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1.概述

我國地處世界上兩個最大地震集中發生地帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震較多，大多是發生在大陸的淺源地震，震源深度在20km以內。位于青藏高原南緣的川滇地區，主要發育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1]。該區新構造活動劇烈，絕大多數屬構造地震，地震活動頻度高、強度大，是中國大陸最顯著的強震活動區域[2]。

而西南地區蘊藏了我國68％的水力資源，水利工程較多，且主要集中在川滇地區。據

2005年數據，四川省有大中小型水庫約6000余座[3]。2008年5月12日的四川省汶川大地震，初步統計，已導致803座水庫出險，受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫，中型水

庫36座，小一型水庫154座，小二型水庫611座[3]。此外，地震還致使湖北和重慶地區各

79座水庫出現險情[4，5]。為保證水利工程的安全運行，地震之后及時對水利工程進行檢測，并對受損工程進行監

測和修復是必要的。有關震災受損水利工程修復方面的文獻不多，散見于各種期刊或研究報告，為便于應用參考，本文搜集、篩選了一些震災受損水利工程的案例，并對一些實用技術進行了介紹。

2.地震對水利工程的危害

由于地震烈度、地震形態以及水庫本身工程質量的不同，地震對于水利工程的危害也有所區別。高建國[6]對我國因地震受損水利工程進行分類整理，認為水庫壩體險情主要可分為

3級：1級，一般性破壞，不產生滲漏；2級，嚴重性破壞，壩體開裂滲漏；3級，垮壩（崩塌），水庫水全部流走。

我國因地震引起的水庫垮壩并不多見，總結國內外地震對水利工程的危害，主要有以下幾種形式：

2.1壩體裂縫

地震作為外力荷載將會導致大壩尤其是土石壩整體性降低，防滲結構破壞，引起大量裂縫。地震會產生水平和垂直兩個方向的運動，并使周期性荷載增大，壩體和壩基中可能會形成過高的孔隙水壓力，從而導致抗剪強度與變形模量的降低，引起永久性（塑性）變形的累積，進而導致壩體沉降與壩頂裂開。

2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩，壩頂

均出現一條縱向裂縫，長約401~560m，最大寬度2cm左右，并有多處不同長度斷續裂縫，

防浪墻局部錯動約0.5cm。大壩右側出現山體滑坡，形成長條帶及凹陷，滑坡長37m左右，凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右，凹陷處上部山體有多條斜向裂縫，縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫，多處縫寬在2~5mm，其中一條長約100m左右，出現橫向貫通裂縫，防浪墻出現多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下，又將產生新的凍融、凍脹破壞，影響大壩的整體性和穩定[7]。

托洪臺水庫位于新疆布爾津縣境內，1995年被列為險庫，1996年新疆阿勒泰地震（6.1級），使攔水壩出現10處橫向裂縫，3處縱向裂縫，最寬處達16cm，長17m，防浪墻垂直裂縫27處。經評估，水庫震后只能在低水位運行，致使發電系統癱瘓，同時對于下游構成潛在威脅[6]。

岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處，2006年投產，是中國實施西部大開發首批開工建設的十大標志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發生裂縫，廠房等其他建筑物墻體發生垮塌，局部沉陷，整個電站機組全部停機。[3]。此外，地震對泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發生里氏5.9級地震，使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產生縱向裂縫，長15m，最大裂縫15mm；環向裂縫

22m，最大裂縫寬度1.8mm；洞出口消力池兩側邊墻產生豎向裂縫，總長15m，最大裂縫寬

度25mm。大冷山水庫溢洪道兩側導流墻產生裂縫，以縱向裂縫為主，最大縫寬12mm[8]。

2.2壩體失穩

地震可能引起壩基液化，從而導致大壩失穩。地震時，受到周期性或波動性荷載作用，土石壩內土體將產生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構成的土石壩在地震中相對安全。但相對密度低于75%的粉砂土和砂土，在幾個循環之后孔隙水壓力就會顯著上升，當達到危險應力水平時，土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移，壩內土體就會呈現出液化的流態，導致壩體失穩[9]。

