1、楊國范 第6章 安全性態綜合評判與決策6.1 概述6.2 安全性態綜合評判與決策6.3 水庫大壩安全鑒定6.4 病險水庫的除險加固6.1 概述 原型觀測資料的正分析、反演分析和反饋分析一般僅局限于單項物理量的觀測資料分析，即根據原型觀測資料（如變形、裂縫開合度、應力、揚壓力和滲流量等），在定性分析的基礎上，應用數學力學方法，建立各種數學模型，并進行反分析，然后用以監測大壩的工作性態。這種方法對監控大壩運行和評判大壩工作性態起到了一定作用。但是，由于大壩的工作條件復雜，特別是復雜地基上在建高拱壩以及病壩、險壩，僅用單項觀測量的數學模型進行分析，存在下列問題：（1）各個單項觀測量之間的關系，從表面

2、上看好像互為獨立，而實際上互相有一定關系，如變形、應力與裂縫開度以及揚壓力等之間互有影響。從而，單項分析有時將難于解釋某些異常現象。（2）發生事故的地點可能沒有埋設觀測設備。如：某重力壩的溢流壩面被沖壞事故，在事先就沒有預測到。因此，需要定期巡回檢查和目測。（3）影響水工建筑物安全的有些因素無法定量表示，如施工質量問題、混凝土老化和周圍環境變化等。（4）各個因素對建筑物的作用會轉化，如原來是次要影響因素的，隨著時間和環境的變化，可能轉化為主要影響因素。若不考慮這些因素，將得出不符合實際情況的結論。這在分析水工建筑物運行工況時也是常見的。6.2 安全性態綜合評判與決策 由于單項分析的局限性，我們

3、提出用綜合評判和決策來分析大壩等水工建筑物的工作性態。 綜合評判和決策是收集各種類型的資料(包括設計、施工、觀測與目測等資料），對這些資料進行不同層次的分析（包括單項分析、反饋分析、混合分析以及非確定性分析），找出荷載集和效應集之間的關系，拼出一幅綜合反映大壩運行的圖案。然后憑借專家的經驗和洞察力，運用歸納、演繹中的邏輯思維和非邏輯思維方式，經過推理評判，找出問題的由來，并以此提出防范決策或處理方案。上述過程可用網絡圖6-1表示。 從圖6-1中可以看出，綜合評判和決策的單項分析不同點是：應用專家的智能對各個觀測量進行綜合分析，分析現場目測，將一些難以用變量形式表示的隨機因素也列入分析對象，這樣

4、既抓住了主要影響因素，又能考慮一些次要影響因素或易被忽略的因素，借以全面評判大壩運行工況，決策防范措施。這在一定程度上具有人工專家系統的智能。因此，將綜合評判和決策稱為人工專家分析系統。6.3 水庫大壩安全鑒定 根據國務院發布的水庫大壩安全管理條例第22條的規定，水利部制定了水庫大壩安全鑒定辦法基本要求根據水利部制訂的水庫大壩安全鑒定辦法，本辦法適用于壩高15m以上或庫容100萬m3以上水庫的大壩。壩高小于15m或庫容在10萬m3100萬m3之間的小型水庫的大壩可參照執行。本辦法適用于水利部門及農村集體經濟組織管轄的大壩。其它部門管轄的大壩可參照執行。本辦法所稱大壩包括永久性擋水建筑物，以及與

5、其配合運用的泄洪、輸水和過船等建筑物。水庫大壩安全鑒定基本要求如下：（1）大壩安全鑒定實行分級負責：省級水行政主管部門審定大型水庫和影響縣城安全或壩高50m以上中型水庫的大壩安全鑒定意見；市（地）級水行政主管部門審定其它中型水庫和影響縣城安全或壩高30m以上小型水庫的大壩安全鑒定意見；縣級水行政主管部門審定其它小型水庫的大壩安全鑒定意見。流域機構審定其直屬水庫的大壩安全鑒定意見；水利部審定部直屬水庫的大壩安全鑒定意見。大壩主管部門（單位）負責組織所管轄大壩的安全鑒定工作；農村集體經濟組織所屬的大壩安全鑒定由所在鄉鎮人民政府負責組織（以下稱鑒定組織單位）。水庫管理單位協助鑒定組織單位做好安全鑒定

6、的有關工作。（2）大壩管理單位及其主管部門必須對大壩按期進行安全鑒定。大壩實行定期安全鑒定制度，首次安全鑒定應在竣工驗收后5年內進行，以后應每隔610年進行一次。運行中遭遇特大洪水、強烈地震、工程發生重大事故或出現影響安全的異常現象后，應組織專門的安全鑒定。安全鑒定內容 大壩安全鑒定工作通常包括對大壩的實際狀況進行安全性的分析評價和進行現場的安全檢查。 大壩安全鑒定主管部門應組織設計、施工、運行管理單位，或委托大壩安全管理單位、科研單位、高等院校對大壩安全進行分析評價，提出報告。分析評價報告主要包括以下各項;(1) 大壩洪水標準復核，包括水文和洪水調度計算的復核；(2) 大壩抗震復核，包括地震

