大壩震害成因及處理措施淺析

　　汶川大地震導(dǎo)致四川水庫大壩的巨大損害，帶來了巨額經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)核查，有的水庫震害十分嚴(yán)重，出現(xiàn)潰壩險(xiǎn)情，需緊急搶險(xiǎn)；部分大壩因地震成為高危病壩，需緊急進(jìn)行除險(xiǎn)加固。筆者作為水利部抗震救災(zāi)指揮部前方領(lǐng)導(dǎo)小組工作組成員，參與了災(zāi)區(qū)30多座危壩的現(xiàn)場核查，結(jié)合現(xiàn)場情況，對水工建筑物震害類型和成因進(jìn)行淺析。
　　1. 裂縫
　　裂縫是最常見的震害，在四川地震水庫核查中，核查過的所有大壩及附屬建筑物都出現(xiàn)了不同程度的裂縫，有的裂縫十分嚴(yán)重，成為危及大壩安全的主要因素。
　　大壩裂縫根據(jù)分布形式，又可分為縱向裂縫和橫向裂縫�？v向裂縫是沿壩軸方向的裂縫，多位于壩頂中部，少數(shù)則出現(xiàn)在壩頂附近的上下游側(cè)。大壩因地震往往產(chǎn)生上下游方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)在壩體內(nèi)產(chǎn)生上下游方向的拉應(yīng)力，由于土石壩材料不能抵抗拉力，就會(huì)產(chǎn)生縱縫。由于離基礎(chǔ)越高震動(dòng)幅度越大，所以縱向裂縫多出現(xiàn)在壩的高部、壩頂附近。具體縱向裂縫的開度及嚴(yán)重程度，除了與大壩所在位置的地震烈度有關(guān)外，還與壩址區(qū)的震動(dòng)方向、壩體厚度、大壩自震頻率等結(jié)構(gòu)特性、大壩與基礎(chǔ)的材料特性等因素有關(guān)，故定量影響應(yīng)根據(jù)具體情況分析。
　　壩體的另一種常見裂縫是橫縫，即垂直于壩軸向的裂縫。當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ卮髩沃芫�傳播時(shí)，會(huì)引起壩軸向的拉應(yīng)力，從而引起垂直于大壩軸向的橫縫。由于與上下游方向相比，大壩軸向尺度大，且有兩岸壩肩的約束，因此橫縫寬度一般小于縱縫。另外，當(dāng)大壩遇到上下游方向的震動(dòng)且壩體各部位變形不同步時(shí)，會(huì)出現(xiàn)剪切型橫向裂縫。
　　縱向和橫向裂縫都會(huì)危害壩體的整體性，降低大壩的承載力。橫縫會(huì)剪斷或拉裂防滲體，當(dāng)深度較大時(shí)會(huì)引起壩體滲漏，從而危及大壩安全，因此應(yīng)特別重視。從本次核查的大壩情況來看，縱縫的數(shù)量和規(guī)模都遠(yuǎn)大于橫縫，大部分縱縫都是壩頂附近的淺表裂縫，不會(huì)危及大壩安全。但是部分大壩的縱縫寬度大、條數(shù)多，最大的寬度已經(jīng)達(dá)到60~70cm，有的壩在壩頂附近有4~5條縱縫，這種情況往往為滑坡前兆，有的甚至已經(jīng)出現(xiàn)了滑坡，大壩已經(jīng)相當(dāng)危險(xiǎn)。另外，壩上下游側(cè)的裂縫要特別注意，如果縫寬較大、且上下游縫面有錯(cuò)動(dòng)跡象，也是滑坡的初期表現(xiàn)，應(yīng)采取緊急措施。本次筆者參與核查的30多座危壩，有5座屬于這種情況，已存在潰壩風(fēng)險(xiǎn)，需要緊急搶險(xiǎn)。
　　其他如溢洪道襯砌、閘墩、泄洪洞豎井、壩頂護(hù)欄、防浪墻、防水道臥管、泄洪洞邊墻底板、廠房等用剛性材料建成的水工建筑物也容易因地震出現(xiàn)裂縫，對工程的運(yùn)行和安全帶來不利影響。
　　對于壩體裂縫的處理，首先要將裂縫周圍一定范圍挖除，回填粘土后夯實(shí)，并做一個(gè)魚背，然后用塑料布覆蓋，避免下雨時(shí)雨水滲入裂縫引起進(jìn)一步破壞。對于有滑坡跡象的大壩，應(yīng)采用拋石壓腳、砌石壓腳的方式增加壩坡的穩(wěn)定。對于危壩，都應(yīng)控制水庫水位，對于有上游滑坡危險(xiǎn)的，還應(yīng)注意控制水位下降速度。其他建筑物的裂縫，則應(yīng)視具體情況加固。
　　2. 滑坡
