水工病害整治PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 绪 论,第一节 水利工程管理的任务和意义,水利工程管理工作的基本任务是：,保证水利工程及防护区的安全，防止发生事故；,充分发挥工程效益，满足国计民生的需要；,改善经营管理，取得最好的经济效果；,提高科学管理水平，加速向现代化管理过渡，为 老工程的扩建和改建提供资料和数据。,第二节 水利工程管理的内容与特点,水利工程技术管理有以下几个方面：,1.,控制运用,根据水文气象资料、用水部门的要求以及国家的方针政策，制定合理的控制运用计划，通过合理的调度，最大限度地减轻灾害，确保工程及防护区的安全，充分发挥工程的综合效益。,2.,检查观测,对建筑物进行全面的、经常的、系统的检查与观测，及时分析观测成果，掌握建筑物应力、应变、位移等变化规律，预见可能的变化，改善工程的运用条件。,3.,养护管理,水利工程在勘测、规划、设计和施工中，由于各种主观因素和客观条件的限制，难免存在不同程度的缺陷和弱点；在长期使用过程中，也会出现一些损耗或破坏。因而需要进行经常的、定期的养护及修理，以便恢复和提高工程质量，消除隐患，保持工程的完整和正常运行。,4.,改建扩建,当工程存在严重缺陷，一般修理成效不大，或需要扩大服务对象及受益范围，以及为了实现管理现代化而采用新技术、新设备时，需要对原有工程进行改建或扩建。,5.,防汛抢险,汛期建立防汛机构，组织好防汛队伍，做好防汛预报；准备好防汛器材及料物。做到以防为主，有备无患，确保安全。,为了搞好水利工程管理工作中，,应当,全面考虑,防洪、治涝、灌溉、发电、工业与民用供水、航运、水产等各方面的需要；,统筹兼顾,兴利与除害的关系，上游与下游的关系，近期与远景的关系，充分发挥工程的综合效益；,从设计和施工时就要进行考虑，,如布置埋设观测仪器、严格评定工程质量、详细做好施工记录及各部分验收结果等。,第三节 水利枢纽正常状态的标准,正常状态,水利枢纽的主要建筑物均达到设计防洪标准，工程质量良好，正常情况下均能安全可靠地运行，充分发挥应有的效益，并能安全渡汛。,正常状态的标志：,(1),大坝的,水平位移和铅直位移,变化规律正常，符合设计计算数值；坝身,无贯穿性裂缝,，坝坡或坝体的,抗滑稳定性能达到设计要求,；坝基和坝端两岸,无渗透破坏迹象,，渗流量在允许范围以内，渗透水清沏透明；土坝坝身浸润线无突然升高现象，混凝土及砌石坝的,扬压力符合设计要求。,(2),泄洪建筑物,的尺寸和泄水能力均符合设计要求，下泄洪水能安全地泄入下游河道。,(3),放水建筑物,在各种运用水位条件下均能安全放水，坝下涵管与坝体结合紧密，无断裂漏水现象。,(4),泄、放水建筑物的,闸门和启闭设备操作灵活可靠,，能够准确而迅速地控制流量；闸门关闭后无严重漏水现象，开启放水时无严重振动或空蚀现象；下游消能设施可靠，不致产生危及建筑物安全的冲刷。,病害水库,主要建筑物虽能达到设计防洪标准，但存在一定的病害或隐患，这些病害或隐患能够较快维修处理，不影响安全渡汛的要求。,危险水库,水库枢纽的主要建筑物没有达到设计防洪标准，或存在严重病害，难以较快维修，不能保安全渡汛的。,第二章 水工建筑物检查与观测,第一节 概 述,一、检查观测工作的目的和意义,对水工建筑物进行科学的检查和观测，并对观测资料进行整理分析，以便了解其工作状态是否正常，,从而对建筑物的质量和安全程度做出正确的判断和评价；,采取措施进行养护修理或改善运行方式，确保工程的安全运行；,为保证施工质量及安全运用提供科学依据；,同时也为设计、施工和科学研究积累资料。,二、检查观测工作的内容,（,1,）观测设计,根据工程规模大小、建筑物结构型式、工程具体情况和需要，确定观测项目和仪器设备布置，制定技术要求，设计出全面的观测系统。,（,2,）仪器设备的埋设安装,根据观测设计，在施工过程中将所需观测仪器和设备进行检验、安装和埋设。,（,3,）现场观测,按规定的测次和技术要求，定期进行各种项目的观测。,（,4,）观测资料分析整编,对观测资料及时进行整理分析，对工程状态及观测系统是否正常作出判断，对建筑物及附近环境的实际状态和变化规律作出科学结论及预测，为工程运行及维修提出正确建议，并定期整编刊印观测资料。,三、检查观测的项目,（,1,）变形观测,变形观测包括水平位移、铅直位移、裂缝等的观测。土工建筑物还有固结观测，混凝土和砌石建筑物还有挠度、伸缩缝观测等。