土石坝加固效果量化评价研究

黄继艳

(辽宁省凌源市水利建筑勘测设计院， 辽宁 凌源　122500)



土石坝加固效果量化评价研究

黄继艳

(辽宁省凌源市水利建筑勘测设计院， 辽宁 凌源122500)

【摘要】我国许多水库都采用土石坝，大坝普遍存在病险情况，因此存在多种土石坝除险加固方法。土石坝除险加固效果尚无统一评价标准，如何对加固效果进行量化评价仍需进一步研究。本文在大坝安全评价的基础上，建立了土石坝除险加固效果量化评估体系，并在下河套水库大坝定量评价中加以应用。土石坝除险加固量化评估体系可为土石坝安全评价提供指导，具有重要的工程意义。

【关键词】量化评价；土石坝；除险加固；病险

我国93%的水库都采用土石坝，这些水库多建于20世纪60年代[1]。当时为了施工方便，通常就地取材，在对地形地质条件要求较低的情况下，选择土石坝作为水库主要堤坝类型。这些大坝设计不够完善，建筑水平较低，许多水库已出现较为严重的病险[2]。基于国内外研究情况，学者们尝试构建土石坝除险加固效果量化评价体系，以此对土石坝进行安全评估。本文建立了土石坝除险加固效果量化评估体系，并在实际应用中对下河套水库大坝进行了定量评价。希望为今后的土石坝除险加固效果评价研究提供参考。

1土石坝的安全量化评估体系

目前，土石坝安全评价主要采用定性评价，此方法只能依靠专家经验对大坝实际工况进行判断[3]，定性评价具有模糊性。为了对土石坝除险加固效果进行准确评价，在定性评价的基础上，确定多个评价主指标，并对主指标进一步细化，构建出土石坝安全量化评价体系。该体系的具体框架见图1。

定性评价法为量化评价法的“前评价”，即在除险加固之前先行为病险进行鉴定，根据鉴定结果进行后续设计。量化评价体系中需要定性评价的指标如下[3-4]：

图1　土石坝加固量化评价体系

a.工程质量。地质水文条件、坝基岸坡的处理效果、工程外观及填筑质量。

b.防洪安全。抗洪泄洪能力、防洪标准及设计。

c.结构安全。大坝本身可能发生的变形及库岸的稳定性。

d.大坝运行管理。人员管理、大坝维护、运行监测。

e.抗震安全。泄洪排水建筑物、坝基库岸、大坝整体的抗震稳定性。

f.渗流安全。负责排水与防渗的设施、坝体的稳定性。

量化评价体系非常明确，其评价流程具有极强的系统性[5]。在对可靠信息进行定量分析的基础上，通过对土石坝除险加固前后的安全性对比、安全设施对比，基于数学模型和评价指标体系，即可得出精确的评价结果[6]。

设大坝加固前的安全系数为L1，加固后的安全系数为L2，则除险加固量化评价指标计算式为：

(1)

根据除险加固量化评价指标，确定不同的安全水平，见表1。

表1　土石坝加固效果量化评价等级

2量化评价工程实例

2.1工程概况

下河套水库位于辽宁省凌源市四合当镇，属于大凌河水系渗津河流域，水库坝址区55km2，年平均降水量500mm，降水集中在夏季。该水库大坝全长330m，为黏土心墙混合砂卵石组合坝，坝顶高程282.2m，宽度为4.5m，该水库的汛限水位为249m，设计洪水位为251m，校核洪水位为255m。

2.2加固前安全量化评价

根据鉴定报告，该水库加固前未通过渗流稳定分析和防洪标准复核，其抗洪能力不能满足要求，存在严重的渗漏，不能安全运行。根据鉴定内容，对该土石坝进行综合安全量化评价，评价结果见表2。