喀什一級大壩1982年施工時，其壩體及防滲墻都未進行碾壓，致使密實度降低，1985

年地震時，由于液化和沉陷，導致該壩整體失穩破壞。

美國加州的Sheffield壩，1917年建成，壩高7.63m，壩頂寬6.1m，長219.6m，水庫庫

容17萬m3。1925年6月距壩11.2km處發生里氏6.3級地震，長約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后，經調查研究發現，壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內的孔隙水壓力增大，造成壩下部和壩基內的細顆料無凝聚性土發生液化。

地震還會造成土石壩體脫落或堆石體沉陷，從而引起壩體失穩。在庫水位較高的情況下，堆石體沉陷會造成壩體受力不均，更嚴重的會引起庫水漫頂，引發壩體垮塌。1961年4月

13日在距西克爾水庫庫區約30km處發生里氏6.5級地震，該水庫位于VIII度區[10]，壩體出現了嚴重的堆石體沉陷現象，一段220m長的壩體沉陷值達到2~2.5m，崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11]。

前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落，經抗震復核下游壩坡不穩定[8]。

2.3岸坡坍塌

若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風化物質存在，地震發生后，造成的巖體松動，可誘發產生崩塌、滑坡和泥石流，甚至形成堰塞湖等現象。

烏江渡水庫處于地震多發區，1982年6月地震中，化覺鄉東部厚層灰巖和白云巖地層

中發生大面積崩塌。同年8月，化覺、柏坪一帶又發生較大規模的地層滑動，影響面積約

18km2[12]。

5•12汶川大地震造成四川多處山體滑坡，堵塞河道，形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億m3，另外水量在300萬m3以上的大型堰塞湖有8處[13]，對下游地區造成嚴重威脅。

另外，地震還可能對水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2

級地震[14，15]中，使堤防基礎液化發生側向流動，造成堤防破壞以及護岸受損。我國歷次地震中，出現較嚴重險情的多為土石壩，且多為年代較久遠的土石壩，如果發

生強地震就更容易造成損壞[16]。

3.震災受損水利工程的修復技術

地震后受損水利工程修復措施主要包括以下幾個方面：

3.1壩體監測

地震后，對于受損水利工程，應及時降低水庫運行水位，并進行充分的壩體探測。對土石壩，可開挖土坑檢測，對混凝土壩，則可用無損探傷檢測[17]。包括使用地震波法、地質雷達、水下聲納法檢測侵蝕程度，必要時還需要采取槽探、鉆孔、孔內地球物理方法進行檢測。根據地震前后大壩監測結果的對比分析，判明是否存在普遍的結構損傷跡象。尤其需要加強對壩體變形和滲透的觀測，防止裂縫前后貫通，內部發育，產生滲漏通道。同時，加強對輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監測，以防滲漏進一步擴大[18]。

震后壩體探測中，作為一種非破壞性的探測技術，地質雷達具有探測效率高、分辨率高、抗干擾能力強等特點，可以快捷、安全地運用于壩體現狀檢測和隱患探查[1

9]。

2003年甘肅山丹地震后，利用地質雷達對雙樹寺、瞿寨子、瓦房城等水庫的震后壩體裂縫、壩基滲透、溢洪道、高邊坡開裂和庫岸道路滑坡等進行了探測[20]，效果很好。

3.2裂縫修復

對于已經出現的裂縫，要對其分布、走向、長度和開度等進行定時觀測和檢測。在大壩主裂縫部位設置標志，縫口要覆蓋塑料布，防止雨水流入加速其惡化。對受洪水威脅的建筑物，要采取臨時措施（如圍堰）進行保護。

裂縫的修補應從實際出發，在安全可靠的基礎上，同時考慮技術和施工條件的可行性，力求施工及時、簡單易行、經濟合理。常用的有以下幾種處理方法：

3.2.1表面處理法

表面處理法[21]主要適用于對結構承載能力沒有影響或者影響很小的表面裂縫及深層裂縫，同時還可以處理大面積細裂縫的防滲防漏。常用的有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環氧膠泥以及表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料等，從而達到封閉裂縫和防水的作用。在防護的同時應當采取在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施，這樣可以防止混凝土在各種作用下繼續開裂。