,（,2,）渗流观测,土工建筑物需要观测浸润线、渗流量、渗水透明度、导渗效果及绕坝渗流等，混凝土和砌石建筑物则主要观测扬压力及渗流量等项目。,（,3,）应力、温度观测,土工建筑物包括土压力及孔隙水压力观测；混凝土和砌石建筑物则包括应力、应变、温度、钢筋应力观测等。,（,4,）水流形态观测,它包括水流平面形态、水跃；水面线、挑射水流的观测以及高速水流的振动、脉动压力、负压、空蚀等观测项目。,（,5,）水文气象观测,它包括降水量、水位、流量、波浪、冰凌、地震、台风、涌潮、水温观测及水质检测等。,四、检查观测工作的基本要求,(1),检查观测的项目要有明确的目的性和针对性，既要全面，又要有重点，要能满足监视工程的工作情况，掌握工程状态变化规律的需要。,(2),观测设备要合理布置，精心埋设，测点布局要有足够的代表性，能够掌握工程变化的全貌。,(3),观测时间和测次的规定，应保证资料的系统性和连续性，要能反映工程变化的过程。,(4),制定切实可行检查观测制度，加强岗位责任制。,第二节 水工建筑物的检查观察,水工建筑物的检查观察可分为,经常检查、定期检查和特别检查,三种。,经常检查,原则上每月至少应进行,1-2,次；,定期检查,是每年汛前、汛后和用水期前后组织一定力量进行全面性检查；,特别检查,是当工程发生严重破坏现象或有重大怀疑时，组织专门力量进行的检查。,一、土工建筑物的检查观察,（,1,）裂缝情况,观察坝顶路面、防浪墙、护坡等有无开裂、错动等表面裂缝现象，同时还要判断有无内部裂缝和贯穿性裂缝，有无滑坡的迹象。,（,2,）渗流异常,注意观察堤坝的背水坡、坡脚及坝与两岸接头处有无散浸、漏水、管涌、流土或沼泽化等现象；观察反滤坝趾、排水沟或减压井渗水是否浑浊，有无异常变化。,（,3,）兽穴蚁窝隐患,注意观察有无獾、狐、鼠、蛇、穿山甲等穴居动物及白蚁的活动痕迹，一经发现，就要跟踪查找兽穴、蚁窝等隐患，特别是草皮护坡的堤坝尤应重视。,（,4,）坝面及防浪墙局部损坏,注意观察块石护坡是否松动、翻起、架空或垫层流失；草皮护坡有无坍陷、雨淋坑、冲沟等；坝面排水系统是否通畅，有无堵塞或损坏；冰冻期要注意冰盖对护坡的影响。观察防浪墙有无裂缝、变形、倾斜等情况，高水位、大风期更应加强观察。,（,5,）江河堤防,除以上有关项目外，要着重险工险段的检查，对堤防上的涵闸站等建筑物的检查要同时结合进行。关于堤防内部的隐患可用人工锥探或机锥探进行检查。,二、混凝土与砌石建筑物的检查观察,注意观察：,有无裂缝；,伸缩缝随气温变化而开合的情况；,止水片和缝间填料是否完好，有无损坏或流失现象；,建筑物本身、地基及与两岸接头部分有无渗漏现象。若有，则应查明位置、范围和渗漏程度，有无游离石灰及黄锈渗出。,为了说明渗漏的程度，一般将其分为,湿斑和漏流,两类，而漏流又可分为,点滴流、细流和射流,三种不同的情况。,对混凝土表面应观察有无脱壳、剥落、松软、侵蚀等现象。对于表面剥落应查明其位置、范围和深度。,对混凝土、浆砌石构筑的泄水、输水建筑物,(,如溢流坝、溢洪道、水闸、水工隧洞等,),过流以后，应观察有无冲蚀、磨损、空蚀、剥落及钢筋裸露等现象。,对这些建筑物的进口段、渐变段、弯曲段、分岔段、溢流面和下游消能设备尤应加以重视。对其排水孔、排水管或集水井等应观察其排水是否正常，有无堵塞现象。,三、闸门与启闭机等金属结构的检查观察,闸门等金属结构应检查有无裂纹、脱焊、铆钉松动等现象，油漆是否剥落，有无锈蚀。钢板衬砌、钢管道、金属闸阀的框架和面板有无不正常变形、磨损或空蚀，闸阀局部开启时有无振动现象。,闸门的支承结构和止水设备是否正常；连接闸门的钢丝绳、螺杆等有无锈蚀、裂纹、断丝、弯曲等损坏现象，吊点结构是否牢固可靠。,启闭机械应观察其运转是否正常，有无异常的声响或振动，传动机件和承重构件有无磨耗损坏，连接螺栓特别是地脚螺栓是否松动。制动设备、电源系统、传动系统、润滑系统等是否正常。对于溢洪道闸门的启闭机还应检查备用动力设备或手动启闭是否可靠。,四、其他检查观察,（,1,）水工建筑物行水期间应经常观察其水流形态，密切注意有无不正常的水流现象。,（,2,）建筑物上的木结构应检查有无腐朽、开裂、虫蛀、螺栓松动、脱榫、弯曲、油漆脱落等现象。,（,3,）各项建筑物的动力和照明设备、安全防护设备及其他设备均应注意观察是否正常完好。,（,4,）各项建筑物的工作桥、交通桥、交通廊道，电梯、爬梯，进人孔以及对外交通道路、通信设备和线路，均应经常检查，保持畅通。