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对汶川地震后水工抗震工作的思考

已有 2210 次阅读 2008-6-12 16:22 |个人分类:名记大作


 

已有2200多年历史的都江堰水利工程经受住了此次四川汶川大地震的考验,安然无恙。
 
 
  文:中国工程院院士陈厚群
    (本报记者陆琦采访整理)
 
 
   
我国水能资源居世界之首,80%集中于西部,四川是水电开发大省,已建和在建水利工程数量众多。
 
据水利部资料,截至5月25日8时,汶川大地震造成全国水库出险2380座,其中四川1803座,占76%;四川出险的水库中有溃坝险情的69座,高危险情的310座,次高危险情的1424座。
 
汶川大地震对水工抗震的影响
 
汶川大地震具有强度大、影响广、持续时间长、发生在岩层脆弱的山区的特点。
 
四川省的众多水利水电工程分布在汶川大地震的高烈度区,而且重要高坝坝址的地震强度远大于设防水准。紫坪铺水利枢纽距离此次地震的震中仅17公里,大坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高158米,库容11.12亿立方米,设计烈度为Ⅷ度,但在此次地震中位于Ⅹ度区;距离此次地震震中约12公里的沙牌引水式水电站,其碾压混凝土拱坝为当时世界最高的碾压混凝土拱坝,坝高132米,大坝按Ⅶ度进行抗震设计,但此次地震中位于Ⅸ度区。
 
地震持续时间对大坝地震响应有重要影响,特别是土坝的坝料强度随震动次数增加而降低,对地震持续时间十分敏感。
 
汶川大地震震区是受印度板块与欧亚大陆碰撞和向北推挤、青藏高原向东北方向运动的活跃带,易形成大的断裂发育带。震区岩层比较脆弱,是滑坡和泥石流易发带,本来就属于滑坡和泥石流重灾区,脆弱的岩层遭遇强震,造成大量滑坡,导致一系列堰塞湖,雪上加霜。
 
汶川大地震中,众多小型土坝遭受不同程度震害。四川省遭受不同程度损害的1803座水坝中,约有96%是库容不足500万方的小型工程。占受损水坝3.4%左右的存在溃坝风险的小型土石坝,绝大部分为均质土坝,主要在德阳和绵阳两市及汶川东部平原地区的强震区,但这些坝的水库库容都不大,最大仅630万立方米,正采取放水措施降低水位以保证安全。
 
震中附近的高坝为紫坪铺、沙牌工程。
 
紫坪铺大坝地震损害尚在继续调查中,已发现大坝坝体变形、震陷、开裂,局部护坡松动,护栏倒塌,面板部分有脱空、施工缝错台、竖缝压碎、隆起现象,但渗漏量未见明显增加,大坝主体整体稳定。
 
沙牌碾压混凝土拱坝位于汶川县境内草坡河上,为21世纪碾压混凝土高拱坝范例。因滑坡堵塞道路,目前仍无法前往作震害调查。虽存在由于温度影响大、分缝少、目前库水位较高、坝址位于震中区、经受了远高于设计水准的地震作用等抗震不利因素,但从空中观察,总体上,坝肩基本稳定,坝体完整。
 
汶川大地震震区属岷江流域,投运的水电站共29座,其中干流上10座,支流上19座。岷江干流高山峡谷中基本都是引水式水电站,坝低,库容小,且大多为混凝土坝、闸,浸坝的承受力较强。
 
目前有关方面正密切关注余震和汛期洪水情况,并按国家发改委要求加强对震区各水电站震后检查、灾后处理的恢复措施和抗震安全评估。岷江支流草坡河上的沙牌拱坝的水位在下降,有关人员正设法尽早进入,进行现场详查。迄今岷江上游震中区的大坝总体上都较稳定,且下游还有库容达11亿立方米、当前蓄水仅3亿多立方米的紫坪铺水库可承接。
 
