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深入剖析水库失事的主要原因

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:水库失事事件的发生,除与异常的天气灾害、地震等“天灾”因素有关外,主要是由于人为因素及水库本身“不健康”原因引起的,通过对已经发生的失事水库的案例分析,影响水库失事的病险原因主要包括以下几方面。输水洞(泄洪洞)质量问题分类。涵管断裂引起土坝渗透破坏,导致水库失事。

深入剖析水库失事的主要原因

水库失事事件的发生,除与异常的天气灾害、地震等“天灾”因素有关外,主要是由于人为因素及水库本身“不健康”原因引起的,通过对已经发生的失事水库的案例分析,影响水库失事的病险原因主要包括以下几方面。

(一)天灾原因

截至目前,人们尚不能准确预测各种天灾的发生时间,不能完全控制天灾出现。天灾造成的水库垮坝失事,是超出人们意料之外的,对水库威胁较大的天灾主要包括:水库库区集中超标准降雨,使水库超出承受能力,如“75.8”河南板桥、石漫滩2座大型水库,由于遭遇了超标准洪水而垮坝失事,死亡2.6万人,直接经济损失超过百亿元人民币

发生大烈度地震(如2008年5月12日四川发生的8.0级地震)造成水库结构破坏(裂缝、滑动等)、渗流破坏、液化、漫顶,导致水库失事。

(二)水库工程设计原因

1.水库地质勘察工作不充分

现在运行的水库,特别是中小型水库,因建设年代原因,大多缺少地质勘探工作,有的水库工程即使作了地质勘察工作,也不是水利水电专业队伍承做,存在地质勘察成果不满足设计要求问题。

2.设计采取的防洪标准偏低

水库工程设计采取的水文系列参数不合理等原因,导致水库设计成果出现大坝坝顶高程、水库泄洪能力不满足相关规范要求,致使水库防洪标准偏低。

3.设计采取的抗震标准偏低

现阶段大部分水库建在20世纪五六十年代,在设计时多数水库未考虑抗震设防问题。按照1990年地震烈度区划图,确定水库场地基本烈度并按现行《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—97)复核,很多水库抗震标准偏低。

4.采取的设计参数不合理

水库大坝设计的断面偏小,防渗措施不切合实际;溢洪道控制段结构单薄,工程稳定、应力不满足要求;溢洪道泄槽边墙高度设计不够,断面设计偏小,不满足抗滑、抗倾要求。

(三)水库工程质量原因

1.大坝工程

(1)大坝稳定性差。部分水库存在坝体断面不足、坝坡或坝体抗滑不稳定、坝体裂缝等质量问题,导致水库垮坝失事。

(2)坝体、坝基、坝肩渗漏严重。许多水库大坝,尤其是土石坝,存在坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗流、接触冲刷破坏、裂缝、散浸、沼泽化、流土、管涌等质量问题,导致水库垮坝失事。

2.溢洪、泄洪工程

有的水库工程没有泄流通道,有的水库仅挖了一条进水渠,无泄槽和出口消能设施,有的溢洪道工程混凝土、浆砌石结构质量差,老化脱落,结构断裂强度低;有的溢洪道工程结构裂缝、失稳、破坏;有的溢洪道工程的溢洪面和泄槽未衬砌或衬砌不满足要求、或冲刷严重;有的溢洪道工程无消能工或消能工不完善,消能防冲能力不足;有的溢洪道工程基础淘刷严重等,存在质量问题,导致水库失事。

3.输水洞(泄洪洞)、涵管工程

输水洞(泄洪洞)、涵管存在的常见问题是结构裂缝、露筋、无衬砌、无检修设施等。输水、放水建筑物裂缝、断裂、露筋、剥离、冲蚀、漏水等,影响建筑物结构的整体性,特别是坝下埋管输水设施,极易导致接触冲刷破坏,导致水库垮坝失事。

(1)输水洞(泄洪洞)质量问题分类。

一类:无衬砌隧洞局部围岩不稳定。

二类:无衬砌隧洞局部围岩稳定满足要求,但局部存在渗漏,隧洞内水外渗,对洞外边坡、邻近建筑物或环境造成不利影响。

三类:隧洞衬砌能满足围岩稳定要求,但混凝土衬砌不满足抗裂要求,衬砌出现纵向裂缝并产生渗漏。

四类:隧洞衬砌不能满足围岩稳定要求。(www.xing528.com)

五类:隧洞衬砌能满足围岩稳定要求,但混凝土衬砌质量较差,出现环向裂缝或温度裂缝并产生渗漏。

六类:隧洞衬砌能满足围岩稳定要求,但施工质量差,结构缝存在渗漏。

(2)输水涵管质量问题分类。

一类:涵管漏水。

涵管漏水分为纵向漏水和横向漏水两类。纵向漏水是沿着涵管的敷设方向出现的漏水现象。由于涵管与土壤结合处存在一个层面,水在压力的作用下沿着该层面从上向下渗透而产生接触渗漏。如果管身周围土体填筑不实、或截水环数量少、或无截水环,造成渗径很短不满足相关规范要求,这种渗漏对坝体的危害更为严重。

