旭龍水電站特高拱壩設(shè)計(jì)

摘要：旭龍水電站特高拱壩壩高213 m，壩址地震烈度高，兩岸地形與壩基地質(zhì)條件復(fù)雜，拱壩設(shè)計(jì)工作難度大。為此，采用多種數(shù)值分析與模型試驗(yàn)等方法，對(duì)拱壩建基面選擇、體形及拱端優(yōu)化、拱冠梁等壩體體形設(shè)計(jì)、壩體抗震性能分析、泄洪孔口結(jié)構(gòu)影響、壩體強(qiáng)度與壩肩穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了深入研究。研究認(rèn)為：壩體應(yīng)力、拱壩-壩基整體承載力、壩肩抗滑穩(wěn)定經(jīng)一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)及壩基處理加固后均滿足規(guī)范要求，具有較大安全裕度。設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則可供同類高拱壩工程參考。

關(guān) 鍵 詞：雙曲拱壩；拱壩體形；泄洪孔口；防震抗震；旭龍水電站

中圖法分類號(hào)：TV61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.026

0 引言

旭龍水電站位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上游河段，是金沙江上游河段“一庫十三級(jí)”梯級(jí)開發(fā)方案中的第12級(jí)，是中國“十四五”期間開工建設(shè)的裝機(jī)規(guī)模最大的水電站，工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。水庫總庫容8.47億m³，電站總裝機(jī)容量2 400 MW，為Ⅰ等大（1）型工程。樞紐工程由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物、地下引水發(fā)電系統(tǒng)及過魚設(shè)施等組成。

旭龍拱壩壩頂高程2 308 m，最大壩高213 m，大壩為1級(jí)建筑物。泄水建筑物全壩身布置，由3個(gè)泄洪表孔、4個(gè)泄洪中孔和1個(gè)生態(tài)放水孔組成，壩下設(shè)水墊塘消能，右岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)與過魚設(shè)施，左岸布置導(dǎo)流洞，樞紐布置如圖1所示。

通過比選確定樞紐布置及壩線位置后，結(jié)合壩址處地形地質(zhì)特征，進(jìn)行旭龍混凝土雙曲拱壩設(shè)計(jì)^［1］。場址地震烈度高、兩岸地形地質(zhì)條件復(fù)雜且差異性較大、全壩身泄洪等因素，給旭龍拱壩設(shè)計(jì)帶來了較高難度的挑戰(zhàn)。通過綜合考慮并解決拱壩抗震安全與體積方量適中、壩體形態(tài)與孔口結(jié)構(gòu)對(duì)稱協(xié)調(diào)、大壩應(yīng)力安全與地基整體穩(wěn)定等多方面問題，優(yōu)選確定了旭龍拱壩體形及主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

旭龍混凝土雙曲拱壩采用拋物線型，壩頂高程處河谷寬357 m，壩頂下游弦長411.8 m，弦高比1.93。中心線弧長471.4 m，弧高比2.22。拱冠處壩底厚度46.2 m，厚高比0.217。頂拱中心角86.4°，最大中心角93.6°。拱壩中心線與泄洪中心線重合，壩身表、中孔在平面上沿中心線軸對(duì)稱布置，表孔為開敞式溢流堰，中孔采用有壓管型式，生態(tài)放水孔布置于泄洪表孔右側(cè)壩段。

1 壩址地形地質(zhì)條件

旭龍水電站工程區(qū)域地跨川、滇、藏兩省一區(qū)，屬青藏高原強(qiáng)烈隆起區(qū)，區(qū)域構(gòu)造十分復(fù)雜，斷裂發(fā)育、規(guī)模大、活動(dòng)性較強(qiáng)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)強(qiáng)度大，頻度較高，為中國西南強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)之一。旭龍拱壩處在金沙江結(jié)合帶的德仁多—地巫穩(wěn)定性較差地塊內(nèi)，壩址50 a超越概率10%和100 a超越概率2%、1%的基巖水平向峰值加速度值分別為0.176 g、0.410 g、0.497 g。

旭龍壩址為典型的“V”形谷，河谷寬高比為1.82。大壩所在河段總體順直，兩岸邊坡呈多級(jí)山脊態(tài)勢且走向與金沙江流向基本一致。壩基巖體以印支期花崗巖為主，左岸近壩肩下游側(cè)為斜長角閃片巖，右岸近壩肩上游側(cè)為混合巖。