3.2.2灌漿法

灌漿法主要應用于對結構整體有影響或有防水防滲要求的混凝土裂縫的修補。經修補

后，能恢復結構的整體性和使用功能，提高結構的耐久性。

灌漿法[22]分水泥灌漿和化學灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度達到1mm以上時的情況；裂縫較窄的情況下宜采用化學灌漿。此外，工程經驗表明水泥漿適于穩定裂縫的灌漿處理，不適用于活縫或伸縮縫的處理。化學灌漿也存在類似問題，應用最廣的環氧樹脂漿固結體是脆性材料，因此對活縫應選用彈性材料。部分化學灌漿還有毒性，應加強施工人員的保護措

施。

大量實踐證明，灌漿法是目前最有效的裂縫修補處理方法。

3.2.3結構加固法

危及結構安全的混凝土裂縫都需作結構補強。結構加固法適用于對整體性、承載能力有較大影響的較深裂縫及貫穿性裂縫的加固處理。混凝土結構的加固，應在結構評定的基礎上進行，以達到結構強度加固、穩定性加固、剛度加固或抗裂性加固的目的。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。結構加固法還適用于處理對結構的承載能力、整體性、耐久性有較大影響的不均勻沉陷裂縫和較為嚴重的張拉裂縫

[23]。

3.3滑坡處理

土壩滑坡有剪切破壞、塑流破壞、液化破壞三種形式[24]。可采用“上部減載”與“下部壓重”法來處理。“上部減載”就是在滑坡體上部的裂縫上側削坡，以保持穩定；“下部壓重”就是放緩下部壩坡，在滑坡體下部做壓坡體等。當滑坡穩定后，應當及時進行滑坡處理[17]。主要處理方法介紹如下：

3.3.1放緩壩坡

若滑坡由于剪切破壞造成，則放緩壩坡為最好的處理方法。可填入土體將壩坡放緩，或是先削掉滑動面上壩頂的土體，使滑動面壩坡變緩，然后再加大未滑動面的斷面[24]。

對存在失穩危險的土石壩也可采用水上拋石法放緩上游壩坡，施工方法簡單，且不受季節和水位的變化。加固工程不破壞原壩體結構，減去拆除原有的壩體護坡石和反濾料工序，對保護原壩體非常有利。石料滲透系數大，在庫水位降落時，新筑部分的自由水面線，幾乎與庫水位重合，這樣就造成新增斷面和原有斷面共同承擔原有壩殼中庫水位降落時產生的滲透水壓力及地震產生的超隙孔壓力，起到壓重的作用，從而有利于大壩的穩定[25]。

3.3.2壓重固腳

若滑坡體底部滑出壩趾以外，則需要在滑坡段下部采取壓重固腳的措施，以增加抗滑力。壓重固腳的材料最好用砂石料。在砂石料缺乏的地區，也可用土工織物，代替反濾，以達到排水的要求[17]。

通過在壩體上加壓蓋重，或對壩體培厚加固處理，可以進一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗滲性能，同時增加壩體穩定性。

實例：1999年山西大同堡村發生5.6級地震，對位于震中附近的冊田水庫造成VII度影響，壩體產生結構變形[26]。震后對主壩和北副壩下游壩坡采用石渣進行培厚加固處理。主壩所在956m高程以下石渣培厚體，壩坡分別為1:2.75，在956m高程設12m寬的平臺，在

949m高程、940m高程設3.0m寬的馬道，并在石渣體與原壩體設置反濾層。培厚壩體后，

即使再次遭遇地震，由于壩體在正常水位下（956m高程）寬度增加，也可避免大壩整體失

穩，從而保證大壩的安全[27]。

3.3.3庫岸巖體加固

對于地震中松動的庫岸巖體，應采取工程措施進行加固。地震后，首先需要對庫岸巖石情況進行重新評估，選擇加固方式。庫岸加固通常采取錨固、支擋、排水相結合的方式。錨固措施是利用預應力錨索和錨桿固定不穩定巖層，適用于震后加固巖體滑坡和不穩定的局部巖體。通過一端與建筑物結構相連，一端打入巖體內部，在增強巖體抗拉強度的同時，

改善庫岸巖體的完整性[28]。該方法在高切坡中被廣泛應用。支擋方法是通過支擋體來平衡滑坡體的下滑力，確保滑坡體的穩定安全。支擋結構能有

效地改善滑坡體的力學平衡條件，阻止滑坡、泥石流等。常用的方法有重力式擋墻、拉釘擋墻、加筋土擋墻、抗滑樁等[29]。

此外，由于地震過后經常伴隨暴雨，更易在松動巖石處產生滑坡、泥石流等災害，因此需及時排水，包括地表水和地下水。可設置截水溝排除地表水；排除地下水可用廊道、豎井和水泵等。在美國、加拿大和日本等國家較多采用專用鉆機打水平孔的辦法排地下水[28]。