,（,5,）各项观测标点、基点、观测设备要经常检查，保持完好，防止损坏，观测用的仪器、量具应定期检查，进行率定。,五、不同运用期检查观察的重点,(1),高水位期,加强对土坝背水坡、反滤坝趾、两岸接头、下游坝脚和其他渗流逸出部位的观察以及建筑物和闸门变形的观察。,(2),大风浪期，应加强对土坝上游护坡以及受风浪影响的闸门的观察。,(3),暴雨期，应加强对建筑物表面及其两岸山坡的冲刷、排水情况以及可能发生滑坡、坍塌部位的观察。,(4),泄流期，应加强对水流形态，冲刷、淤积、振动、,水面漂浮物的观察。,(5),水位骤降期，应加强对土坝迎水坡可能滑坡部位的观察。,(6),泄流间歇期，应加强对泄水建筑物可能发生冲刷、磨损、空蚀等部位的观察。,(7),冰冻期，应加强对冰冻情况、防冻、防凌措施的效果以及混凝土建筑物伸缩缝变化情况和渗水情况的观察。,(8),地震期，应对建筑物进行全面的检查观察，注意有无裂缝、滑坡、塌陷、翻砂、冒水及渗流异常等现象。,第三节 水工建筑物变形观测,变形观测一般包括：,水平及铅直位移观测、土坝及地基的固结观测、混凝土建筑物的伸缩缝观测以及裂缝观测,等。,一、水工建筑物位移观测,水工建筑物的位移是指施工或运用期间，建筑物上固定点的移动。通常可以分为,水平位移和铅直位移,(,即沉陷,),两种。,(,一,),水平位移观测,水平位移的观测方法有：,视准线法、前方交会法、引张线法、,正垂线法、倒垂线法和激光法,等。视准线法适用于坝顶长度小于,600m,的直线形大坝和水闸，前方交会法可用于任何坝型，其他几种方法一般用于较高的混凝土坝。,(,二,),铅直位移观测,土坝、砌石坝、混凝土坝及水闸等建筑物的铅直位移均可用水准测量的方法进行观测。为了全面掌握建筑物的变形情况，铅直位移应与水平位移的观测配合进行，并统一分析。,具体的观测点的布置、观测设备及观测方法的叙述请大家参阅教材,185,页。,二、土坝固结与孔隙水压力观测,土坝固结与孔隙水压力观测的目的在于了解土坝施工期与运用,期的固结情况和孔隙水压力的分布与消长情况，以便合理安排施工进度，核算坝坡的稳定。,(,一,),土坝固结观测,为了掌握土坝的固结变化规律，不仅需要观测坝体的总固结量，还要测出坝体不同高程的沉陷量，以便了解坝体的分层固结量。通常在坝体内埋设横梁式固结管或深式标点组，测量各测点的高程变化，即可计算相应的固结量。,(,二,),孔隙水压力观测,孔隙水压力与固结有密切关系，故应配合进行观测。测点要和固结观测测点布置在同一个横断面上。其观测的测次和时间也应与固结观测协调一致。测点布置还应与渗透观测设备配合，当空隙水压力逐步消散以后，可利用其设备进行渗透观测。,具体的观测设备和观测方法参阅教材,196,页和,220,页。,三、混凝土建筑物的伸缩缝观测,伸缩缝,观测的目的在于了解混凝土建筑物伸缩缝的开合情况及其变化规律。观测时应同时观测混凝土温度、气温、水温及上下游水位等有关项目。一般可在最大坝高、地质情况复杂或进行应力应变观测的坝段伸缩缝上布置测点，通常安设在坝顶、下游坝面和廊道内。一条伸缩缝上的测点不得少于两个。,具体的观测设备和观测方法参阅教材,199,页。,四、裂缝观测,(,一,),土坝的裂缝观测,对土坝的横向裂缝、宽度大于,5mm,较长的纵向裂缝、弧形裂缝以及坝体与混凝土或砌石建筑物连接处的裂缝，应作出标记和编号，观测其分布位置、走向、长度、宽度和深度，做好记录并绘制平面分布图。有些裂缝两侧填土发生错动，其错动的相对距离称为,错距,，有明显垂直错距的裂缝，还应观测错距的大小及发展情况。,裂缝的深度和延伸情况,，可以用钻孔取土样的方法进行观测。必要时也可开挖观测坑进行观测。坑的面积根据情况而定，通常采用,l00cml00cm,。观测成果应详加记录，绘制裂缝平面图和剖面图，并在大坝平面图上绘制裂缝分布图。,对于内部裂缝很难从坝面上发现，往往发展成集中渗漏通道，造成险情之后，才被发现，故其危害性很大。一般可根据一些迹象判断，比如当实测的坝体沉陷量远大于计算值时，应结合地形、地质、坝型和施工质量等条件进行分析，判断产生内部裂缝的可能性，并加强渗流观测。如果渗流量突然增大或渗水由清变浑，则应进一步分析存在内部裂缝的可能性。,必要时，做注水试验：在可能产生内部裂缝的部位钻孔，然后连续往孔内注水，形成稳定的水位和注水量，以此数据计算土体的渗透系数,K,，并与土体的原始渗透系数相比，若,K,值显著增大，则钻孔处可能存在内部裂缝。