横向漏水是垂直涵管敷设方向出现的漏水现象。由于涵管本身存在断裂、伸缩缝填料老化、接头处理不当、砌筑砂浆不饱满或脱落、混凝土施工振捣不实、混凝土浆液产生离析现象或存在冷缝等薄弱环节,高压水流沿着这些薄弱环节渗出,导致水库失事。

二类:涵管断裂。

涵管断裂引起土坝渗透破坏,导致水库失事。涵管断裂的原因有5种:①基础处理不当产生基础不均匀沉陷,拉断涵管;②土坝不均匀荷载,对涵管形成剪切力引起涵管断裂;③涵管本身结构强度不够,产生断裂;④无压涵管有压运行,造成管身断裂;⑤未设置温度伸缩缝,温度变化导致涵管断裂。

三类:涵管堵塞。

小断面的涵管被块石、树枝、淤泥、杂物堵塞,或涵管本身的木制、瓦制、素混凝土制等结构承载能力低于外力,外力压破引起堵塞。

四类:涵管气蚀。

由于涵管内水流流态紊乱,在转折处、坑凹处出现了负压区,产生气蚀,管内混凝土表面严重剥落,而且随着时间的加长,气蚀面积和深度不断扩大,使涵管出现孔洞、大坝形成漏水通道,导致水库失事。

4.金属结构和机电设备工程

金属结构出现腐蚀、气蚀、变形、磨损、位移及焊接质量低下,导致水库遭遇洪水威胁时,金属结构和机电设备不能按设计要求正常启动,贻误水库泄洪时机,使水库承受超标准的来水压力,导致水库垮坝失事。金属结构容易在以下4个部分产生质量问题。

(1)固定部分。固定部分损坏原因主要包括:①压力钢管的镇墩及支墩出现明显沉降、水平位移或转动,超过伸缩节的调解能力;②闸门槽出现过大的不均匀沉降或扭曲变形,闸门无法正常启闭;③连接构件的埋件(如螺栓)遭到破坏或支撑体系松动,影响金属结构整体失稳;④通气孔(井)通气不畅。

(2)承重部分。承重部分损坏原因主要包括:①钢闸门的承重构件和压力钢管管壁严重气蚀、腐蚀、磨损;②钢闸门的承重构件产生超过允许的变形、裂缝或断裂;③压力钢管管壁出现裂纹或破裂漏水。

(3)门体部分。门体部分损坏原因主要包括:①启门时门体发生上下游倾斜(调整吊耳位置修复)或左右方向的倾斜(增设人字形拉条修复)造成门体变位;②门叶受到外力撞击造成局部变形(采取机械、人工锤击或热矫正等方法处理);③门叶长期受外界空气侵蚀形成大面积锈蚀,造成局部损坏(采取除锈或加焊钢板的办法加固);④闸门止水失效,出现严重漏水或渗水。

(4)行走部分。支撑行走部分损坏原因主要包括:①滚轮锈死卡阻,导致金属结构运转不畅;②弧形闸门支铰老化、磨损严重,螺杆启闭机出现螺杆弯曲、承重螺母与推力轴承磨损等,导致闸门启闭不灵活;③卷扬式启闭机机电设备老化、齿轮啮合不良、钢丝绳锈蚀断丝、制动带磨损减薄等导致闸门正常启动受限;④钢闸门的启闭装置或压力钢管进水口的快速闸阀或事故闸阀的操作装置损坏,不能正常工作。

(四)水库工程管理原因

(1)管理设施陈旧。部分水库管理设施陈旧落后,有的水库地处在偏远山区,通讯不便、其设施不能满足防汛调度需要;供电系统不能正常保证,需要泄洪时闸门无法启闭;防汛公路标准偏低或根本没有防汛道路,水库出现险情无法及时与外界联系,即使联系上,抢险人员和抢险物资也无法运至现场,丧失了水库抢险有利时机,导致水库垮坝失事。

(2)观测设备不完善。多数水库水文测报、大坝观测系统不完善,特别是中小型病险水库大部分没有水文测报系统,当水库所辖流域范围内天气下雨时,不能正确测报雨量大小,不能及时测报水库来水大小、洪量规模,水库遭遇洪水时,无法正确制定科学的应对措施,导致水库出现险情致使水库垮坝失事。

(3)管理不当。部分水库运行管理不当,如盲目蓄水、擅自抬高汛限水位,导致水库垮坝失事;在溢洪道上建筑临时子堰挡水,导致水库垮坝失事;缺少检测和巡查,水库某部位出现险情未及时发现、也未及时进行抢修、加固和处理,导致水库垮坝失事;水库调度不科学、盲目调度等,导致水库垮坝失事。

(五)水库失事的其他原因

除上述原因外,造成垮坝失事的原因还包括:①库区塌方,如水库近岸库区塌方,引起涌浪翻坝,导致水库垮坝失事;②水库淤积,使水库库容变小,水库实际抗御洪水的能力低于设计的抗御洪水的能力;蚁害、鼠害使大坝形成破坏渗漏通道,导致水库垮坝失事;③其他不明原因导致的水库垮坝失事。

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