3.4滲漏修復

應根據具體情況降低庫水位或放空水庫，徹底修復防滲體，對由于浸潤線過高而逸出坡面或者由于大面積散浸引起的滑坡，除結合下游導滲設施外，還應考慮加強防滲。

3.4.1劈裂灌漿

對于土石壩較嚴重的滲漏破壞，可以采取劈裂灌漿或加強防滲斜墻等方式解決。劈裂灌漿是指在垂直滲流的方向沿壩軸線劈開壩體，灌入稠泥或水泥砂漿，截斷滲流通道，可以在短時間內壩體內的滲流，使大壩轉危為安。

采用劈裂灌漿技術的嶺澳水庫具體做法如下：根據壩長選用適量的灌漿機，多臺灌漿機同時開灌，為使漿液盡快硬化固結，所用漿料為摻入速凝劑的水泥加粘土。在灌漿工藝上，連續的多次復漿，使混凝土或泥漿墻盡快加厚，并使貫通的漏水通道通過灌漿壓力和多次灌漿擠壓膨脹與原壩土體緊密結合，最終形成垂直連續的防滲混凝土砂漿墻，防止再次出現漏水通道的可能[30]。

3.4.2開挖置換

置換技術是土石壩震后修復中的一種重要手段，尤其對于心墻開裂的土石壩具有重要意義。首先需要通過探測技術檢測到侵蝕的區域，然后在心墻的下游側補填塑性混凝土，并用顆粒反濾層加以支持。最后使用水泥膨潤土混合物進行灌漿。置換技術可以有效阻止土石壩心墻的進一步破壞，達到防滲漏的目的[18]。

實例：新西蘭的馬拉希納壩，在經歷埃奇克姆地震后，初期表現穩定，在1987年12月后出現水位明顯下降的現象。通過詳細的監測發現，雖然大壩沒有遭受嚴重的滲漏，但左壩肩心墻和下游副心墻出現明顯的開裂和侵蝕，且侵蝕依然在繼續發展。持續不斷的侵蝕導致庫水位不斷下降，因而采取心墻置換的方式，即對左右岸壩肩進行開挖，噴上混凝土，置換開挖出來的材料。水庫再次蓄水時沒有出現新的事故[18]。

3.4.3排水設施

在阻止滲流發生的同時，需要做好排水工作，通過設置寬敞的排水帶，使滲流能順利排走，降低壩體內的浸潤線，減小孔隙水壓力。

4.典型水利工程抗震搶險及修復實例

4.1美國Hebgen壩

Hebgen土石壩[31]位于美國Montana州，1915年建成，1959年8月遭受里氏7.1級的強烈地震，壩和水庫所在地變形并整體下沉約3.1m，右岸溢洪道嚴重損壞，壩體沉陷開裂，水庫岸坡坍塌，庫水震蕩并漫溢壩壩。當時此壩并無抗震設計，承受地震對其的各種危害而未垮壩，其破壞模式和耐震經驗極有借鑒意義。

當時業主Montana電力公

司采取的緊急搶救措施包括：

（1）立即將泄水底孔進水口原用迭梁封閉的二個孔口開啟，以80m3/s的流量泄水降低庫水位。

（2）對半角沉陷區和被流沖蝕的壩下游面填土修復。檢查表明，心墻與溢洪道連接處的漏水并非通過心墻上的裂縫而是從破壞的溢洪道流出。

（3）在心墻的大裂縫處下游，打豎井檢查和修補。同時對下游河岸坍方區進行了修整。此后于1960年4月開始對溢洪道、壩體心墻和上游面進行了全面的修復和加固工作。

至今運行完好。

4.2美國LowerSanFernando壩

LowerSanFernando壩[31]位于美國加州洛杉磯市北，1912年動工，最大壩高43.2m，壩頂寬6m，長634m。1971年2月在壩東北12.9km處發生里氏6.6級地震，致使主壩發生巨大滑坡，壩的上游部分帶動壩上部9.2m高的壩體和壩頂一起坍落滑向水庫20多米遠。

