七里壩水庫除險加固拱壩應力分析

李太軍

(貴州黔水工程監(jiān)理有限責任公司，貴州 貴陽 550002)

七里壩水庫除險加固拱壩應力分析

李太軍

(貴州黔水工程監(jiān)理有限責任公司，貴州 貴陽 550002)

七里壩水庫處于高山峽谷地區(qū)，為運行多年的病險水庫，拱壩為下游面加厚的單曲拱壩，壩體存在橫向裂縫和水平裂縫，本文通過對拱壩應力進行對比分析研究，提出了拱型重力壩加固處理方案，得出了除險加固后拱壩穩(wěn)定安全的結論，運行結果表明，大壩穩(wěn)定、運行安全。

七星里水庫；拱壩；應力分析

1 工程概況

七里壩水庫位于貴州省赤水市長期鎮(zhèn)鏡內的福寶河上，水庫壩址距赤水市城區(qū)96km，距長期鎮(zhèn)12km。1966年水庫動工興建，設計灌溉面積833hm2，電站裝機容量2×320kW，總庫容415萬m3。是一座以灌溉為主，兼具供水、發(fā)電、旅游等功能的小(1)型水利工程。

水庫大壩為漿砌條石單曲拱壩，大壩分兩次建成，第一次設計為定圓心、定外半徑漿砌條石單曲拱壩，壩體厚2m。第一次加固處理是在1975年進行的壩體裂縫處理、壩體加厚加高、擴寬溢洪道等，1980年竣工。第一次加固處理后壩體厚5m。

第二次加固處理于2003年6月21日開工，對拱壩進行了帷幕灌漿和溢洪道改造。因拱壩存在先天性不足，大壩出現(xiàn)了12條橫向垂直裂縫、1條縱向垂直裂縫及1條水平貫通上、下游面的裂縫，危及大壩安全。

2 拱壩加固前應力分析

拱壩產生裂縫后，兩塊新老壩體已分離，只有下游面壩體起作用，因此，必須對該壩按3m厚的壩體重新進行應力分析和安全評價。

根據(jù)《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)規(guī)定，采用拱梁分載法程序進行計算，從應力分析成果可知，基本荷載組合時拱壩最大主壓應力為3.52MPa，發(fā)生在拱冠872.40m高程下游面，最大主拉應力為-2.26MPa，發(fā)生在拱冠872.40m高程上游面；特殊荷載組合時最大主壓應力為4.09MPa，發(fā)生在拱冠872.40m高程下游面，最大主拉應力為-2.82MPa，發(fā)生在拱冠872.40m高程上游面。壩體為M10水泥砂漿料石砌體，查《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石體容許壓應力值為：基本荷載組合時為4.25MPa，特殊荷載組合時為4.85MPa。查《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)表9砌石拱壩控制計算拉應力參考值得容許拉應力值為：拱壩周邊為1.20MPa，其他部位為1MPa。應力計算結果表明拉應力超過規(guī)范要求，拱壩將會失去穩(wěn)定，造成破壞，因此，該拱壩是不安全的。

3 拱壩加固方案設計

為改變壩體結構，調整壩體受力分布，改善壩體應力狀況，減小壩體拉應力，根治壩體因拉應力過大而產生裂縫等問題，提出拱型重力壩方案，即在下游面加厚壩體，改為拱型重力壩。拱型重力壩設計方案見圖1。

圖1 拱型重力壩加固方案大壩設計剖面圖(高程單位：m，尺寸單位：mm)

大壩壩型為M10漿砌石拱型重力壩，建基面采用厚1m的C15混凝土墊層。結合已建成砌石拱壩的平面尺寸進行布置，最大外半徑66m，最大中心角61.16°，最小內半徑47.94m，最小中心角49°，最大壩高27.60m，壩頂寬5m，壩頂高程899.00m，起拱高程874.00m，建基面高程871.40m，最大壩底厚20.06m，上游壩坡垂直，下游壩坡1∶0.6。

4 拱型重力壩壩體應力分析

4.1 按重力壩進行應力分析

4.1.1 荷載組合計算

工程區(qū)多年平均氣溫14.50℃，不屬嚴寒地區(qū)，不采取壩頂泄流，工程區(qū)處于弱地震區(qū)，工程規(guī)模為小(1)型，因此不計算冰壓力、動水壓力，不考慮地震荷載。

荷載組合分為以下兩種?；竞奢d組合：正常蓄水位897.10m時，水壓力+泥沙壓力+自重+揚壓力+浪壓力；特殊荷載組合：校核洪水位898.80m時，水壓力+泥沙壓力+自重+揚壓力+浪壓力。荷載組合計算結果見表1。

表1 各種工況下的荷載組合計算結果

4.1.2 應力分析計算

根據(jù)《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)要求，重力壩壩體應力采用《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL 319—2005)附錄C公式計算,壩體由M10漿砌條石和塊石組成，基本參數(shù)取小值進行計算。砌石體的泊松比為0.20，線脹系數(shù)取6×10-6/℃，容重23kN/m3，彈性模量4GPa，淤沙浮容重6.50kN/m3，內摩擦角14℃，應力分析結果見表2、表3。