,也可采用对比法，即选择无裂缝与可能有裂缝的坝段，分别做注水试验，求出,单位吸水量,，二者对比，用以判定有无内部裂缝。,单位吸水量,=Q,lh,，单位为,L,(,minmm,),，现在国际单位称吕容,Lu,。,其中,l,为钻孔试验段长度,(m),，,Q,为稳定注水量,(L,min),，,h,为作用水头,(m),，即注水试验孔内水位与注水前水位之差。,(,二,),混凝土和砌石建筑物裂缝观测,闸、坝、溢洪道、放水洞等混凝土和砌石建筑物发生裂缝后，应在观测裂缝的同时测定建筑物温度、水温、气温及上游水位等有关项目，并对梁、柱等建筑物的荷载情况进行检查。,观测裂缝时，应对其分布、位置、走向、长度、宽度及是否形成贯穿缝等作出标记，进行详细了解和记录，同时还应进行渗水观测。,第四节 水工建筑物渗流观测,水工建筑物的渗流观测包括：,土坝浸润线、坝基渗透压力、绕坝渗流、混凝土和砌石建筑物的扬压力渗流量以及渗水透明度观测等,。,一、土坝浸润线观测,土坝浸润线的位置和形状随土坝的结构型式、土料性质、施工质量、断面尺寸和上下游水位而变化，它对土坝的渗透和稳定有着重要的影响。因此，应在坝体埋设,测压管,，进行浸润线观测。,土坝浸润线的测点应根据工程的规模、重要性，坝型、断面尺寸、防渗排水结构及地质情况等进行布置。,一般应选择几个具有代表性、重要而能控制渗流情况以及预计可能出现异常渗流的横断面,(,如最大坝高处、原河床段、合龙段以及地质情况复杂处,),，作为观测断面，间距一般,100-200m,，,如坝体较长，可适当增大断面间距；有特殊需要的坝段，可增设断面。一般中型水库观测断面不少于两个，较重要的中型水库和大型水库不应少于三个。,每个观测断面内测点的数量和位置，应以能够绘出浸润线的形状为原则，要使观测成果如实地反映出断面内浸润线的几何形状及其变化，最低不能少于三个，上游坝坡的测压管应尽可能在最高洪水位以上。具体的测压管布置示意图、观测设备和测压管水位观测参阅教材,205,页。,二、坝基渗透压力观测,坝基渗透压力观测的目的，在于了解坝基透水层和相对不透水层中渗流沿程的压力分布情况，借以分析防渗设施的效果，估算坝基中实际的渗透坡降，判断产生管涌、流土或接触冲刷等渗透破坏的可能性。,坝基渗透压力通常也是在坝基中埋设测压管进行观测的。测压管的结构和观测方法与浸润线测压管基本上一样。通常在土坝施工期或初次蓄水前埋设，如果需要补设坝基测压管时，则应在库水位较低时进行，并注意操作方法和封孔，防止人为造成管涌。埋设测压管造孔时不能用泥浆固壁，一般采用套管防止塌孔。,坝基渗透压力观测应与浸润线观测同时进行。在洪水期，每当库水位上升,lm,或下降,0.5m,，,均应增测一次，以掌握渗透压力随库水位相应变化的关系。,坝基测压管的布置应根据土层情况、防渗和排水设施的结构型式以及有可能发生渗透变形的部位等具体情况来确定。具体的测压管布置示意图、观测设备和测压管水位观测参阅教材,209,页。,三、绕坝渗流观测,绕坝渗流观测的目的在于了解坝端与岸坡及与混凝土或砌石建筑物连接处以及岸坡的渗流情况，判明这些部位防渗与排水的效果，防止发生异常渗流，确保建筑物安全,。,绕坝渗流也是埋设测压管进行观测。测压管的构造与坝基测压管基本相同，观测方法及测次的规定也一样。若坝端两岸为岩石层而需观测绕渗，则只需在岩层内钻孔，在孔内测量地下水位。,绕渗测压管的布置以能使观测成果绘出绕渗的等水位线为原则。一般应根据土坝与岸坡和其他建筑物连接的轮廓线、防渗和排水设施的型式以及两岸地质情况来确定。,具体的测压管布置参阅教材,210,页。,四、渗流量观测,闸、坝等挡水建筑物蓄水运用后，必然产生渗流。正常情况下，渗流量随上下游水位差的增减而变化，水位差增大，则渗流量增加；水位差减小，则渗流量减少。,当上游落淤以后，渗流量也会逐渐减少。在相同条件下，如果渗流量突然增大，则应注意有无管涌现象发生；如果渗流量突然减少，则可能是排水设施堵塞的反映。因而进行渗流量观测，对于判断渗流是否稳定、防渗排水设施是否正常，具有重要意义，是保证建筑物安全运用的重要观测项目之一。,渗流量观测必须与上下游水位及其他渗流观测项目同时配合进行。土坝渗流量应与浸润线及坝基渗水压力观测同时进行；混凝土和砌石建筑物渗流量则应与扬压力观测同时进行。必要时还应定期进行渗水透明度观测和化学分析。,渗流量的观测，一般是在建筑物排水设备下游的适当地点将渗流集中，用各种形式的量水堰、量水容器或浮标、流速仪等测定渗流量的大小。