水工建筑物安全监测与控制第6章

1、杨国范 第6章 安全性态综合评判与决策6.1 概述6.2 安全性态综合评判与决策6.3 水库大坝安全鉴定6.4 病险水库的除险加固6.1 概述 原型观测资料的正分析、反演分析和反馈分析一般仅局限于单项物理量的观测资料分析，即根据原型观测资料（如变形、裂缝开合度、应力、扬压力和渗流量等），在定性分析的基础上，应用数学力学方法，建立各种数学模型，并进行反分析，然后用以监测大坝的工作性态。这种方法对监控大坝运行和评判大坝工作性态起到了一定作用。但是，由于大坝的工作条件复杂，特别是复杂地基上在建高拱坝以及病坝、险坝，仅用单项观测量的数学模型进行分析，存在下列问题：（1）各个单项观测量之间的关系，从表面

2、上看好像互为独立，而实际上互相有一定关系，如变形、应力与裂缝开度以及扬压力等之间互有影响。从而，单项分析有时将难于解释某些异常现象。（2）发生事故的地点可能没有埋设观测设备。如：某重力坝的溢流坝面被冲坏事故，在事先就没有预测到。因此，需要定期巡回检查和目测。（3）影响水工建筑物安全的有些因素无法定量表示，如施工质量问题、混凝土老化和周围环境变化等。（4）各个因素对建筑物的作用会转化，如原来是次要影响因素的，随着时间和环境的变化，可能转化为主要影响因素。若不考虑这些因素，将得出不符合实际情况的结论。这在分析水工建筑物运行工况时也是常见的。6.2 安全性态综合评判与决策 由于单项分析的局限性，我们

3、提出用综合评判和决策来分析大坝等水工建筑物的工作性态。 综合评判和决策是收集各种类型的资料(包括设计、施工、观测与目测等资料），对这些资料进行不同层次的分析（包括单项分析、反馈分析、混合分析以及非确定性分析），找出荷载集和效应集之间的关系，拼出一幅综合反映大坝运行的图案。然后凭借专家的经验和洞察力，运用归纳、演绎中的逻辑思维和非逻辑思维方式，经过推理评判，找出问题的由来，并以此提出防范决策或处理方案。上述过程可用网络图6-1表示。 从图6-1中可以看出，综合评判和决策的单项分析不同点是：应用专家的智能对各个观测量进行综合分析，分析现场目测，将一些难以用变量形式表示的随机因素也列入分析对象，这样

4、既抓住了主要影响因素，又能考虑一些次要影响因素或易被忽略的因素，借以全面评判大坝运行工况，决策防范措施。这在一定程度上具有人工专家系统的智能。因此，将综合评判和决策称为人工专家分析系统。6.3 水库大坝安全鉴定 根据国务院发布的水库大坝安全管理条例第22条的规定，水利部制定了水库大坝安全鉴定办法基本要求根据水利部制订的水库大坝安全鉴定办法，本办法适用于坝高15m以上或库容100万m3以上水库的大坝。坝高小于15m或库容在10万m3100万m3之间的小型水库的大坝可参照执行。本办法适用于水利部门及农村集体经济组织管辖的大坝。其它部门管辖的大坝可参照执行。本办法所称大坝包括永久性挡水建筑物，以及与

5、其配合运用的泄洪、输水和过船等建筑物。水库大坝安全鉴定基本要求如下：（1）大坝安全鉴定实行分级负责：省级水行政主管部门审定大型水库和影响县城安全或坝高50m以上中型水库的大坝安全鉴定意见；市（地）级水行政主管部门审定其它中型水库和影响县城安全或坝高30m以上小型水库的大坝安全鉴定意见；县级水行政主管部门审定其它小型水库的大坝安全鉴定意见。流域机构审定其直属水库的大坝安全鉴定意见；水利部审定部直属水库的大坝安全鉴定意见。大坝主管部门（单位）负责组织所管辖大坝的安全鉴定工作；农村集体经济组织所属的大坝安全鉴定由所在乡镇人民政府负责组织（以下称鉴定组织单位）。水库管理单位协助鉴定组织单位做好安全鉴定

6、的有关工作。（2）大坝管理单位及其主管部门必须对大坝按期进行安全鉴定。大坝实行定期安全鉴定制度，首次安全鉴定应在竣工验收后5年内进行，以后应每隔610年进行一次。运行中遭遇特大洪水、强烈地震、工程发生重大事故或出现影响安全的异常现象后，应组织专门的安全鉴定。安全鉴定内容 大坝安全鉴定工作通常包括对大坝的实际状况进行安全性的分析评价和进行现场的安全检查。 大坝安全鉴定主管部门应组织设计、施工、运行管理单位，或委托大坝安全管理单位、科研单位、高等院校对大坝安全进行分析评价，提出报告。分析评价报告主要包括以下各项;(1) 大坝洪水标准复核，包括水文和洪水调度计算的复核；(2) 大坝抗震复核，包括地震

