震灾受损水利工程案例及修复技术简述

［摘要］我国是地震多发区，尤其是水利工程集中的川滇地区。震灾可能导致大坝整体性降 低，引起大量裂缝、滑坡、沉陷和位移、地基液化，致使坝体失稳，重者可致垮坝；震灾对 泄水建筑物也会造成一定危害。震灾不仅危及水利工程本身，而且给工程下游地区造成严重 威胁。本文根据国内外相关文献资料，阐述了地震对水利工程尤其是土石坝可能产生的危害， 分析总结了在地震灾害中受损水利工程的典型案例，特别是总结了一部分实用的及时补救措 施及修复技术，并建议根据水利工程的重要程度建立相应的突发事故预警和应对修复机制。
　　［关键词］：水利工程，大坝，地震，修复技术
　　Abstract Earthquakes frequently occur in China， especially in the Sichuan-Yunnan region where dense hydro projects are constructed. Acting as external forces， earthquakes can decrease the integrity of the dams， cause dam cracks， landslide， settlement and displacement， foundation liquefaction， resulting in dam instability or even dam failure， as well as the damage of outlet structures. Besides the damage of hydro projects， seismic activities also threaten the downstream area. Based on the existing literature data in domestic and abroad， this paper introduces the seismic disasters regarding hydro projects， especially the soil and rockfill dams. Some practical remedial measures and repairing techniques are summarized by analyzing some typical cases. Suggestions are proposed to construct the pre-warning system and corresponding repair technologies according to the importance of the hydro projects. Keywords： hydro projects， dam， earthquake， repairing techniques
　　1. 概述
　　我国地处世界上两个地震集中发生地带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地 震较多，大多是发生在大陆的浅源地震，震源深度在 20km 以内。位于青藏高原南缘的川滇 地区，主要发育有北西向的鲜水河-安宁河-小江断裂、金沙江-红河断裂、怒江-澜沧江断裂 和北东向的龙门山-锦屏山-玉龙雪山断裂等大型断裂带[1].该区新构造活动剧烈，绝大多数 属构造地震，地震活动频度高、强度大，是中国大陆最显著的强震活动区域[2].而西南地区蕴藏了我国 68％的水力资源，水利工程较多，且主要集中在川滇地区。据2005 年数据，四川省有大中小型水库约 6000 余座[3].2008 年5月12日的四川省汶川大地 震，初步统计，已导致 803 座水库出险，受损的大型水库有紫坪铺电站和鲁班水库，中型水库 36 座，小一型水库 154 座，小二型水库 611 座[3].此外，地震还致使湖北和重庆地区各79 座水库出现险情[4，5]. 为保证水利工程的安全运行，地震之后及时对水利工程进行检测，并对受损工程进行监测和修复是必要的。有关震灾受损水利工程修复方面的文献不多，散见于各种期刊或研究报 告，为便于应用参考，本文搜集、筛选了一些震灾受损水利工程的案例，并对一些实用技术 进行了介绍。
　　2. 地震对水利工程的危害
　　由于地震烈度、地震形态以及水库本身工程质量的不同，地震对于水利工程的危害也有 所区别。高建国[6]对我国因地震受损水利工程进行分类整理，认为水库坝体险情主要可分为3 级：1 级，一般性破坏，不产生渗漏；2 级，严重性破坏，坝体开裂渗漏；3 级，垮坝（崩 塌），水库水全部流走。
　　我国因地震引起的水库垮坝并不多见，总结国内外地震对水利工程的危害，主要有以下 几种形式：2.1 坝体裂缝地震作为外力荷载将会导致大坝尤其是土石坝整体性降低，防渗结构破坏，引起大量裂 缝。地震会产生水平和垂直两个方向的运动，并使周期性荷载增大，坝体和坝基中可能会形 成过高的孔隙水压力，从而导致抗剪强度与变形模量的降低，引起永久性（塑性）变形的累 积，进而导致坝体沉降与坝顶裂开。
　　2003 年10月甘肃民乐—山丹6.1级地震引起双树寺水库大坝、翟寨子水库大坝，坝顶均出现一条纵向裂缝，长约 401~560m，宽度 2cm 左右，并有多处不同长度断续裂缝，防浪墙局部错动约 0.5cm.大坝右侧出现山体滑坡，形成长条带及凹陷，滑坡长 37m 左右， 凹陷坑深 2.5~3m、宽 7m 左右，凹陷处上部山体有多条斜向裂缝，缝宽 20cm 左右。李桥水 库坝顶有纵向裂缝，多处缝宽在 2~5mm，其中一条长约 100m 左右，出现横向贯通裂缝， 防浪墙出现多处竖向裂缝。这些裂缝在坝体漏水、自然降水和温度作用下，又将产生新的冻 融、冻胀破坏，影响大坝的整体性和稳定[7].托洪台水库位于新疆布尔津县境内，1995 年被列为险库，1996 年新疆阿勒泰地震（6.1 级），使拦水坝出现 10 处横向裂缝，3 处纵向裂缝，最宽处达 16 cm，长 17 m，防浪墙垂直 裂缝 27 处。经评估，水库震后只能在低水位运行，致使发电系统瘫痪，同时对于下游构成 潜在威胁[6].岷江上的紫坪铺水利工程位于都江堰市与汶川县交界处，2006 年投产，是中国实施西 部大开发首批开工建设的十大标志性工程之一。2008 年 5 月 12 日的汶川地震造成紫坪铺大 坝面板发生裂缝，厂房等其他建筑物墙体发生垮塌，局部沉陷，整个电站机组全部停机。[3]. 此外，地震对泄水输水建筑物也将造成巨大危害。2003 年 8 月 16 日赤峰发生里氏 5.9 级地震，使沙那水库混凝土泄洪灌溉洞产生纵向裂缝，长 15m，裂缝 15mm；环向裂缝22m，裂缝宽度 1.8mm；洞出口消力池两侧边墙产生竖向裂缝，总长 15m，裂缝宽度 25mm.大冷山水库溢洪道两侧导流墙产生裂缝，以纵向裂缝为主，缝宽 12mm[8]. 2.2 坝体失稳地震可能引起坝基液化，从而导致大坝失稳。地震时，受到周期性或波动性荷载作用， 土石坝内土体将产生递增的孔隙水压力和递增的变形。粘性土体构成的土石坝在地震中相对 安全。但相对密度低于 75%的粉砂土和砂土，在几个循环之后孔隙水压力就会显著上升， 当达到危险应力水平时，土体在周期性荷载作用下显示出极大的变形位移，坝内土体就会呈 现出液化的流态，导致坝体失稳[9].喀什一级大坝 1982 年施工时，其坝体及防渗墙都未进行碾压，致使密实度降低，1985年地震时，由于液化和沉陷，导致该坝整体失稳破坏。