黃繼艷

(遼寧省凌源市水利建筑勘測設(shè)計院， 遼寧 凌源　122500)

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土石壩加固效果量化評價研究

黃繼艷

(遼寧省凌源市水利建筑勘測設(shè)計院， 遼寧 凌源122500)

【摘要】我國許多水庫都采用土石壩，大壩普遍存在病險情況，因此存在多種土石壩除險加固方法。土石壩除險加固效果尚無統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，如何對加固效果進(jìn)行量化評價仍需進(jìn)一步研究。本文在大壩安全評價的基礎(chǔ)上，建立了土石壩除險加固效果量化評估體系，并在下河套水庫大壩定量評價中加以應(yīng)用。土石壩除險加固量化評估體系可為土石壩安全評價提供指導(dǎo)，具有重要的工程意義。

【關(guān)鍵詞】量化評價；土石壩；除險加固；病險

我國93%的水庫都采用土石壩，這些水庫多建于20世紀(jì)60年代[1]。當(dāng)時為了施工方便，通常就地取材，在對地形地質(zhì)條件要求較低的情況下，選擇土石壩作為水庫主要堤壩類型。這些大壩設(shè)計不夠完善，建筑水平較低，許多水庫已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的病險[2]?；趪鴥?nèi)外研究情況，學(xué)者們嘗試構(gòu)建土石壩除險加固效果量化評價體系，以此對土石壩進(jìn)行安全評估。本文建立了土石壩除險加固效果量化評估體系，并在實際應(yīng)用中對下河套水庫大壩進(jìn)行了定量評價。希望為今后的土石壩除險加固效果評價研究提供參考。

1土石壩的安全量化評估體系

目前，土石壩安全評價主要采用定性評價，此方法只能依靠專家經(jīng)驗對大壩實際工況進(jìn)行判斷[3]，定性評價具有模糊性。為了對土石壩除險加固效果進(jìn)行準(zhǔn)確評價，在定性評價的基礎(chǔ)上，確定多個評價主指標(biāo)，并對主指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，構(gòu)建出土石壩安全量化評價體系。該體系的具體框架見圖1。

定性評價法為量化評價法的“前評價”，即在除險加固之前先行為病險進(jìn)行鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果進(jìn)行后續(xù)設(shè)計。量化評價體系中需要定性評價的指標(biāo)如下[3-4]：

圖1　土石壩加固量化評價體系

a.工程質(zhì)量。地質(zhì)水文條件、壩基岸坡的處理效果、工程外觀及填筑質(zhì)量。

b.防洪安全。抗洪泄洪能力、防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計。

c.結(jié)構(gòu)安全。大壩本身可能發(fā)生的變形及庫岸的穩(wěn)定性。

d.大壩運行管理。人員管理、大壩維護(hù)、運行監(jiān)測。

e.抗震安全。泄洪排水建筑物、壩基庫岸、大壩整體的抗震穩(wěn)定性。

f.滲流安全。負(fù)責(zé)排水與防滲的設(shè)施、壩體的穩(wěn)定性。

量化評價體系非常明確，其評價流程具有極強(qiáng)的系統(tǒng)性[5]。在對可靠信息進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，通過對土石壩除險加固前后的安全性對比、安全設(shè)施對比，基于數(shù)學(xué)模型和評價指標(biāo)體系，即可得出精確的評價結(jié)果[6]。

設(shè)大壩加固前的安全系數(shù)為L1，加固后的安全系數(shù)為L2，則除險加固量化評價指標(biāo)計算式為：

(1)

根據(jù)除險加固量化評價指標(biāo)，確定不同的安全水平，見表1。

表1　土石壩加固效果量化評價等級

2量化評價工程實例

2.1工程概況

下河套水庫位于遼寧省凌源市四合當(dāng)鎮(zhèn)，屬于大凌河水系滲津河流域，水庫壩址區(qū)55km2，年平均降水量500mm，降水集中在夏季。該水庫大壩全長330m，為黏土心墻混合砂卵石組合壩，壩頂高程282.2m，寬度為4.5m，該水庫的汛限水位為249m，設(shè)計洪水位為251m，校核洪水位為255m。

