某水库拱坝应力分析及加固方案研究

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摘要：拱坝是一种重要的坝型但对坝区工程地质条件较为挑剔，施工难度相对较高而且存在坝身开裂的问题。论文以某存在开裂渗漏现象的水库砌石拱坝为分析对象，采用结构力学法，开展了针对拱坝病害成因及加固措施等方面的系统研究

关键词：应力；坝肩稳定；裂缝；坝体加固

Abstract: the arch dam is a kind of important dam type but for engineering geological conditions of the dam are picky, construction difficulty relatively high and exist including the problem of craze. Papers to the existence of a cracking leakage phenomenon QiShi arch dam reservoir for the analysis of target, the structure mechanics method, and carried out the disease causes and for arch dam reinforcement measures, and other aspects of the system research

Keywords: stress; The abutment stability; Crack; Dam reinforcement

中图分类号： TV62 文献标识码：A 文章编号：

1引言

拱坝对其体形及坝基地质地形条件有较高的要求，但还是由于具有施工速度快、坝体断面小等优点，从而拥有很强的竞争力。众所周知，尽管勘探技术与设计方法不断改进，但自拱坝出现以来，也伴随着各种隐患和病害。因此，分析已建旧坝存在的安全隐患、各种病害及相应的加固方案，是十分必要且有意义的。所以，本文根据某拱坝的实际情况，运用结构力学方法，分析拱坝开裂的根本原因，继而提出相应的加固措施，同时也为今后其整治提供可靠的设计依据。

2拱坝分析

2.1某拱坝概况

某水库拱坝为非溢流坝，拱坝下游建建有一座拱形二道坝。坝内排沙孔位于溢流坝段的中间部位。放水孔坝内埋管式，采用坝后阀门控制泄量。

经现场调查和巡视，发现水库工程存在如下问题：坝体和左右坝肩均有绕渗出流；坝体渗漏较为严重；大坝左侧坝肩岩体有崩坍等现象。

2.2应力分析

根据规范[1]以及某水库的实际运用情况，作用在拱坝上的荷载有静水压力，温度荷载，自重，泥沙压力，扬压力，浪压力和地震荷载[2]等，其中静水压力和温度荷载是主要的。

综上，选择以下控制荷载组合进行计算：

组合一：自重，水库正常蓄水位及相应尾水位下的静水压力，设计正常温升的温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力。

组合二：自重，水库设计洪水位及相应尾水位下的静水压力，设计正常温升的温度荷载，扬压力，泥沙压力，浪压力。

表2-1 拱坝最大主应力汇总表（MPa）

从表2-1可以看出：坝体第一主应力的分布基本上是沿高程方向的。在这两种荷载组合的工况下，坝体上游面主拉应力区较小，主要分布在坝体与两岸基岩相接处和坝顶。上游坝体中下部绝大部分区域为压应力，坝体下游面绝大部分区域为拉应力。另外，坝体的第三主应力基本上为横河向分布，在坝体大部分区域内沿河谷中轴线呈对称分布。规范[1]规定，某库拱坝应力基本满足规范要求。

2.2稳定分析

本文对拱座的稳定分析和评价以《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）为依据。本工程为三等工程，拦河坝建筑物的级别为3级。

拱端推力计算选定应力分析中的荷载组合二。由于水库拱坝在左岸高程1070米以上设有重力式边墩，左岸坝肩的稳定性要优于右岸坝肩，故只对1070米以下坝段进行右坝肩稳定分析即可。右岸坝肩各单位高拱圈抗滑稳定安全系数成果见表2-2。

表2-2 右岸坝肩拱圈抗滑稳定安全系数成果表

由表2-2看出，拱坝右岸坝肩的稳定性表现为：坝体中下部分拱圈的稳定性不足，在规定工况下，高程为1060米的拱圈抗滑稳定安全系数约为2.07，达不到规范要求的3.0，右岸坝肩在这此种工况下不能满足抗滑稳定要求。

3拱坝病害分析及加固措施

3.1拱坝病害成因分析

砌石拱坝的开裂大致可以分为三个阶段[3]，从裂缝成因分析中可以看到，拱坝开裂是温度荷载、两岸岩体岩性不对称分布、拱坝体形不良加之施工质量差的联合作用结果，尤其是由于坝身应力导致的裂缝存在发展的趋势，所以必须及时处理。

3.2坝体开裂整治方案研究

针对常峪口水库拱坝裂缝成因及其规模，结合前人的经验，研究拱坝裂缝的修补措施，通过补强加固增强坝体的整体性，降低坝体的温度荷载，拟定的处理措施如下[4]：

（1）上游坝面进行防渗和抗裂并举的加固措施。修补坝体裂缝，将拱坝连接为一个整体，防止水压引起裂缝进一步的发展。字啊此需注意控制修补坝体裂缝时的温度，使其封拱温度接近多年平均气温，从而可以降低温度变化对拱坝应力的影响。

（2）夏季日照会加剧坝面混凝土开裂，较好的解决办法是在下游坝面贴上保温层。本文拟采用苯板保温。

（3）对两岸坝肩进行防渗和抗滑加固工程措施。鉴于左岸软弱岩体分布较多，存在小范围崩坍现象，右岸岩体裂隙较发育使得坝肩稳定性不足，可对两岸基础同时进行适当处理，提高基岩的整体性和变形特性，同时，也可适当调整上游岩体的不对称情况，改善拱坝应力的不对称分布，适当降低拱坝应力值。

4结束语

本文针对某水库拱坝坝体开裂以及右岸坝肩绕坝渗漏、稳定性不足等问题，系统地分析研究了拱坝的病害成因，并针对拱坝病害成因结合拱坝的实际情况，提出了在上游坝面进行防渗和抗裂并举、对右岸坝肩进行防渗和抗滑加固以及下游坝面贴苯板保温层等几项工程措施。

参考文献：

[1]水利部.SL25—91浆砌石坝设计规范.北京:水利电力出版社,1991

[2]Clough R..W. and Chopra. Earthquake stress analysis in earth dams[J].JEMD，ASCE，EM2，1966.

[3]冯广宏.砌石拱坝建设[M].四川:四川人民出版社,1980:112-203

[4]刘长宝,沈长松.溧阳市天目湖平桥砌石连拱坝加固研究.水文地质工程地质，2007，1

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