量水堰因构造简单比较常用，一般将渗流集中引入一条断面规则的排水沟内，垂直于水流方向安设一块堰板，量出堰上水头，即可计算出流量。对于混凝土和砌石坝，除用上述方法观测外，也可利用坝体或坝基的排水集水井观测渗流量。,五、渗水透明度观测,为了判断水工建筑物排水设备的工作情况是否正常，检验有无发生管涌的征兆，如果发现渗水浑浊或有可疑时，应立即进行透明度观测。出现浑水时，应每天观测一次、甚至几次，以掌握其变化。,渗水透明度可用透明度测定计测定。,六、混凝土和砌石建筑物扬压力观测,扬压力观测的目的在于了解建筑物内部及其基础扬压力的分布及变化情况，据以判断建筑物是否稳定，并核算设计数据，便于及时采取补救措施。,扬压力观测，一般是在建筑物内埋设测压管或渗压计进行观测，同时还应观测相应的上下游水位和渗流量。,基础扬压力的测点，通常是在垂直于建筑物轴线的横断面上沿着建筑物与地基接触面布置的。,每个测压断面内测点的布置，应根据断面大小、结构型式、地下轮廓线及地质情况等因素来确定，以能测出扬压力分布及其变化为原则。混凝土或砌石重力坝一般在横向廊道中布置测压断面，以便于观测。,观测设备为差动电阻式渗压计,(,孔隙压力计,),，,具体的布置及观测方法参阅教材,212,页。,扬压力测压管埋设后，应统一编号，绘制竣工图，测定管口高程，并检查其灵敏度。扬压力测压管中水位低于管口的，其观测方法与土坝浸润线观测方法一样。管中水位高于管口的，可用压力表观测。,第五节 混凝土坝应力和温度观测,为了解混凝土坝内部应力和温度的分布和变化情况，分析其状态变化和工作情况是否正常，并为工程的控制运用、验证设计和科学研究提供资料，需要进行应力和温度观测。,一、混凝土坝的温度观测,温度变化是引起混凝土坝应力和变形的主要因素之一，因此温度观测也是重要的观测项目。一般采用铜电阻温度计或其他能够兼测温度的差动电阻式仪器进行观测。,通过温度观测可以了解坝体的温度分布及变化过程，对于研究温度应力和采取温度控制措施都是十分重要的，对于长期位移资料的分析也很重要。,混凝土坝内部温度观测测点的布置参阅教材,220,页。测点分布应该是越接近坝体表面越密。差动电阻式应力观测仪器的测点可兼做温度测点。在钢管、廊道、宽缝和伸缩缝附近，测点还应适当加密。坝体下游面受日照影响，混凝土温度常较气温为高，对坝的应力和变形产生影响，故需在坝面布置温度计监测。坝面布置的温度计应平行于坝面，溢流坝面的温度计可埋入混凝土,5cm,。,观测坝体温度的同时，还应配合进行坝体周围的水温、气温、基岩温度等外界因素的观测。测水温的温度计埋设在混凝土坝面内,5-l0cm,处，要注意防水密封。基岩附近的温度分布对混凝土浇筑块的温度应力有一定影响，故基础附近的地温需要布置相应的温度计进行监测。深层地温的监测由地表钻孔，在,0,、,1.5,、,3,及,5m,等处埋设温度计进行测量。,二、混凝土坝的应力应变观测,为了解混凝土坝在不同工作条件下内部应力的分布和变化情况，分析大坝的状态变化和工作情况是否正常，并为工程的控制运用，验证设计和科学研究提供资料，需要进行应力应变观测。,通常根据工程的重要性、建筑物的类型，受力情况和地基条件，选择一些具有代表性的坝段布置测点。对于重力坝应分别选择溢流坝段和非溢流坝段作为观测坝段，在观测坝段上根据坝高和结构型式等条件布置若干观测截面，靠近坝基的截面距地基面不小于,5m,，每个截面上一般至少布置,5,个测点，对于拱坝可选择拱冠梁和拱座断面作为观测断面，具体布置参阅教材,218,页。,混凝土坝的应力观测可以采用压应力计，但它只能测量压应力，必须布设在已知应力方向的部位，施工埋设不便，而且不能测量拉应力，价格也较贵，故应用很少。,混凝土坝的应力观测普遍采用应变计进行间接测量，也就是用应变计测量混凝土的应变，再将应变值换算成混凝土的应力值。,第六节 水工建筑物的水流观测,包括水流形态（平面形态、水跃与水面曲线、挑射水流）的观测和高速水流（建筑物的振动、水流脉动压力、负压、进气量、空蚀、过水面压力等）的观测，,可参阅教材,224,页。,第三章 混凝土坝和浆砌石坝的运用管理,第一节 混凝土坝与浆砌石坝的养护,混凝土坝与浆砌石坝常见的病害是,表层损坏或裂缝、渗漏,等，而,稳定性不足,更应严加注意。在运用中，必须经常进行养护修理，以改善运用条件，延长使用寿命。,混凝土坝与浆砌石坝的日常养护工作，主要有以下内容：,(1),经常保持坝的表面清洁完整，如有磨损、剥蚀、风化、漏筋或裂缝等缺陷，应及时修补，防止继续发展。