2.2加固前安全量化評價

根據(jù)鑒定報告，該水庫加固前未通過滲流穩(wěn)定分析和防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，其抗洪能力不能滿足要求，存在嚴(yán)重的滲漏，不能安全運行。根據(jù)鑒定內(nèi)容，對該土石壩進(jìn)行綜合安全量化評價，評價結(jié)果見表2。

表2　土石壩加固前安全量化評價

由表2可知，該土石壩加固前安全系數(shù)為0.2742，遠(yuǎn)小于0.7，因此該大壩處于極危險狀態(tài)。

2.3加固后安全量化評價

下河套水庫加固前的主要問題為滲流，2014年2月除險加固過程中，對黏土心墻進(jìn)行劈裂灌漿，加固后滲流現(xiàn)象消失。2014年9月，水庫水位迅速增加，最高可達(dá)251.3m，期間大壩未見滲流出現(xiàn)。為了對比加固前后的滲漏量，從水庫數(shù)據(jù)中選取了2012年的滲流數(shù)據(jù)和2014年的滲流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，見圖2、圖3。

從圖2和圖3可知，土石壩滲流量隨著水位的升高而變大。在1—6月，土石壩加固前的滲流量是加固后的1.2倍左右；在6—12月，庫區(qū)水位變化較大，但加固前的滲流量曲線斜率明顯大于加固后。從具體數(shù)據(jù)看，加固前的最大滲流量高達(dá)4.25L/s，但加固后最大滲流量僅為1.2L/s。取心墻土樣進(jìn)行滲透系數(shù)測定，發(fā)現(xiàn)加固前的滲透系數(shù)為8×10-5cm/s，加固后的滲透系數(shù)為2.85×10-6cm/s，滲透情況明顯改善。

圖2　2012年土石壩水位與滲流量曲線

圖3　2014年土石壩水位與滲流量曲線

對加固后的土石壩進(jìn)行綜合安全量化評價，評價結(jié)果見表3。

表3　土石壩加固后安全量化評價

由表3可知，該土石壩加固后安全系數(shù)為0.924，大于0.9，因此該大壩處于十分安全狀態(tài)。

根據(jù)加固前后的安全系數(shù)，計算該土石壩加固量化評價指標(biāo)：

(2)

由此可見，除險加固后的土石壩安全等級提升了4級，安全狀態(tài)也從不安全變?yōu)榉浅０踩?，除險加固措施完全成功。

3結(jié)語

目前，土石壩除險加固效果評估主要有兩種方法：定性評價法和量化評價法。定性評價法適用范圍廣泛，但分級粗糙，結(jié)論具有模糊性，評估難免存在一定偏差。量化評價法分級更加細(xì)致，結(jié)論更為直觀。本文基于國內(nèi)外研究情況，建立了土石壩除險加固效果量化評估體系，并據(jù)以對下河套水庫大壩進(jìn)行了定量評價。研究表明：經(jīng)過除險加固，下河套土石壩安全等級提升了4級，安全狀態(tài)從不安全變?yōu)榉浅０踩?，除險加固效果突出。

參考文獻(xiàn)

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Research on quantitative evaluation of earth and rockfill dam

reinforcement effect

HUANG Jiyan

(LiaoningLingyuanWaterConservancyConstructionSurveyandDesignInstitute,Lingyuan122500,China)

Abstract:In China, many reservoirs are provided with earth and rockfill dams. Dams commonly have disease conditions. Therefore, there are many methods for reinforcing earth and rockfill dam risk removal. There is no unified evaluation standard in earth dam risk removal and reinforcement effect. Quantitative evaluation on reinforcement effect still should be further studied. In the paper, quantitative evaluation system of earth and rockfill dam risk removal reinforcement effect is established, which is applied in Xiahetao Reservoir dam quantitative evaluation. The quantitative evaluation system of earth and rockfill dam risk removal reinforcement effect can provide guidance for earth and rockfill dam safety evaluation with important engineering significance.

Key words:quantitative evaluation; earth and rockfill dam; risk removal and consolidation; diseases

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.11.009

中圖分類號：TV698.2+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241(2015)11-0026-03