7、烈度和大坝抗震的复核；(3) 大坝质量分析评价，包括施工期和大坝现状质量分析；(4) 大坝结构稳定和渗流稳定分析，包括变形稳定分析；(5) 大坝运行情况的样子，包括工程老化分析；(6) 大坝安全综合分析，提出大坝安全论证总报告。大坝安全状况分为三类，分类标准如下： 一类坝：实际抗御洪水标准达到防洪标准（GB50201-94）规定，大坝工作状态正常；工程无重大质量问题，能按设计正常运行的大坝。 二类坝：实际抗御洪水标准不低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，但达不到防洪标准（GB50201-94）规定；大坝工作状态基本正常，在一定控制运用条件下能安全运行的大坝。 三类坝：实际抗御洪水

8、标准低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准，或者工程存在较严重安全隐患，不能按设计正常运行的大坝。 大坝安全鉴定工作结束后，鉴定主管部门即应进行总结，并将总结和安全鉴定报告书报上级主管部门审查备案。鉴定资料成果均应存档，长期妥善保管。 大坝主管部门和管理单位应根据安全鉴定结果、相应的运行意见和有关措施，对三类大坝，应立即立项，安排进行除险加固，限期脱险。在未除险加固前，大坝管理单位应制定保坝应急措施。安全鉴定的具体实施 大坝安全鉴定委员会（小组）应由大坝主管部门的代表、水库法人单位的代表和从事水利水电专业技术工作的专家组成，并符合下列要求：（一）大型水库和影响县城安全或坝高50m以上

9、中型水库的大坝安全鉴定委员会（小组）由9名以上专家组成，其中具有高级技术职称的人数不得少于6名；其他中型水库和影响县城安全或坝高30m以上小型水库的大坝安全鉴定委员会（小组）由7名以上专家组成，其中具有高级技术职称的人数不得少于3名；其他小型水库的大坝安全鉴定委员会（小组）由5名以上专家组成，其中具有高级技术职称的人数不得少于2名；（二）大坝主管部门所在行政区域以外的专家人数不得少于大坝安全鉴定委员会（小组）组成人员的三分之一；（三）大坝原设计、施工、监理、设备制造等单位的在职人员以及从事过本工程设计、施工、监理、设备制造的人员总数不得超过大坝安全鉴定委员会（小组）组成人员的三分之一；（四）大

10、坝安全鉴定委员会（小组）应根据需要由水文、地质、水工、机电、金属结构和管理等相关专业的专家组成。（五）大坝安全鉴定委员会（小组）组成人员应当遵循客观、公正、科学的原则履行职责。专家组应包括下列各方面的人员：（1）大坝主管部门的技术负责人；（2）大坝运行管理单位的技术负责人和有关运行管理单位的专家；（3）有关科研单位或高等院校的专家；（4）有关科研单位或高等院校的专家；（5）有关大坝安全管理单位的专家。专家组中应含有水文、地质、水工、机电、金属结构等各方面的专家。 大坝安全鉴定专家的资料应经上级大坝安全主管部门认可，认可办法另行规定。 大、中型水库大坝的安全鉴定工作应按下列基本程序进行，小型水库

11、大坝的安全鉴定程序可适当简化。（1）水库大坝的安全鉴定主管部门下达安全鉴定任务，编制大坝安全鉴定工作计划。（2）组织有关单位进行资料准备工作，对大坝安全进行分析评价，编写分项分析评价报告和大坝安全论证总报告。（3）组织现场安全检查，编写现场安全检查报告。（4）组建大坝安全鉴定专家组，审查安全分析评价报告、安全论证总报告和现场安全检查报告，召开鉴定会议，讨论并提出安全鉴定报告书。（5）编写安全鉴定总结，上报和存档。6.4 病险水库的除险加固 常见病态 病险水库存在的主要问题，一是防洪标准低，二是工程质量存在严重问题。关于防洪标准低的问题 根据工程的等级和规模等，要求达到国家规定的标准。从当前来看

12、，就是“78”标准（水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）和“87”标准（水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（平原、滨海部分）。从水库失事分析，防洪标准低的原因居首位。其中，主要是工程防洪标准未达到国家规定要求，其次是遭遇稀遇的超标准洪水。我国多数水库是在20世纪50年代末60年代初建设起来的。当时大批水库仓促上马，多数水库是在“边勘测、边设计、边施工”情况下进行的。水文资料短缺，使设计洪水计算上也存在一些问题，一是水文资料系列短，一般都不到30年，用频率计算外延百年、千年或更长，其结果很不可靠；二是缺少水文你资料，特别是中、小河流更少，借用附近河流或查阅大范围最大暴雨等值线图

