重力坝结构安全评价

聂广明（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

重力坝结构安全评价

聂广明
（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

介绍了DL/T5313-2014《水电站大坝运行安全评价导则》中有关重力坝结构安全评价的内容、依据、方法和标准，重力坝在已往定检中的评价结果，发现的主要病症与治理措施。

重力坝；定检；评价；病症；治理

1　重力坝结构安全评价

1.1评价对象、依据、方法和内容

重力坝结构安全评价对象包括以重量维持稳定的混凝土、碾压混凝土、砌石重力坝、河床式厂房、混凝土闸坝、通航建筑物上闸首、导流洞堵头及其他永久的挡水封堵结构。

评价依据是现行设计规范、经主管部门审查认可的特定工程设计指标、工程经验类比。

评价方法有资料复查、现场检查、专题研究（包括设计复核、施工质量复查、专项检查、补充勘察和试验等）。

评价内容为坝体结构、坝基处理和运行性态。如混凝土重力坝、砌石重力坝安全评价内容包括：（1）坝体布置、坝顶和防浪墙顶高程、坝体混凝土分区、廊道布置、坝体分缝、止水和排水等构造的合理性；（2）坝体沿建基面、折坡处截面或碾压混凝土层面的抗滑稳定，沿坝基软弱结构面或缓倾角结构面的深层抗滑稳定，岸坡坝段的侧向稳定；（3）建基面和折坡处截面的上、下游面应力；（4）砌石重力坝坝体沿垫层混凝土与基岩接触面、砌石体与垫层混凝土接触面、砌石体之间的抗滑稳定。砌石材料性能和筑坝材料分区的合理性；（5）坝体、坝基渗控工程的可靠性；（6）坝基处理措施的可靠性；（7）坝体、坝基缺陷对结构安全性和运行性态的影响；（8）坝体变形和渗流等运行性态。

以往评价过程中曾出现，某些大坝的设计指标完全符合现行规范，但运行性态反映出结构不安全，或设计指标不完全符合现行规范，但运行性态反映出结构是安全的情况。因此，评价要从设计指标的符合性和运行性态两方面综合评判。

重力坝设计指标主要包括：（1）坝顶高程、防浪墙顶高程；（2）坝体（基）稳定、应力；（3）坝体混凝土或结构混凝土强度、抗渗、抗冻等级，以及结构配筋；（4）坝基承载力、覆盖层或软弱夹层渗透稳定性；（5）坝体、坝基防渗性能。

重力坝运行性态主要检查分析：（1）坝体裂缝对结构整体性的影响；（2）坝段间错动或位移对坝段稳定性、结构缝止水和坝顶门机轨道等的影响；（3）坝体渗控结构可靠性，及其对结构安全和泄洪安全的影响；（4）坝基渗控效果对结构安全的影响；（5）软弱地基软化、泥化、覆盖层地基发生液化或渗透破坏等对坝基稳定的影响。