表2 拱型重力壩(按重力壩計算)基本組合情況下應力計算結果

表3 拱型重力壩(按重力壩計算)特殊組合情況下應力計算結果

從應力分析成果可知，基本荷載組合時上游邊緣最大壓應力為0.26MPa，下游邊緣最大壓應力為0.35MPa；特殊荷載組合時上游邊緣最大壓應力為0.25MPa，下游邊緣最大壓應力為0.46MPa。壩體為M10水泥砂漿塊石砌體，查《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石體容許壓應力值為：基本荷載組合時為3.35MPa，特殊荷載組合時為3.95MPa。壓應力均在設計規(guī)范規(guī)定的容許壓應力以內。應力計算結果滿足規(guī)范要求。

4.2 按拱壩進行應力分析

采用拱梁分載法程序進行計算，壩體由M10漿砌條石組成，基本參數(shù)取小值進行計算，砌石體的泊松比為0.20，容重23kN/m3，淤沙浮容重6.50kN/m3，砌體彈性模量4GPa，內摩擦角14℃，砌體線脹系數(shù)6×10-6/℃。

荷載組合分為以下兩種。基本荷載組合：正常蓄水位897.10m時，水壓力+溫降+泥沙壓力+自重+揚壓力+浪壓力；特殊荷載組合：校核洪水位898.80m時，水壓力+溫升+泥沙壓力+自重+揚壓力+浪壓力。兩種荷載組合下應力計算結果見表4、表5。

表4 拱型重力壩(按拱壩計算)基本荷載組合情況下的應力計算結果

表5 拱型重力壩(按拱壩計算)特殊荷載組合情況下的應力計算結果

從應力分析成果可知，基本荷載組合時拱壩最大主壓應力為0.46MPa，發(fā)生在拱冠871.40m高程上游面，最大主拉應力為-0.10MPa，發(fā)生在拱端895.93m高程下游面；特殊荷載組合時最大主壓應力為0.42MPa，發(fā)生在拱冠871.40m高程上游面，最大主拉應力為-0.11MPa，發(fā)生在拱端895.93m高程下游面。壩體為M10水泥砂漿塊石砌體，查《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石體容許壓應力值為：基本荷載組合時為3.35MPa，特殊荷載組合時為3.95MPa。查《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)表9砌石拱壩控制計算拉應力參考值得容許拉應力值為：拱壩周邊為1.20MPa，其他部位為1MPa。大壩拉壓應力均在設計規(guī)范規(guī)定的容許壓應力以內。應力計算結果滿足規(guī)范要求。

通過拱梁分載法程序進行應力計算后，根據(jù)應力計算結果，按特殊荷載組合工況繪制應力等值線圖，見圖2～圖5。

圖2 特殊荷載情況下游面第一主應力等值線(單位:0.1MPa)(最大值4.3，最小值1.99)

圖3 特殊荷載情況下游面第二主應力等值線(單位:0.1MPa)(最大值1.04，最小值-0.197)

圖4 特殊荷載情況上游面第一主應力等值線(單位:0.1MPa)(最大值4.49，最小值1.75)

圖5 特殊荷載情況上游面第二主應力等值線(單位:0.1MPa)(最大值2.5，最小值0.39)

4.3 應力計算對比分析

通過對拱型重力壩分別采取重力壩和拱壩兩種方法進行應力分析，重力壩分析成果為：基本荷載組合時最大壓應力為0.35MPa；特殊荷載組合時最大壓應力為0.46MPa。拱壩分析成果為：基本荷載組合時最大主壓應力為0.46MPa，最大主拉應力為-0.10MPa；特殊荷載組合時最大主壓應力為0.42MPa，最大主拉應力為-0.11MPa。兩種方法結果表明：壓應力值很相近，采取拱壩方法進行應力分析比較接近實際情況。

5 結 語

通過對七里壩水庫拱壩除險加固前應力分析，得出拱壩不安全結論。根據(jù)工程特點提出了拱型重力壩加固方案，分別按重力壩和拱壩兩種方法對拱型重力壩進行應力對比分析研究，得出采取拱壩方法進行應力分析比較接近實際的結論。除險加固處理后，根治了拱壩的裂縫問題，保證了大壩穩(wěn)定性，大壩經(jīng)過多年運行，充分證實了拱型重力壩加固方案的技術可靠性，保證了拱壩長期運行安全。fffffd

[1] SL 25—2006砌石壩設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] SL 319—2005混凝土重力壩設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社,2005.

[3] 遵義市水利水電勘測設計研究院.七里壩水庫大壩裂縫應急處理方案[R].遵義：2004.

Stress analysis of risk removal reinforcement arch dam in Qiliba Reservoir

LI Taijun

(GuizhouQianshuiEngineeringSupervisionCo.,Ltd.,Guiyang550002,China)

Qiliba Reservoir is located in mountain valley area, which has been operated for many years and belongs to dangerous reservoir. The arch dam belongs to thickened single arch dam on the downstream face. The dam body have transverse cracks and horizontal cracks. In the paper, arch dam stress is comparatively analyzed and studied. The reinforcement treatment plan of arch gravity dam is proposed. The conclusion of stable and safe arch dam after risk removal and reinforcement is obtained, and the operation results show that the dam is stable with safe operation.

Qixingli Reservoir; arch dam; stress analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.10.014

TV642.4

A

1673-8241(2015)10-0044-05