,(2),坝身排水孔、廊道排水和周围的排水沟、排水管、集水井等各种排水系统，均应保持畅通，如有堵塞、淤积或破坏，应加以疏通、修复或增设新的排水设施。,(3),定期检查伸缩缝的工作情况，注意防止杂物堵塞、填料流失或止水损坏。填料流失的要加以补充，设有沥青井并在井内预埋钢管或钢筋导体的，要定期用蒸气或通电加热熔化。,(4),对各种观测设备要严加保护，如有损坏或失效，应及时处理。,(5),做好安全管理。禁止在溢流坝、消力池、公路桥、工作桥上堆放重物及大体积杂物；严禁在大坝附近爆破；注意防止漂浮物或船只对坝体的撞击；泄洪及高水位时，应加强对坝体的检查和观测。,第二节 重力坝失稳原因及防护措施,一、重力坝失稳原因分析,重力坝直接建于岩基上，通常用摩擦公式或剪摩公式校核其稳定安全，即,对于不同工程等别及建筑物级别的坝有不同,K,和,K,值的要求，可参照有关规范确定。在上列计算公式中，有些参数是很难正确选定的，如,f,及,c,，,用试验室测值与现场测值会有较大差别，而现场测值亦是局部的，就坝整体接触面而论，不同部位亦各不相同，通常只能取用平均值。,以上两式是一般沿坝基面滑动情况。,对于坝基具有软弱夹层及扭断层带的情况，抗滑稳定计算更为繁杂，根据软弱夹层产状及组合条件，通常有两种典型情况，即向下游单斜滑动面的抗滑稳定性及双斜滑动面的抗滑稳定性。,前者常出现在岩层走向均一，具有缓倾角的条件下，且下游常因冲刷坑较深，形成临空面时；第二种情况是坝基同时存在向下和向上游倾斜的两组较弱夹层时，有时在坝基下只存在一组倾向下游的软弱夹层，而下游又为完整坚硬的岩体，在强大推力作用下，可能会在完整岩体中出现第二滑动面，见,图,2-1(b),中的,bc,滑动面。,第二种情况计算方法很多，这里为说明情况仅引用其中的一种被动抗力法。,由上分析，影响重力坝稳定的主要因素为：坝和地基或软弱夹层的,c,、,值，所有作用于坝体的垂直荷载,V,及水平荷载,H,，,其中特别是地基的抗剪强度指标，变化范围大，常对重力坝的稳定起着关键作用。因此，造成重力坝抗滑稳定性不足或失稳的原因应从多方面去分析，其中常见的原因有以下几方面：,(1),坝基地质条件不良，,在勘测中对坝基地质缺乏全面和系统的分析研究，特别是对具有缓倾角的泥化夹层，泡水后层间摩擦系数极小，软弱面的抗冲能力很差。在设计中采用过高的抗剪强度指标，因而在水库蓄满后在强大水平推力作用下，易使坝体造成抗滑稳定性不足。,例如湖南双牌电站坝后冲刷坑原设计深度比实际冲刷深度浅，地基又为倾向下游的缓倾角夹层，结果坝基出现临空面，使电站大坝出现险情，采取预应力钢索锚固措施，才排除险情，耗资,800,余万元。,(2),设计坝体过于单薄，自重不够，,在水平推力作用下，上游坝趾处出现拉应力裂缝，增大了扬压力，减轻坝体有效重量，使坝体稳定性不够。,(3),施工时坝基清理不彻底，,开挖深度不够，使坝体置于强风化层上，在水库蓄水时因坝基渗流造成地基软化，形成坝与地基接触面之间的抗剪强度指标减小，扬压力增大，使坝体不安全,。,(4),运用不当、管理不善，造成库水位超过设计水位，以致形成洪水漫顶，加大了坝体承受的水平推力；或因管理不善造成排水设备堵塞，帷幕断裂，扬压力增加，减小坝体的抗滑稳定性。,二、增加重力坝稳定的措施,从稳定分析公式中看出，要增加,K,值，可通过下面几种途径，增加坝体所受的铅直力,V,，,减小扬压力,u,，,提高滑动面的抗剪强度指标,f,值，对具有软弱夹层的地基应设法增加尾岩抗体的被动抗力,P,。,显然，想减小水平推力,H,来增加坝体稳定性是困难的。,(,一,),增加坝体所受铅直力,V,的措施,目前采用增加,V,的措施有加大坝体剖面和预应力锚索两种方法,:,1,加大坝体剖面,加大剖面增加坝体自重可在上游面或下游面进行。从上游面加大剖面可增加坝体自重及垂直水重，并可改善坝体防渗条件。但要降低库水位、修筑围堰才能施工作业。,加大下游剖面施工比较简单，但只能利用加大部分坝体的自重，不能利用水重及改善防渗条件。通常用加大坝体剖面来增加坝体自重是不经济的，只有在没有其它方法可用时才采用这一方法。对坝体的加大部分应通过抗滑稳定计算确定，同时应考虑施工期对坝体上游坝趾处应力的影响，注意新旧坝体间的结合。,2,预应力锚索锚固措施,其方法是从坝顶钻孔到坝基，孔内放置钢索，其下部应锚人新鲜基岩中。在坝顶一端施加拉力，使钢索受拉，坝体受压，以增加坝体的稳定性。