震后水库大坝应急检查

王士军，谷艳昌，倪小荣 ，隆文非

（1.南京水利科学研究院，210029，南京；2.水利部大坝安全管理中心，210029，南京；3.四川省农田水利局，610031，成都）

自20世纪以来，全球共发生8级以上地震115次。地震给人类带来了巨大灾难，同时也造成了大量水利工程的破坏。2008年日本7.2级地震造成了134座水库大坝的破坏。2008年中国汶川8级特大地震共造成2 380座水库出险。2011年日本9级地震造成48座水库大坝出险，1座大坝溃决。震损水库大坝安全度低，在余震、洪水等条件下可能溃决，严重威胁下游公众、基础设施安全与社会稳定。开展震后水库大坝应急检查研究，规范应急检查内容与记录，提高应急检查技术含量，建立相关资料信息库，为水库险情快速评估、应急处置以及水库震损机理研究提供技术支撑。这项研究对提升应对水库突发事件处置能力和水库大坝抗震设计水平，有效降低水库风险，最大限度避免及减少人员及财产损失具有重要意义。

一、水库大坝震损险情特点

水库大坝震损险情主要包括裂缝、滑坡、渗漏、结构破损、管理设施损坏等。据统计，汶川地震后仅四川省就有1 997座水库震损，其中存在裂缝1 425座，塌陷687座，渗漏428座，滑坡154座，启闭设施损坏161座，放水设施、溢洪道、管理房等不同程度震损有422座，其中50%以上的水库同时存在多种险情。

1.裂缝

坝体裂缝是土石坝震损的最常见现象，包括有纵向裂缝、横向裂缝和水平裂缝。①纵向裂缝最为常见，因地震波导致坝顶振幅相对较大，纵向裂缝主要分布在坝顶及附近，延伸可达数十米，缝宽可达数十厘米，如唐山地震时陡河水库主坝上下游坡各出现一条主纵裂带，贯穿全坝，缝宽80 cm，有的深至坝基，缝内充填有碎石和砂，并将坝切成三块。纵向裂缝破坏了坝体的完整性，易导致坝坡失稳。②横向裂缝多出现在两坝肩与坝体填筑质量不均匀部位，因不均匀沉降所致，横向裂缝破坏坝体结构与防渗体完整性，可能形成集中渗漏通道，如汶川地震后，四川安县蒋家祠水库大坝两端出现了多条贯穿性横向裂缝，走向与坝轴线垂直。③水平裂缝主要出现在混凝土结构上，多沿拱圈发育，长度一般数米至数十米不等，对拱坝梁有破坏作用，但对拱的作用影响不大，如四川江油市本觉院浆砌石坝在坝顶下游3 m处出现一条水平裂缝。

2.滑坡

滑坡常见于土石坝上游坝，滑坡导致挡水断面缩小，可能导致坝体结构失稳，引起大坝溃决。如1976年唐山地震时北京密云水库白河主坝上游发生滑坡，滑坡面积达6万m2，滑坡方量为15万m3。坝肩滑坡易引起溢洪道或其他输水设施堵塞，水无法下泄。如汶川地震后，成都彭州的东河水库溢流堰泄槽右侧发生滑坡，1/3宽度的泄槽被堆积体侵占。

3.渗漏

震损水库渗漏常见大坝下游及坝内输泄水结构出口。常见表现为震后渗漏量增加，浑水出现一段时间后又变清，渗漏量趋于稳定。如汶川地震后，紫坪铺大坝渗漏量较震前有所增加，但总量不大，渗流水质在震后的1~2天较震前浑浊，并夹带泥沙，后水质变清。在某些情形下，震后渗漏量比震前持续增加，一直出现浑水，疑大坝坝体可能出现集中渗漏，可能是坝体产生横向裂缝或坝内涵管出现变形损坏等。如四川省梓潼县联盟水库左右两坝肩震前就长年漏水，绕坝渗漏明显,地震后渗流量显著增大。

4.结构变形

结构变形包括坝体在地震作用下产生沉降，不均匀沉降将导致坝面起伏、防浪墙开裂、护坡破损、溢洪道结构破损、启闭设施失灵与自动开启等。如紫坪铺大坝最大断面坝顶附近，地震产生的最大沉降量达100 cm，坝坡向下游方向发生约30 cm的水平位移；面板间的垂直缝发生了挤压破坏，部分混凝土面板与垫层间有脱空现象，最大脱空23 cm。