1.2重力坝结构评价标准

重力坝结构评价要素为：坝顶高程、抗滑稳定安全度、坝基应力、坝体应力、坝体变形、渗流和裂缝。根据具体情况分为a、a－、b、c四级，各要素的评级标准如下。

1.2.1坝顶高程

a级：坝顶和防浪墙顶高程满足重力坝规范要求；或坝顶高程仅低于校核洪水位，但防浪墙顶高程满足规范要求；

a－级：坝顶高程满足重力坝规范要求，仅防浪墙顶高程安全超高不足；或坝顶高程仅低于校核洪水位，防浪墙顶高程高于浪顶高程，仅安全超高不足；

b级：坝顶高程高于设计洪水位和正常蓄水位，低于校核洪水位，且防浪墙顶高程低于浪顶高程；

c级：坝顶高程低于设计洪水位。

1.2.2抗滑稳定安全度

a级：满足规范要求；

a－级：抗滑稳定安全度略低于规范要求，经综合论证，坝体、坝基是稳定的；

b级：抗滑稳定安全度略低于规范要求，经综合论证，坝体、坝基存在失稳的可能；或抗滑稳定安全度严重低于规范要求，尚无失稳迹象；

c级：抗滑稳定安全度严重低于规范要求，坝体、坝基已有失稳迹象。

1.2.3坝基应力

a级：满足规范要求；

a－级：坝踵出现拉应力，但拉应力区未穿过帷幕中心线；或坝趾压应力超过允许值，但未发现较大的压缩变形；

b级：坝踵出现拉应力，拉应力区穿过帷幕中心线或出现大规模开裂，影响大坝稳定和应力；或坝趾压应力超过允许值，出现了较大的压缩变形；

c级：无。

1.2.4坝体应力

a级：满足规范要求；

a－级：坝体应力不满足规范要求，坝体出现局部裂缝或压缩变形，不影响坝体结构整体性和安全性；

b级：坝体应力不满足规范要求，出现规模较大的贯穿性裂缝，破坏了坝体结构的整体性，严重影响结构安全性；

c级：无。

1.2.5坝体变形

a级：坝体变形正常；

a－级：坝体变形较大，存在时效变形，相邻坝段错动明显，但已收敛，不影响结构安全和防洪安全；

b级：坝体变形较大，时效变形速率呈增大趋势，经综合分析存在失稳可能；

c级：无。

1.2.6坝体渗流

a级：坝体防渗结构可靠、渗流正常；或局部有渗水、析钙、腐蚀等，但程度较轻；

a－级：部分坝段防渗结构失效，坝体渗流量较大，或坝体溶蚀、析钙、腐蚀严重，或坝体渗透压力较高，但不影响结构安全；

b级：坝体防渗结构全面失效，坝体溶蚀、析钙严重，或坝体渗透压力普遍较高，或混凝土腐蚀等病害严重，影响结构安全；

c级：无。

1.2.7坝体裂缝

a级：坝体表面裂缝，不影响结构整体性和安全性；

a－级：贯穿性裂缝，影响结构的整体性；

b级：贯穿性裂缝规模较大，破坏了结构的整体性，影响结构安全性；

c级：无。

1.2.8结构安全分项评价

重力坝结构安全分项评价全部为a级的，大坝评价为A级坝；分项评价中有一个以上a－，无b、c级的，大坝评价为A－级坝；有1个及以上为b，无c级的，大坝评价为B级坝；有1个为c级的，大坝评价为C级坝。

经济发展新态势下，更多经济元素出现，竞争也日趋复杂激烈，此背景下，企业就需要将更多关注重点转移到对企业财务风险的控制与管理上来，加强对企业财务管理人员的培训，使其树立风险意识，提高对多方位财务风险的预估和评判水平，以便更好的去对企业财务进行管理和监控，及时预防和处理财务风险和危机，从而提纲企业的核心竞争力。

1.3评价中应关注的情况

1.3.1坝顶高程

（1）通航建筑物上闸首闸顶高程、工作闸门高度是否满足大坝防洪要求；（2）覆盖层地基上的坝顶高程或防浪墙顶高程应以沉降后的实测高程为依据。

1.3.2抗滑稳定

（1）对较陡的岸坡坝段，应考虑其侧向抗滑稳定；（2）当坝体与坝后式厂房或其他大体积建筑物可靠连接时，可考虑联合抗滑作用；（3）当坝基软弱结构面或缓倾角结构面沿下游冲坑临空面出露时，应复核对应坝段的深层抗滑稳定；（4）覆盖层上的坝要考虑沿地基中粉细砂层的抗滑稳定；（5）河床式厂房的边机组坝段或安装间坝段，要考虑其双向水压力作用下的抗滑稳定。

1.3.3坝体（基）应力

（1）当坝踵出现较大拉应力时，要复核拉应力区是否穿过帷幕区而影响防渗功能；（2）河床式厂房的边机组坝段或安装间坝段，要考虑其双向水压力作用下的坝基应力。

1.3.4坝体防渗

（1）砌石重力坝采用的上游面钢筋混凝土防渗面板、坝体防渗心墙和坝体自身防渗等防渗结构的可靠性；（2）混凝土闸坝采用的上游水平防渗体、垂直防渗体等防渗结构的可靠性；（3）碾压混凝土重力坝采用的常态混凝土防渗层、变态混凝土防渗层或其他形式的防渗结构的可靠性；（4）导流洞堵头及其他永久的挡水封堵结构防渗体系的封闭性。

1.3.5坝基

（1）软岩或存在软弱夹层的地基，应检查地基处理措施，渗压和渗流量是否正常，必要时检查岩性有无恶化；（2）覆盖层地基，应检查地基防渗和排水结构的可靠性，砂砾石层中可液化粉细砂处理措施的合理性，沉降变形和渗流性态是否正常。

1.4以往的评价结果

截至2014年底，在大坝中心注册的大坝有377座，其中重力坝237座，占62.9%，是主要坝型。电力系统水电站大坝自1987年开展定期检查以来，共检出病坝16座次（其中绿水河大坝为两次），险坝2座，共18座次。分坝型统计，重力坝15座，连拱坝2座，拱坝1座，病险坝中重力坝占83.3%。

2　主要病症与治理措施

重力坝结构主要病症有：抗滑稳定安全系数不足、坝踵出现拉应力、坝基缺陷、坝体位移或错动、坝体防渗功能丧失、坝体贯穿性裂缝或整体性不足等。

2.1抗滑稳定

2.1.1抗滑稳定不满足规范要求

抗滑稳定安全系数不满足规范的重力坝有以礼河四级、西洱河二级、白渔潭、佛子岭等大坝，其中以礼河四级因此被评为病坝，详细情况见表1。

2.1.2治理措施

对抗滑稳定不满足规范要求的工程，以提高抗滑力为主要工程措施。如以礼河四级下坝的左右岸重力坝段，采取在坝趾处设置抗滑桩；扶壁坝段，在坝趾处设置抗滑板，以满足抗滑稳定要求。