13、，计算结果更难可靠。同时，大量的小型水库并未经过正式设计，也未经过批准手续就修建起来，当然经不起洪水考验，造成大量的垮坝失事。我国跨坝失事分析中，96%是小型水库，也说明了这一问题。关于工程质量差的问题 在施工中，没有实行“三制”，即项目法人制、工程招标投标制和工程监理制，盲目追求进度和工程数量，忽视了质量，在工程中留下了隐患。除险加固的工程措施 提高防洪标准工程措施：1）适当加高大坝，增加调蓄能力：适当加高大坝，可以较大地增加库容，加大调蓄能力，提高防洪标准。它的优点是削减洪峰作用较大，对水库下游危害影响较小。2）加大泄洪设施，增加泄洪流量：为了提高水库防洪标准，也可扩大泄洪设施，加大泄洪能

14、力。除挖掘已有泄洪建筑物潜力外，可在原溢洪道上扩宽或加深。当有困难且又有条件时，也可新建溢洪道，增加泄洪能力。3）加高坝和扩大溢洪道泄量相结合，提高水库防洪标准：这一措施既可以减小增加坝的高度，又可增加泄量，水库上下游兼顾，在实践中，也较多采用。关于工程质量的问题 土石坝的工程质量问题具体表现在渗漏、滑坡和裂缝。概括起来，主要是防渗加固问题。一般处理防渗的原则是“上堵下排”。1）混凝土防渗墙：它的机理是使用专用机（乌卡斯钻机），在已建成的坝体或覆盖层透水地地基中建造槽型孔，以泥浆固壁，并利用高压泵将泥浆压入孔底，携带岩渣，再从孔底回流到地面。然后采用直升导管，向槽孔内浇筑混凝土，形成连续的混凝

15、土墙，起到防渗目的。2）高压喷射灌浆防渗：它的机理是：按设计布孔，将喷射管置于孔内（内含水管、水泥管和风管），由喷射出的高压射流冲切破坏土体，同时随喷射流导入水泥浆液与被冲切土体渗流搅，喷嘴上提，浆液凝固，在地基中按设计的方向、深度。厚度及结构形式与地基结合成紧密的凝结体，起到防渗作用。3）劈裂灌浆防渗：它的机理是：在过去重力灌浆的基础上，在土坝中采取劈裂灌浆，使用一定压力，讲坝体沿坝轴线小主应力面劈开，灌注泥浆，并使浆坝互压，最后形成1050cm厚的连续泥墙，达到了防渗目的。它的优点是可以就地取材，施工简便，投资省，功效高，较快地得到推广。4）倒挂井防渗墙：它的机理是：在土石坝均质坝和心墙坝

16、的防渗体中用人工开挖井孔，先在坝顶井口浇筑锁口梁，以固定井口位置，然后由上向下逐段开挖，逐段浇筑混凝土圈。它的优点是单井施工，土拱作用，土压力小。施工安全度高。同时，单井工程量小，相应设备易解决。缺点是：由于防渗墙接缝较多，副井开挖后，浇筑圈墙时，要凿除主井接触部位混凝土，施工困难，影响进度，也不容易保证质量。这种方法，比单井施工简少了接缝，保证了施工质量。同时，利用土拱作用，施工安全，质量有保证。混凝土防渗墙兴建后，上下游测压管水位较修建前有了显著的变化，达到了防渗的目的。5）冲抓套井黏土回填防渗墙：它的机理是：利用冲抓式打井机具，在土坝或堤防渗漏范围的防渗体中造孔，用黏性土料分层回填夯实，

17、形成一个连续的黏土防渗墙。同时，在回填夯击时，对井壁土层挤压。使其井孔周围土体密实，提高坝体质量，从而达到防渗加固的目的。6）土工合成材料防渗：它的机理是：土工合成材料从水力特性可分为不透水的土工膜或土工复合膜和透水的土工织物。前者可以代替防渗体，起到截渗隔水作用，后者可以代替砂砾石反滤料，起到排水和反滤作用。它的重量轻，运输量小，铺设方便，重叠部位可以黏结或焊接，比黏土防渗和砂砾石料排渗节省造价，缩短工期，容易保证施工质量。7）射水造孔浇筑混凝土防渗墙：具体施工方法是：利用高压水泵及成型器中射流的冲击力破坏土层结构，水土混合回流泥沙溢出地面。同时利用卷扬机操纵成型器不断上下冲动，进一步破坏土层，切割休整孔壁，造成有规格的槽孔，且用一定浓度的泥浆固壁，随后采用常规的水下混凝土浇筑，建成混凝土或钢