7、烈度和大壩抗震的復核；(3) 大壩質量分析評價，包括施工期和大壩現狀質量分析；(4) 大壩結構穩定和滲流穩定分析，包括變形穩定分析；(5) 大壩運行情況的樣子，包括工程老化分析；(6) 大壩安全綜合分析，提出大壩安全論證總報告。大壩安全狀況分為三類，分類標準如下： 一類壩：實際抗御洪水標準達到防洪標準（GB50201-94）規定，大壩工作狀態正常；工程無重大質量問題，能按設計正常運行的大壩。 二類壩：實際抗御洪水標準不低于部頒水利樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標準，但達不到防洪標準（GB50201-94）規定；大壩工作狀態基本正常，在一定控制運用條件下能安全運行的大壩。 三類壩：實際抗御洪水

8、標準低于部頒水利樞紐工程除險加固近期非常運用洪水標準，或者工程存在較嚴重安全隱患，不能按設計正常運行的大壩。 大壩安全鑒定工作結束后，鑒定主管部門即應進行總結，并將總結和安全鑒定報告書報上級主管部門審查備案。鑒定資料成果均應存檔，長期妥善保管。 大壩主管部門和管理單位應根據安全鑒定結果、相應的運行意見和有關措施，對三類大壩，應立即立項，安排進行除險加固，限期脫險。在未除險加固前，大壩管理單位應制定保壩應急措施。安全鑒定的具體實施 大壩安全鑒定委員會（小組）應由大壩主管部門的代表、水庫法人單位的代表和從事水利水電專業技術工作的專家組成，并符合下列要求：（一）大型水庫和影響縣城安全或壩高50m以上

9、中型水庫的大壩安全鑒定委員會（小組）由9名以上專家組成，其中具有高級技術職稱的人數不得少于6名；其他中型水庫和影響縣城安全或壩高30m以上小型水庫的大壩安全鑒定委員會（小組）由7名以上專家組成，其中具有高級技術職稱的人數不得少于3名；其他小型水庫的大壩安全鑒定委員會（小組）由5名以上專家組成，其中具有高級技術職稱的人數不得少于2名；（二）大壩主管部門所在行政區域以外的專家人數不得少于大壩安全鑒定委員會（小組）組成人員的三分之一；（三）大壩原設計、施工、監理、設備制造等單位的在職人員以及從事過本工程設計、施工、監理、設備制造的人員總數不得超過大壩安全鑒定委員會（小組）組成人員的三分之一；（四）大

10、壩安全鑒定委員會（小組）應根據需要由水文、地質、水工、機電、金屬結構和管理等相關專業的專家組成。（五）大壩安全鑒定委員會（小組）組成人員應當遵循客觀、公正、科學的原則履行職責。專家組應包括下列各方面的人員：（1）大壩主管部門的技術負責人；（2）大壩運行管理單位的技術負責人和有關運行管理單位的專家；（3）有關科研單位或高等院校的專家；（4）有關科研單位或高等院校的專家；（5）有關大壩安全管理單位的專家。專家組中應含有水文、地質、水工、機電、金屬結構等各方面的專家。 大壩安全鑒定專家的資料應經上級大壩安全主管部門認可，認可辦法另行規定。 大、中型水庫大壩的安全鑒定工作應按下列基本程序進行，小型水庫

11、大壩的安全鑒定程序可適當簡化。（1）水庫大壩的安全鑒定主管部門下達安全鑒定任務，編制大壩安全鑒定工作計劃。（2）組織有關單位進行資料準備工作，對大壩安全進行分析評價，編寫分項分析評價報告和大壩安全論證總報告。（3）組織現場安全檢查，編寫現場安全檢查報告。（4）組建大壩安全鑒定專家組，審查安全分析評價報告、安全論證總報告和現場安全檢查報告，召開鑒定會議，討論并提出安全鑒定報告書。（5）編寫安全鑒定總結，上報和存檔。6.4 病險水庫的除險加固 常見病態 病險水庫存在的主要問題，一是防洪標準低，二是工程質量存在嚴重問題。關于防洪標準低的問題 根據工程的等級和規模等，要求達到國家規定的標準。從當前來看

12、，就是“78”標準（水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（山區、丘陵區部分）和“87”標準（水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（平原、濱海部分）。從水庫失事分析，防洪標準低的原因居首位。其中，主要是工程防洪標準未達到國家規定要求，其次是遭遇稀遇的超標準洪水。我國多數水庫是在20世紀50年代末60年代初建設起來的。當時大批水庫倉促上馬，多數水庫是在“邊勘測、邊設計、邊施工”情況下進行的。水文資料短缺，使設計洪水計算上也存在一些問題，一是水文資料系列短，一般都不到30年，用頻率計算外延百年、千年或更長，其結果很不可靠；二是缺少水文你資料，特別是中、小河流更少，借用附近河流或查閱大范圍最大暴雨等值線圖