　　滑坡是大壩嚴(yán)重的地震災(zāi)害，1976年唐山地震時(shí)，就曾引起北京密云水庫大壩的滑坡。在本次筆者參與核查的30多座水庫中，有3座上游已經(jīng)發(fā)生了滑坡，有3座出現(xiàn)滑坡跡象，另有5~6座有滑坡風(fēng)險(xiǎn)。其中發(fā)生滑坡的3座中，有2座是六邊形混凝土預(yù)制板護(hù)坡，另一座為均質(zhì)土壩，上游壩坡出現(xiàn)了20~30cm的開裂、30~50cm的下挫。出現(xiàn)滑坡后大壩的擋水?dāng)嗝孀冃。�危及大壩安全，如果是粘土斜墻壩的上游出現(xiàn)滑坡，則會(huì)破壞防滲體，引起大壩潰破。
　　地震引起滑坡的原因主要有兩個(gè)，一是豎向震動(dòng)，當(dāng)大壩向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，土體受到的向下的體積力增大，相當(dāng)于土體的重度增大，從而使坡向下滑力增大而引起滑坡；另一個(gè)是當(dāng)壩體向下游加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，庫水對坡面由壓力轉(zhuǎn)為吸力，壩內(nèi)土體如果含水，壩內(nèi)水則會(huì)對土體施加向上游的作用力，引起上游壩坡下滑。
　　從所核查的30多座大壩看，此次地震中混凝土預(yù)制塊護(hù)坡出現(xiàn)滑坡的比例較高，3座中2座出現(xiàn)了滑坡，比例為66%.其中一座為心墻堆石壩，上游壩坡為1：1.7；另一座為均質(zhì)壩，上游壩坡為1：2.0.分析混凝土預(yù)制面板護(hù)坡產(chǎn)生滑坡比例較高的原因發(fā)現(xiàn)：1）護(hù)坡不能防滲，護(hù)坡內(nèi)的水位與庫水位持平；2）護(hù)坡不能快速排水，地震時(shí)庫水和壩體出現(xiàn)相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，面板內(nèi)水壓力增大導(dǎo)致面板下滑和滑坡；3）坡度相對較陡，另一座未出現(xiàn)破壞的預(yù)制板護(hù)坡壩的壩坡為1：2.5，坡度緩于出現(xiàn)問題的2座。因此，從抗震的角度來看，混凝土預(yù)制塊護(hù)坡是否為一種好的護(hù)坡結(jié)構(gòu)，值得進(jìn)一步探討。
　　大壩滑坡的緊急處理，可采用壓腳的方法，即采用庫內(nèi)拋石（上游滑坡）或坡腳砌石的方法，阻止邊坡的下滑。
　　3. 漏水
　　地震發(fā)生后，壩體內(nèi)部出現(xiàn)貫穿裂縫、壩肩和壩基基巖松動(dòng)、泄放水設(shè)施的四周出現(xiàn)裂縫等，都會(huì)導(dǎo)致壩下游滲水量增大或出現(xiàn)新的漏水點(diǎn)。如果漏滲水點(diǎn)位于壩內(nèi)，則可能在壩內(nèi)形成貫通的漏滲水通道，隨著漏滲水不斷帶走壩體土顆粒，從而使?jié)B漏通道不斷加大，造成管涌流土等，最終使壩體潰決。因此，壩內(nèi)的漏滲水是壩體安全的大敵，需十分重視。判斷是否有壩體漏水，一是看漏水位置，如果漏水點(diǎn)位于下游壩坡，則壩體漏水的可能性很大。另一點(diǎn)是看漏水的渾濁程度，如果是渾水，則可能是壩內(nèi)漏水，要高度重視。其他地方的漏水會(huì)影響蓄水，一般對壩體影響不大，但也要看漏水的具體位置。如某芯墻壩放空底孔出現(xiàn)較大的集中漏水，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)位于芯墻上游的漿砌石洞壁，不會(huì)影響大壩安全。另一座水庫壩下多出滲水，震后滲水量明顯增大，但是滲水清澈，初步鑒定為壩基巖體和繞壩滲流，對大壩安全影響較小。此次核查的30多座壩中，尚未發(fā)現(xiàn)危害嚴(yán)重的壩體滲漏。
　　對于壩身出現(xiàn)滲水的，應(yīng)緊急堵漏。其他滲水嚴(yán)重的壩，應(yīng)抓緊研究防滲處理措施。
　　對于沙土和沙壤土，地震時(shí)還會(huì)引起液化。本次核查的大壩中未見液化破壞，只是個(gè)別壩因震動(dòng)出現(xiàn)了壩體土松動(dòng)現(xiàn)象。
　　據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，此次地震中破壞嚴(yán)重出現(xiàn)高危以上險(xiǎn)情的壩，絕大多數(shù)為80年代以前建設(shè)的小2型水庫，新建的或規(guī)模較大的水庫受損較輕。說明按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)施工和嚴(yán)格管理的大壩，具有較高的抗震能力。