5.管理设施破损

管理设施包括水库管理房、监测设施、通信设施、交通道路,此类震损虽未直接影响到大坝坝体，但可能直接或间接地影响到水库大坝安全运行与应急处置。

二、应急检查技术

1.检查范围

不同震级地震对水库震损影响范围不同，震后检查范围不同。据统计， 震级分别大于 4.0、5.0、6.0、7.0和 8.0时，距震中25 km、50 km、80 km、125km和200km范围内的大坝在震后应进行应急检查。对汶川地震后不同震中距水库震损统计，震中距0～40km、40～80 km、80～120 km、120～160 km、160～200 km及200 km以上范围内，水库震损比例分别约为100%、70%、50%、30%、20%、10%，其中溃坝险情主要集中在0～80 km，高危险情主要集中在40～120 km范围内。2008年8月30日，四川攀枝花市、凉山州交界处发生里氏6.1级地震，水库震损影响范围约60 km。

2.检查内容

根据水库震损险情特点，工程应急检查包括大坝、溢洪道、输泄水设施、闸门、近坝库岸、监测设施、通信、交通、备用电源、预警设施等，重点检查大坝、溢洪道、输水设施、泄水设施。水库当时的运行基本信息也是检查的重要内容。

（1）基本信息

基本信息包括有关环境量信息、大坝结构与运行状况信息等。具体包括当时的上下游水位、蓄水量、边坡比、水深比（水深与坝高之比）、震中距、坝址烈度、坝轴线方向与震中方位的夹角、当天降水量、泄流方式及下泄流量等。

（2）大 坝

①上游面。坝体上游面主要震损情况检查信息包括滑坡、裂缝、护坡损坏、塌陷、崩塌、漩涡以及冒泡等。其中，滑坡信息应包括滑坡位置、滑坡面积、滑坡面积比、滑动距离、滑坡体积、滑坡体积比等，裂缝信息包括裂缝位置、与坝轴线夹角以及裂缝的长度、宽度与深度等。

②坝顶。坝顶主要震损信息包括漫顶、纵向裂缝、横向裂缝、扭曲、塌陷、最大水平位移、最大沉降等。其中，漫顶信息包括洪水过坝顶高度、流量等，裂缝包括与坝轴线夹角、位置、长度、宽度以及深度等。坝顶防浪墙震损信息主要包括裂缝、倾斜、弯曲与倒塌等，其中，防浪墙裂缝又包括位置、长度、宽度、深度以及是否贯通等。

③下游面。坝体下游面震损检查信息包括渗漏、管涌、散浸、流土、滑坡、塌陷、纵横向裂缝以及排水沟与马道踏步的损坏情况等。其中，管涌信息应包括管涌的位置、流量等，散浸信息包括散浸的位置和程度，流土信息包括位置和现象，滑坡信息包括滑坡位置、面积、面积比、体积、体积比等，纵横向裂缝信息包括裂缝的位置、长度、宽度以及深度等。

④廊道。廊道的震损检查信息包括裂缝、剥落、排水孔、渗水、渗流量等。其中，裂缝信息包括裂缝的位置、长度、深度以及宽度等，剥落信息包括剥落位置和程度，排水孔信息包括位置和现象，渗水信息包括位置和程度等。

⑤坝趾。坝趾震损检查信息包括管涌、流土、排水棱体、喷砂冒水以及塌陷等。其中，管涌、流土与塌陷的检查信息与下游面的一样，排水棱体信息包括位置与现象，喷砂冒水信息包括位置和现象等。

⑥坝肩。坝肩震损检查信息包括裂缝、节理、崩塌、滑坡、管涌、流土以及接触冲刷等。

（3）溢洪道

溢洪道震损检查信息主要包括进水段、启闭设备、闸门、电源、边墙、桥梁、护坦、泄槽、底板、消力池、渠道、启闭机房等。如果溢洪道和泄水设施由于闸门、阀门或运行设备故障导致不能正常运行时，大坝就有溃坝的危险。闸门、阀门或运行设备的故障可能会导致支撑结构的沉降或移动，及闸门束缚或堆积物阻塞。如果怀疑发生了损伤，应在震后迅速校验闸门运行状况。地震也可能导致闸门自动开启。进水口上方的边坡滑坡会阻塞引水渠，地震可能引起溢洪道进口高程变化。滑坡也会破坏进水建筑物和相关的金属结构，如闸门、启门机和电动机。