这种方法最早是,1943,年阿尔及利亚的谢尔法砌石重力坝中采用，该坝蓄水后，发现剖面尺寸不够，采用预应力锚固方法加固坝体，收到了较好的效果。,预锚加固既可加固坝体，亦可加固坝基，这时锚索应垂直于软弱夹层或倾向于上游，这样锚索产生的垂直于软弱夹层的分力,T,y,，,可以增加夹层上的正应力，从而增加软弱面的抗剪强度。平行于结构面的分力,T,x,，可直接阻止坝体沿软弱夹层下滑。,采用预锚加固法特别适用于夹层深而多，下伏坚硬完整岩石时，会取得很好的效果。对于抗倾覆预锚加固，通常在上游锚固效果较好，锚固力产生很大的抗倾覆力矩，增加坝体稳定，并改善坝体及坝基中的应力状态。,我国湖南的双牌电站是一综合利用的大型水利枢纽，,1958,年兴建，,1961,年投入运行，,1971,年,9,月在,6-7,号坝墩空腔渗压观测中，发现渗水中带黄色絮状物，孔内渗水水位高出下游水位,7.5m,，涌水量达,55L/min,，情况异常。同年,11,月，进行补充勘探试验，发现坝基存在五层破碎夹层，原雌幕已损坏，有轻度管涌，加之坝下游经多年冲刷，形成深,18m,的冲刷坑，使基岩下游出现临空面，经计算，在正常蓄水位时，坝基有沿夹层滑动危险。,双牌水库坝基地质主要为砂岩板岩互层，构造简单，褶皱平缓，岩性新鲜，风化甚浅。岩层倾向下游，倾角平缓，一般为,8,0,-12,0,，顺水流的视倾角为,7,0,-9,0,，原设计,f,值,(,混凝土与板岩间以及板岩层间,),分别为,0.62,和,0.50,，,C=0,。,经查明，河床基岩破碎夹层的抗剪强度计算指标取,f=0.42-0.48,，,C=0,，,复核坝基破碎夹层的抗滑稳定安全系数,K=0.86,，,因此急需加固。,在研究坝基加固时，曾设想过：改建消力池方案，拆除原鼻坎，填平冲刷坑，改建,160m,长的消力池；坝下游开挖抗剪齿槽，切断夹层使滑动面下降至基岩中，,预锚综合处理。,由于前两个方案工程量大，最后决定用第三方案，将原挑流鼻坎下延,26.7m,，远离坝脚，在延长段的底部用高强钢束锚固岩层。锚束穿过五层夹层入基岩深部，锚孔倾向上游,700,，孔径,130mm,。这一方案对施工运行干扰小,(,汛期停工,),。整个加固采用预锚孔,274,个，单孔平均,3185kN,，使最危险的,6,、,7,号坝墩抗滑安全系数由,0.965,提高到,1.19,，坝踵变形减少,1.14mm,，处理工作于,1981,年完成。,双牌水库系坝趾预锚加固。最大缺陷是对坝体抗倾覆不起作用，据电算结果，加固后坝基正应力及坝踵局部主拉应力不仅没有改善，反而略有恶化。在预锚区进行固结灌浆后坝基中渗流受阻，坝底扬压力可能增大，故应设置第二道排水孔。,(,二,),减小扬压力,减小扬压力较增加坝体重量对提高坝体抗滑稳定更为有效，应予首先考虑，通常减小扬压力的措施有,补强帷幕灌浆、加强坝基排水及采用防渗阻滑板,三种方法。,(1),补强帷幕灌浆,既能减小扬压力，又能减小坝基渗漏，保证软弱夹层的渗透稳定，一般大中型工程常采用此法,。通常是在坝体中预留灌浆廊道。若无预留灌浆廊道，可在上游坝侧或深水钻孔。通常采用水泥砂浆作为灌浆材料，如果坝基有断裂，裂缝细微，漏水严重时，可用化学灌浆，但代价较高。,(2),加强坝基排水,在帷幕下游加强坝基排水系统，这是减小扬压力最经济、最有效的措施。根据国内几座大型水库工程实际观测结果，设计帷幕和排水，渗透压力系数为未设帷幕和排水时的,0.45-0.6,和,0.2-0.4,，在某种意义上看，排水对减小渗透压力的作用比设置帷幕更为明显。,自从法国马尔巴塞坝失事后，排水措施成了几乎在混凝土坝中必需采用的结构措施。我国有些工程采用“闭络式抽水减压系统”减小扬压力，效果更为显著。其布置为在帷幕后设纵横排水，将坝基渗水汇集于低于下游水位的集水井，井内设水泵抽水排至下游。排水系统不与下游连通，自成系统。如新安江、刘家峡和葛洲坝二江泄水闸等工程均采用这种排水系统。,(3),上游防渗阻滑板,沿上游河床表面设置混凝土防渗阻滑板，这样利用板上水重，可大大增加沿基岩表层的抗滑作用，对软弱夹层可增加其正应力，提高抗剪强度。,(,三,),提高软弱夹层的抗剪强度指标,我国有些工程试验表明，软弱夹层抗剪强度极低，粘结力,c0,，,f,在,0.2-0,.,25,左右，因此，提高,f,值是增加坝体抗滑稳定性的重要措施。通常对软弱夹层较浅时，可用换基法，清除表层软弱夹层换以混凝土，亦可用浅层明挖，较深部位灌浆。其次对埋藏较深的软弱夹层，换基工作量太大，可以开挖几排洞塞，中间填塞混凝土。