13、，計算結果更難可靠。同時，大量的小型水庫并未經過正式設計，也未經過批準手續就修建起來，當然經不起洪水考驗，造成大量的垮壩失事。我國跨壩失事分析中，96%是小型水庫，也說明了這一問題。關于工程質量差的問題 在施工中，沒有實行“三制”，即項目法人制、工程招標投標制和工程監理制，盲目追求進度和工程數量，忽視了質量，在工程中留下了隱患。除險加固的工程措施 提高防洪標準工程措施：1）適當加高大壩，增加調蓄能力：適當加高大壩，可以較大地增加庫容，加大調蓄能力，提高防洪標準。它的優點是削減洪峰作用較大，對水庫下游危害影響較小。2）加大泄洪設施，增加泄洪流量：為了提高水庫防洪標準，也可擴大泄洪設施，加大泄洪能

14、力。除挖掘已有泄洪建筑物潛力外，可在原溢洪道上擴寬或加深。當有困難且又有條件時，也可新建溢洪道，增加泄洪能力。3）加高壩和擴大溢洪道泄量相結合，提高水庫防洪標準：這一措施既可以減小增加壩的高度，又可增加泄量，水庫上下游兼顧，在實踐中，也較多采用。關于工程質量的問題 土石壩的工程質量問題具體表現在滲漏、滑坡和裂縫。概括起來，主要是防滲加固問題。一般處理防滲的原則是“上堵下排”。1）混凝土防滲墻：它的機理是使用專用機（烏卡斯鉆機），在已建成的壩體或覆蓋層透水地地基中建造槽型孔，以泥漿固壁，并利用高壓泵將泥漿壓入孔底，攜帶巖渣，再從孔底回流到地面。然后采用直升導管，向槽孔內澆筑混凝土，形成連續的混凝

15、土墻，起到防滲目的。2）高壓噴射灌漿防滲：它的機理是：按設計布孔，將噴射管置于孔內（內含水管、水泥管和風管），由噴射出的高壓射流沖切破壞土體，同時隨噴射流導入水泥漿液與被沖切土體滲流攪，噴嘴上提，漿液凝固，在地基中按設計的方向、深度。厚度及結構形式與地基結合成緊密的凝結體，起到防滲作用。3）劈裂灌漿防滲：它的機理是：在過去重力灌漿的基礎上，在土壩中采取劈裂灌漿，使用一定壓力，講壩體沿壩軸線小主應力面劈開，灌注泥漿，并使漿壩互壓，最后形成1050cm厚的連續泥墻，達到了防滲目的。它的優點是可以就地取材，施工簡便，投資省，功效高，較快地得到推廣。4）倒掛井防滲墻：它的機理是：在土石壩均質壩和心墻壩

16、的防滲體中用人工開挖井孔，先在壩頂井口澆筑鎖口梁，以固定井口位置，然后由上向下逐段開挖，逐段澆筑混凝土圈。它的優點是單井施工，土拱作用，土壓力小。施工安全度高。同時，單井工程量小，相應設備易解決。缺點是：由于防滲墻接縫較多，副井開挖后，澆筑圈墻時，要鑿除主井接觸部位混凝土，施工困難，影響進度，也不容易保證質量。這種方法，比單井施工簡少了接縫，保證了施工質量。同時，利用土拱作用，施工安全，質量有保證。混凝土防滲墻興建后，上下游測壓管水位較修建前有了顯著的變化，達到了防滲的目的。5）沖抓套井黏土回填防滲墻：它的機理是：利用沖抓式打井機具，在土壩或堤防滲漏范圍的防滲體中造孔，用黏性土料分層回填夯實，

17、形成一個連續的黏土防滲墻。同時，在回填夯擊時，對井壁土層擠壓。使其井孔周圍土體密實，提高壩體質量，從而達到防滲加固的目的。6）土工合成材料防滲：它的機理是：土工合成材料從水力特性可分為不透水的土工膜或土工復合膜和透水的土工織物。前者可以代替防滲體，起到截滲隔水作用，后者可以代替砂礫石反濾料，起到排水和反濾作用。它的重量輕，運輸量小，鋪設方便，重疊部位可以黏結或焊接，比黏土防滲和砂礫石料排滲節省造價，縮短工期，容易保證施工質量。7）射水造孔澆筑混凝土防滲墻：具體施工方法是：利用高壓水泵及成型器中射流的沖擊力破壞土層結構，水土混合回流泥沙溢出地面。同時利用卷揚機操縱成型器不斷上下沖動，進一步破壞土層，切割休整孔壁，造成有規格的槽孔，且用一定濃度的泥漿固壁，隨后采用常規的水下混凝土澆筑，建成混凝土或鋼