（4）输水、泄水设施

输水建筑物震损检查信息包括进口段、启闭设备、闸门、管道、出口段、电器以及启闭机房等。坝体内穿坝输水建筑物与坝体接触安全性是震后检查的重要内容，检查其断裂、渗漏、接触冲刷及渗水浑浊程度等情况。安全泄洪洞震损检查包括进口段、闸门、洞室以及出口段等部位。

（5）其 他

具体包括近坝库岸崩岸、滑坡渗漏、安全监测设施、备用电源、应急通信设施以及交通等震损情况。地震可能造成库岸崩塌、滑坡渗漏、供电与交通故障，备用电源、应急通信与交通畅通对震后检查与应急处置将起到关键作用，安全监测设施的即时观测记录可为分析评估“地震对大坝安全影响”提供基础信息。

3.检查方法

（1）检查程序

水库震损有时并非立刻显现，可能在震后数天甚至更长时间，在余震等影响下显现，因此震后应急检查应持续一段时间，根据不同阶段特点进行检查与评估。检查程序可分3个阶段，包括即时检查、详细检查、后续检查。

①即时检查。即时检查是在地震发生后由大坝管理人员立即对大坝进行的检查。即时检查非常重要，当时的运行条件与表现，对工程安全评估及应急处置至关重要。管理人员通过检查，初步评估大坝震损情况，如发现大坝可能很快发生溃坝时，应立即采取必要的应急措施，如降低水位、发出预警、迅速将险情上报等，并对裂缝、渗漏等震损险情进行观测。通过泄水设施增加泄水量时应当特别小心，因为输水洞可能已产生破损，增加流量可能引起坝体与建筑物发生接触冲刷，甚至管涌破坏。同时应避免快速放水导致上游坡失稳，尤其是上游已发生变形及滑坡迹象的震损大坝。即时检查的记录对详细检查及机理震损研究将提供基础资料，即时检查记录包括工程震损情况、工程运行工况及环境条件。

②详细检查。详细检查是由大坝工程专业人员进行的。地震发生后，上级主管部门派出有关专家到达现场，向当地管理人员了解即时检查震损情况，查阅工程相关资料，实地勘察工程险情，判别工程震损程度，提出应急抢险方案，对后续检查及应急处置提出建议。

③后续检查。后续检查一般由水库管理人员或专业技术人员进行。根据详细检查提出的意见以及震损水库险情特点及其发展情况，定期进行巡视检查与监测，包括临时增设的监测设施，观测与记录大坝损伤的特征、位置和程度以及情况变化的速率。相关内容也应同时观测，如库水、尾水水位，天气状况，涌泉或渗漏等，以了解险情发展，判别是否产生新的险情，检查评估应急处置效果等。每次余震后应加强检查，以评估余震对大坝的影响。

（2）检查预案

针对每座水库大坝特点，准备一份应急检查预案是提高检查效率的重要手段，检查预案应包括检查人员、内容、路线、方法、记录与报告。为规范检查行为，提高检查信息量和为建立震损水库信息数据库提供基础，针对上述“应急检查”的内容，制定详细统一的检查表格，准确详细记录震损险情及相关信息（笔记、照片或视频可以用来帮助描述震损的特征和程度）。建立应急检查信息数据库对实现信息共享，为类似应急检查与处置、水库震损机理探讨提供技术支撑。

（3）检查人员与设备

检查人员的素质、对应急检查工作的认识和对相关知识的掌握，是保障应急检查效果的关键。水库大坝管理人员应接受过相关的培训并有必要的经验，以便在即时检查时可以准确评估大坝运行性态，判断大坝出现紧急状况的可能性。

应急检查除视觉检查外，配置必要的简易实用工具也是非常重要的，水库大坝应配备检查常见震损险情，如裂缝、渗漏、变形测量的便携式器具和材料。详细检查时，采取适当的无损检测与探测是有益的。发生严重的地震时，大坝管理者可能无法通过正常方式到达大坝现场，可采用图片、视频或其他非接触式测量方法进行测量。

（4）应急评估

应急检查的目的是评估大坝震损程度，制定科学、快速、简便的水库大坝震损程度综合评估体系是应急检查的重要内容。依据水库大坝震损险情特点，建立统一的震损水库大坝震损评价指标体系及其阈值，定性和定量评价水库大坝震损程度与险情等级，为震损水库大坝应急处置与排序提供技术支撑。

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