西洱河二级大坝左岸重力坝段，在地震工况下抗滑稳定安全系数不满足规范要求，采取预应力锚索加固处理。

2.2坝踵拉应力

2.2.1坝踵出现较大拉应力

石泉和白渔潭重力坝坝踵出现较大拉应力，马迹塘河床式厂房右边墙基础出现较大拉应力，见表2。

表1　部分大坝抗滑稳定安全系数统计Table1　Statistics of the anti-sliding factors of some dams

2.2.2治理措施

对坝踵出现较大拉应力的工程，一般采用预应力锚索加固。如石泉大坝由于原设计校核洪水标准偏低，在首次定检中按现行规范提高校核洪水标准后复核，坝顶高程和两岸非溢流坝段坝踵应力不满足规范要求，应该评定为病坝。但在定检过程中，已采取坝顶加设防浪墙、左右岸非溢流坝段预应力锚索加固、坝基固结灌浆和加密基础排水孔等工程措施，坝顶高程和坝基应力满足规范要求后评定为正常坝。

马迹塘3号机组坝段紧临23号泄洪闸，同时承受上下游和右侧双向水压力，致使右边墙基础出现较大拉应力。为了消除基底拉应力，即在右边墙设置预应力锚索。

2.3坝基缺陷

梅山、纪村、新安江、洪门等大坝坝基存在缺陷，详细情况见表3。

2.4坝体位移或错动

耿达、大朝山、映秀湾、小天都等大坝存在较大坝体位移或坝段间错动，详见表4。

耿达大坝结合震后重建，对坝基砂砾石层进行了桩基处理，提高了地基的承载能力，减小沉降。

映秀湾大坝结合震后重建，对震损严重的右岸挡水坝，采取的主要修复措施是：按规范要求放缓坝坡，对坝基进行固结灌浆加固处理。

其他工程，由于目前变形尚未影响运行，未采取工程措施，仅加强监测。

2.5防渗结构

2.5.1防渗结构缺陷

水东、南告、丰满、罗湾、云峰、古田三级和古田二级等大坝坝体防渗功能缺陷统计见表5，其中水东、南告和丰满大坝由于坝体防渗功能基本丧失，严重影响混凝土耐久性，甚至影响泄洪安全而评定为病坝。

2.5.2治理措施

坝体防渗缺陷治理一般采用坝体帷幕灌浆、上游面浇筑混凝土或沥青混凝土防渗面板、坝面喷涂防渗材料等方式。如水东、南告和丰满大坝采取坝体帷幕灌浆；罗湾大坝采取上游面浇筑沥青混凝土防渗面板；云峰大坝采取上游面浇筑混凝土防渗面板；古田三、二级大坝由于无放空条件，对水面以上的上游面板喷涂环氧砂浆，背水面喷涂聚合物水泥砂浆。上述工程中均进行过坝体帷幕灌浆，工程处理效果均较好。

表2　部分大坝坝踵出现较大拉应力情况汇总Table2　Statistics of the large tensile stress at the heel of some dams

表3　部分大坝坝基缺陷及处理情况汇总Table3　Statistics of the foundation defects and treatment measures for some dams

表4　部分大坝坝体位移或错动情况汇总Table4　Statistics of the displacement and dislocation of the body of some dams

表5　部分大坝防渗结构缺陷情况汇总Table5　Statistics of the defects in anti-seepage structures of some dams

表6　部分大坝结构整体性缺陷情况统计Table6　Statistics of the structural defects of some dams

2.6坝体整体性

青铜峡、佛子岭、丰满、桓仁、湖南镇、柘溪、青溪等大坝存在结构整体性缺陷，见表6，其中青铜峡大坝由于“三纵、三横”贯穿性裂缝破坏了大坝的整体性而定为病坝。

3　结语

（1）截至2014年底，在大坝中心注册的重力坝有237座，经多轮定期检查，共有14座重力坝曾被评定为病坝，1座评定为险坝。评为病险坝的主要原因是：防洪标准不满足规范要求、坝体结构和金属结构存在重大缺陷。其中坝体结构重大缺陷主要是：①抗滑稳定或坝基应力严重不满足规范要求；②坝体防渗功能丧失，严重渗漏、析钙，甚至影响泄洪安全；③坝体贯穿性裂缝，严重影响结构整体性。

（2）由于坝体严重渗漏、析钙或贯穿性裂缝等不良运行性态而被定为病坝的比例相对较多，充分说明即使大坝设计指标符合规范要求，但运行性态恶化也是影响大坝安全等级的重要因素。

Title:Safety assessment of gravity dams//by NIE Guang-ming//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

The paper introduces the assessment items，basis，methods and standards for gravity dams stipulated in the Guide for safety assessment of hydropower dams in operation.Further，based on the experience of periodical inspections，the main defects and treatment measures are pointed out.

gravity dam；periodical inspection；assessment；defect；treatment

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0027-06

2015-01-20

聂广明（1963-），男，甘肃会宁人，教授级高级工程师，从事大坝安全评价工作。

作者邮箱：nie_gm@ecidi.com