震后水工抗震工作
 
当务之急是防止次生灾害。对于水坝,目前各级水利部门正加紧研究,积极采取措施,控制水位、加强监测、做好当前应急预案。对有溃坝风险的小型工程分别采取降低库水位、裂缝薄膜覆盖防渗、24小时不间断巡查、人员疏散、加强值班和观测等措施。国家发改委也已紧急部署有关电力部门详查震区水电工程大坝震害情况,采取措施,制定应急预案。
 
其次要深化防止高坝严重地震灾变的研究,需要在震害调研、复核和调整设防水准基础上,对遭受震害的工程采取妥善措施,进行永久性加固,对其中严重破坏的工程规划重建,对西部所有重大高坝工程的抗震安全性重新进行研究和评估。
 
要紧抓震例开展深入调研、总结和处理。地震的不确定性和大坝的复杂性,使大坝抗震相当程度上仍依赖工程经验类比和历史资料统计。当前我国正在进行的世界一流、学科前沿的工程,少有先例、更缺少经受强震的实例,主要基于传统经验,可能隐含较大风险。既已为大震付出惨重代价,就应紧抓震例不放,反复深入调研分析,检验现有概念、方法和措施,认真总结规律、探求启迪,特别是高坝经受强震的实例极少,更应珍惜,以期尽快改变当前科技支撑赶不上工程建设发展规模和速度的现状,满足工程需求,也给国际工程界和后人留下不仅是记录,且能作出有所创新和突破的贡献。
 
要复核川西重大工程抗震设防标准。应根据汶川大地震的构造成因深入分析,复核和调整正大力建设中的川西重大工程抗震设防标准。特别是,高坝大库一旦在强震中溃决,次生灾害后果不堪设想,将远甚于堰塞湖。为防止发生严重地震灾变,重大工程不能仅限于满足抗震设防水准要求,需由地震和工程部门共同对场址地震地质条件下可能发生的极端情况,即对最大可信地震及其地震动参数作专门研究,并对发震断裂的避让和在主震中已受损伤的大坝可能遭受的余震估计等急需解决的问题开展深入研究。
 
特别要大力开展在最大可信地震作用下,不发生溃坝严重灾变后果的深入研究,力求给出突破传统理念和方法的更可靠和有共识的定量判别准则。
 
最后要加紧修订水工抗震设计规范。历次大地震震害调查表明,凡按抗震规范设计的各类结构和工程,一般都无震害或震害较轻。抗震设计规范的作用已多次经实践检验。按国际惯例,在经历了一次重大地震后,都要根据震害实践中的教训和启迪,对各类结构和抗震设计规范作一次认真修改,以期更切合实际。我国现行水工抗震设计规范已颁行超过10年,本就早应修订,需要结合上述各项研究,在对各有关章节都作专题研究基础上,加紧组织修订。
 
充分重视混凝土高坝的抗震安全
 
我国人口众多,人均水资源极为短缺,且时空分布很不均匀,尽可能调节和利用汛期洪水,对抗旱防洪有重大意义。水电是可再生清洁能源,大力发展水电是我国能源发展战略中的重要环节。在充分重视生态和环境影响的前提下,充分合理地利用水资源,积极有序地进行水库大坝建设,发挥其综合效益,是切合我国国情和为社会经济发展所急需的。
 
在我国150米和200米以上的高坝中,混凝土坝的比例分别高达25%和78%。特别是我国大江大河的源头和水能资源集中在西部崇山峻岭的陡峭河谷中,地形地质条件适宜于修建移民、淹地相对较少而调节性能好的高坝水库。近期,在我国西部在建和拟建的200~300米级的高坝,大部分都采用混凝土拱坝方案。
 
确保以混凝土坝为主的高坝大库的抗震安全,以防止严重地震灾变,是我国水利水电建设中一个必须面对的严峻挑战。混凝土高坝的抗震安全为国家和社会所高度关注,必须予以充分重视。
 
为此,建议设立一个紧密结合西部实际工程,以确保高坝大库抗震安全、防止其严重地震灾变为目标,综合水工、地震、数学、力学、材料等学科交叉的,以工程和设计单位引领和支撑、科研单位和高校为骨干的,产学研相结合的国家级创新基地和科研专门项目。
 


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