事故發生后，救援人員立即采取了如下措施：一方面立即運來砂袋加固筑高壩的低陷部位；另一方面緊急撤離壩下游地區8萬居民；此外，通過2條泄水道和3條引水管排放水庫中的水。

經初步調查和后期進一步挖槽、鉆孔取樣研究得出，壩內有大范圍土區在地震后液化，但液化區被外圍強度較高的非液化土約束住，因而直到液化區內有足夠擴張力，促使外圍土向外和向下移動時，才出現大規模滑動。

4.3新疆西克爾水利工程

西克爾水庫[10，11]位于新疆伽師縣東北西克爾鎮，1959年建成使用，為均質土壩，設計庫容10053萬m3，屬大型攔河式平原水庫。該工程自建成以來共經歷了15次地震，其中較嚴重的有3次：1961年4月13日發生6.5級地震，震中距水庫約30km，致使220m長的壩出現沉陷崩塌，余壩產生165條裂縫；1996年3月19日發生6.4級地震，壩段出現涌沙，裂縫，局部產生沉陷；2002年3月3日，阿富汗發生里氏7.1級地震，造成水庫副壩段出現決口，并迅速擴大到50m左右，決口流量約120m3/s，損失慘重。

由于西克爾水庫運行年限長，且早年建設時沒有進行地質勘探，因此極易糟受地震破壞。多次地震后，主要采取的措施有：

（1）加高壩頂，壩后設置壓重，并鋪設無紡布反濾。

（2）大壩決口后，進行搶險封堵，修復缺口。

（3）按庫區基本烈度八度進行設計校核，對西克爾水庫主壩、副壩和其它建筑物進行加固修復。針對部分壩段壩基地震液化問題，主壩采用壓蓋重措施，以進一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗滲性能。副壩部分改線，采用粘料含量高的土進行填筑，加固填筑總方量為

58.59萬m3，其中粘土39.29萬m3，占60%。

4.4北京密云水庫

密云水庫位于北京密云縣城北13km處，庫容43.8億m3，是北京市民用、工業用水的主要來源。水庫始建于1958年9月，分白河、潮河、內湖三個庫區，主要建筑有白河主壩

（高66m，長1100m）、潮河主壩（高56m，長960m）和5道副壩等。

1976年7月28日，河北唐山發生里氏7.8級強烈地震，白河主壩發生強烈扭動，主壩水面以下6萬m2的塊石坡和砂礫保護層滑落，受損嚴重。地震后，采取的主要措施[6]有：

（1）及時探測大壩裂縫，并派潛水員進行水下探測。

（2）通過筑堰建閘，把密云水庫分隔成兩個庫區，放空庫水后，進行全面檢查加固。清除白河主壩上的砂礫保護層，加厚鋪蓋粘土斜墻，改用碴石保護層，往水下填粘土及砂石

達20萬m2。隨后，打通白河廊道、削坡清基，進行壩體加固。

（3）加固了3座副壩，并增建了3條泄水隧洞、1座溢洪道等。

白河主壩加固工程于1977年11月21日完成，達到了國家一級工程標準，至今完好。

5.小結

地震后受損水利工程修復是項復雜的工作，要因地制宜盡快采取最合適的方法進行修復。幾條主要結論如下：

（1）地震發生后，各級水行政主管部門應該對境內的水利工程，尤其是堤防、水庫大壩、水閘等工程進行排查，及時掌握工程破壞的情況及其隱患，有針對性地制定搶修方案。對地位重要、關系重大、危險性高的受損水利工程，要抓緊修復，確保度汛安全。

（2）壩和地基土料的液化，是導致垮壩或嚴重破壞的主要原因，此外，較普遍的震害有滑坡、開裂、沉陷和位移。

（3）盡可能保證水壩順利泄水，降低蓄水位，避免出現垮壩事故。

（4）目前對于水利工程一般都有相應的突發事故（如地震、洪水等）預警機制，但對于如何應對出現的險情，采取必要的工程措施，尚是一個薄弱環節，宜提高認識，加強要應的工作。

（5）對山區河流因沿岸崩山、泥石流等形成的堰塞湖，要當機力斷主動盡早清除，以避免水位升高，堰塞湖潰決形成洪災。