表2　土石坝加固前安全量化评价

由表2可知，该土石坝加固前安全系数为0.2742，远小于0.7，因此该大坝处于极危险状态。

2.3加固后安全量化评价

下河套水库加固前的主要问题为渗流，2014年2月除险加固过程中，对黏土心墙进行劈裂灌浆，加固后渗流现象消失。2014年9月，水库水位迅速增加，最高可达251.3m，期间大坝未见渗流出现。为了对比加固前后的渗漏量，从水库数据中选取了2012年的渗流数据和2014年的渗流数据进行分析，见图2、图3。

从图2和图3可知，土石坝渗流量随着水位的升高而变大。在1—6月，土石坝加固前的渗流量是加固后的1.2倍左右；在6—12月，库区水位变化较大，但加固前的渗流量曲线斜率明显大于加固后。从具体数据看，加固前的最大渗流量高达4.25L/s，但加固后最大渗流量仅为1.2L/s。取心墙土样进行渗透系数测定，发现加固前的渗透系数为8×10-5cm/s，加固后的渗透系数为2.85×10-6cm/s，渗透情况明显改善。

图2　2012年土石坝水位与渗流量曲线

图3　2014年土石坝水位与渗流量曲线

对加固后的土石坝进行综合安全量化评价，评价结果见表3。

表3　土石坝加固后安全量化评价

由表3可知，该土石坝加固后安全系数为0.924，大于0.9，因此该大坝处于十分安全状态。

根据加固前后的安全系数，计算该土石坝加固量化评价指标：

(2)

由此可见，除险加固后的土石坝安全等级提升了4级，安全状态也从不安全变为非常安全，除险加固措施完全成功。

3结语

目前，土石坝除险加固效果评估主要有两种方法：定性评价法和量化评价法。定性评价法适用范围广泛，但分级粗糙，结论具有模糊性，评估难免存在一定偏差。量化评价法分级更加细致，结论更为直观。本文基于国内外研究情况，建立了土石坝除险加固效果量化评估体系，并据以对下河套水库大坝进行了定量评价。研究表明：经过除险加固，下河套土石坝安全等级提升了4级，安全状态从不安全变为非常安全，除险加固效果突出。

参考文献

[1]金文华,肖丰华.丹江口左岸土石坝混凝土防渗墙施工监理质量控制[J].水利建设与管理,2014(1):44-47,57.

[2]谢作楷,王丹丹.土石坝溃决试验研究进展[J].人民珠江,2014,35(2):77-80.

[3]徐莉美,聂勇,黄建科.浅谈土石坝套井回填防渗补强施工技术[J].水利建设与管理,2014(6):19-22.

[4]李振苓,宫云赵,刘本宝.大沽河梯级拦河坝雨洪水资源利用模式浅谈[J].水资源开发与管理,2015(1):51-52.

[5]华静,杨华舒.土石坝渗流计算中的有限元应用研究[J].中国水能及电气化,2012(7):15-18.

[6]孙启亮,张洪亮,唐远东.土工格栅加筋土技术在土石坝坝坡加固中的应用[J].中国水能及电气化,2011(3):42-47.

Research on quantitative evaluation of earth and rockfill dam

reinforcement effect

HUANG Jiyan

(LiaoningLingyuanWaterConservancyConstructionSurveyandDesignInstitute,Lingyuan122500,China)

Abstract:In China, many reservoirs are provided with earth and rockfill dams. Dams commonly have disease conditions. Therefore, there are many methods for reinforcing earth and rockfill dam risk removal. There is no unified evaluation standard in earth dam risk removal and reinforcement effect. Quantitative evaluation on reinforcement effect still should be further studied. In the paper, quantitative evaluation system of earth and rockfill dam risk removal reinforcement effect is established, which is applied in Xiahetao Reservoir dam quantitative evaluation. The quantitative evaluation system of earth and rockfill dam risk removal reinforcement effect can provide guidance for earth and rockfill dam safety evaluation with important engineering significance.

Key words:quantitative evaluation; earth and rockfill dam; risk removal and consolidation; diseases

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.11.009

中图分类号：TV698.2+3

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2015)11-0026-03