事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)綜述［C］.土石壩工程論文集.水利水電土石壩工程情報(bào)網(wǎng)，1998:396－407.

［4］劉庶華，蔣國(guó)澄，汝乃華.株樹橋混凝土面板堆石壩滲漏事故和處理［C］.國(guó)際大壩第71屆年會(huì)第21屆大會(huì)論文集，2003.

Title:Method for operation safety assessment of roller compacted rock-fill dams//by ZHENG Zi-xiang// Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

Based on the statistics of the failures of earth rock-fill dams，the seven key elements in operation safety assessment are listed，including dam crest structure，foundation treatment，construction material，dam deformation，stability of dam slope，seepage control，the connection of dam and foundation with other structures.The basic assessment methods include data review，on-site inspection，analysis on monitoring data，review of construction quality and design calculation，as well as the comprehensive assessment combined with operation performance and comparison with similar projects.

earth rock-fill dam；safety assessment；method

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0040-06

2015-01-20

鄭子祥（1960-），男，浙江江山市人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電工程的設(shè)計(jì)與監(jiān)管工作。

作者郵箱：zheng_zx2@ecidi.com