其它可用坝踵深齿，切断软弱夹层，使滑动面下移至完整的岩基中。,第三节 混凝土及浆砌石坝坝体裂缝和渗漏处理,一、坝体裂缝的类型、特征及成因,（一）裂缝类型,裂缝有,沉陷缝、干缩缝、温度缝、应力缝,等。,（二）裂缝特征,（,1,）沉陷缝的特征：,裂缝属于贯穿性的，裂缝走向一般与沉陷方向一致；对于大体积混凝土与砌石建筑物，较小的沉陷缝一般看不出错距，较大的沉陷缝常有错距；对于轻型薄壁结构，往往有较大的错距,。,（,2,）干缩缝的特征,：,裂缝属于表面性的，走向纵横交错，没有一定的规律性,形似龟纹；缝宽及长度都很小,如发丝一般。,（,3,）温度缝的特征,：,由于裂缝产生的原因不同，分别属于表层、深层或贯穿性的。表层裂缝的走向一般没有一定规律性；钢筋混凝土建筑物的深层或贯穿性裂缝，方向一般与主钢筋方向平行或接近平行，与架立钢筋方向垂直或接近垂直；裂缝宽度大小不一；缝宽受温度变化的影响，热胀冷缩现象较明显。,（,4,）应力缝的特征,：,裂缝属于深层或贯穿性的，走向基本上与主应力方向垂直；钢筋混凝土建筑物的裂缝方向与钢筋方向垂直或接近垂直；裂缝宽度一般较大，且沿长度或深度方向有显著的变化。,（三）裂缝成因,混凝土和浆砌石坝坝体裂缝是较为普遍的现象，产生的主要原因有三：,1,温度影响,坝体温差过大，温降时，坝体产生收缩。若材料受约束而不能自由变形时，坝体内出现拉应力。当拉应力超过材料的抗拉强度时，坝体中出现裂缝，称之为温度裂缝，特别是浆砌石拱坝，本身比较单薄，外界气温影响更为明显，加之拱坝周边受基岩约束，不能自由变形，灰缝抗拉强度很低，最易产生裂缝。,通常浆砌石拱坝的温度裂缝具有以下分布规律：,（,1,）拱顶开裂，多发生于拱顶的拱端附近，具有明显的对称性,拱坝顶部厚度最薄，故计算均匀温差,T,最大；且,T/r,较小，,a,角较大（,T,为拱圈厚度，,r,为拱圈平均半径，,a,为拱圈半中心角）。由一般计算结果可知，拱端的应力常大于拱冠和其它截面应力，故拱圈温度裂缝首先产生于拱顶的拱端部分。拱圈在温度荷载作用下，其内力和应力左右对称，故裂缝也左右对称。,（,2,）温度裂缝发生的时间,多发生于坝体竣工后尚未蓄水的第一个冬季。,坝体温度年变幅是逐年递减的，主要受了蓄水的影响。显然，坝体因降温而引起的拉应力，应以竣工后尚未蓄水的第一个冬季为最大，所以温度裂缝也多发生于这个时间。,（,3,）温度裂缝与水库蓄水的关系,首先，坝体的温度受蓄水的影响，其年变幅将大为减少，直接减少坝体各截面所受的温度应力；其次，在水的浸泡作用下，拱圈砌体将膨胀变形，其结果相当于坝体温度升高几度,。因此，水库蓄水对坝体的温度裂缝有一定的改善作用。温度裂缝多发生于水库蓄水位以上，也证明了蓄水对温度裂缝的改善作用。,（,4,）温度裂缝的几何形状,由于拱圈受两岸嵌固约束，不能自由伸缩，故温度变化时将产生应力，而拱坝的悬臂梁系统，由于可以随温度而自由伸缩，故温度变化时将不产生应力,因此，,在较大的降温情况下，只可能引起拱圈裂缝，这种温度裂缝均应为竖向裂缝。而且由于拱坝坝顶厚度薄，温差,T,大，所以温度应力也大，温度裂缝较宽。由坝顶向下，厚度逐渐加大，温差,T,减小，温度应力也减小，温度裂缝的宽度缩窄。所以一般的温度裂缝均呈上大下小的形状，且多由坝顶向下发展。,温度裂缝与沉陷裂缝的判别：,（,1,）温度裂缝多发生于拱端附近，而且有较明显的左右对称性。沉陷裂缝则多发生于坝基中存在某种缺陷的部位。,（,2,）水库蓄水后，温度裂缝的情况将有所好转，也可能逐渐自行闭合，而沉陷裂缝在水库蓄水后则可能继续发展。,（,3,）温度裂缝常由坝顶向下发展，一般到蓄水位下为止，且多发生于竣工后第一个冬季最冷时段；而沉陷裂缝多从坝基贯穿到坝顶，发生时间不一定在冬季最冷时段。,（,4,）温度裂缝多表现为坝体平行拉裂，没有错动现象。但沉陷裂缝两侧坝体常有垂直方向或水平方向的错动。,（,5,）温度裂缝一般缝宽较小，随气温而变，冬季开裂，夏季闭合。沉陷裂缝一般缝宽较大，随气温略有变化。,处理时必须首先分清裂缝性质，然后才能采取合理的处理措施。,2,地基不均匀沉陷,由于坝基地质及受力情况不均而产生不均匀沉陷，使砌体局部产生拉应力或剪应力而产生裂缝。如四川寸塘水库为浆砌石拱坝，下为砂岩和粘土岩互层，坝体在沿两种岩体交界面附近产生宽达,3cm,左右的沉陷裂缝。近乎垂直地由坝基直到坝顶，贯通上下游面，影响水库蓄水。,3,坝体应力不足,产生原因很多，如砌体石料强度不够，或砂浆