河床分布一定厚度覆蓋層，主要為碎塊石或漂卵石夾礫砂，下伏基巖為花崗巖及少量混合巖條帶，巖石堅(jiān)硬、弱風(fēng)化至微新狀。河床部位總體屬中等地應(yīng)力水平，局部鉆孔存在巖芯餅化現(xiàn)象，河床壩基開挖后可能出現(xiàn)應(yīng)力松弛、卸荷回彈現(xiàn)象。

兩岸壩基巖體和拱座巖體范圍內(nèi)揭露斷層以陡傾角橫河向?yàn)橹?，?guī)模均較小。左岸近壩基下游側(cè)斷層發(fā)育，巖體完整性差，沿f₇₅斷層分布有裂隙密集帶并與f₅₇等斷層及緩傾結(jié)構(gòu)面切割組合，影響大壩拱座穩(wěn)定。右岸壩基巖體巖質(zhì)堅(jiān)硬，上游側(cè)沿f₂₆斷層分布云母富集帶，經(jīng)判斷其貼近但未進(jìn)入拱座推力作用范圍內(nèi)，僅影響拱肩槽上游側(cè)邊坡穩(wěn)定。右岸地質(zhì)條件優(yōu)于左岸，地形方面存在右岸大壩中上部邊坡陡立的狀況，兩岸地形地質(zhì)條件總體差異性較大。

2 拱壩體形設(shè)計(jì)

2.1 基于地質(zhì)要素的建基面選擇

旭龍拱壩建基面的擬定，結(jié)合了壩址實(shí)際地形地質(zhì)條件與國內(nèi)已建高拱壩工程經(jīng)驗(yàn)，首先明確提出壩基可利用巖體、建基面形態(tài)、拱端定位3個(gè)方面的適用性原則。對(duì)河床與兩岸建基面分別進(jìn)行了研究，按照該原則確定了旭龍拱壩各高程壩基利用巖體的類別及對(duì)應(yīng)嵌深的建基面方案。

河床建基面方案主要確定壩基底面高程。河床基巖頂板以下的Ⅲ類巖體完整性差，裂隙發(fā)育，不宜作為大壩下部的建基巖體。Ⅱ類巖體則更為完整，工程地質(zhì)性狀好，是良好的大壩建基巖體。同時(shí)根據(jù)河床部位勘探鉆孔中餅狀巖芯分布情況，以2 095 m高程為界，其上裂隙較發(fā)育，巖體縱波波速值較低^［2］，局部存在巖芯餅化現(xiàn)象，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，其下未卸荷完整巖體工程地質(zhì)性狀好，故選擇2 095 m作為河床建基面高程。施工過程中擬采用預(yù)留保護(hù)層的開挖方式，對(duì)河床建基面附近可能出現(xiàn)的餅狀巖體進(jìn)行挖除，對(duì)其下部巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿。

大壩兩岸建基面的擬定分為拱壩中下部、上部以及左岸、右岸4個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行。拱壩中下部作為拱端推力作用主要的分布區(qū)域，該部位建基巖體利用原則與河床保持一致，采用Ⅱ類巖體。對(duì)壩基出露斷層引起的局部地質(zhì)缺陷，采用混凝土置換處理并對(duì)周圍加強(qiáng)固結(jié)灌漿。拱壩上部拱向作用力水平明顯降低，兩岸建基巖體以Ⅱ類巖體為主，局部可利用Ⅲ類巖體，在保證壩基巖體質(zhì)量前提下，能夠優(yōu)化縮短壩頂弦長，減少拱壩壩體混凝土與壩頂以上邊坡開挖，顯著節(jié)省工程量并節(jié)約工程成本。

對(duì)于拱壩中上部左岸、右岸的建基面，分別依據(jù)兩岸壩基地形與地質(zhì)條件進(jìn)行了細(xì)致的研究。其中左岸拱壩建基面下游側(cè)由于f₇₅斷層出露地表處發(fā)育沖溝，造成了拱端下游地形缺失凹陷，通過適當(dāng)加大拱壩左岸整體拱端嵌深，提高拱座巖體受力部分完整性。右岸地形完整，巖體卸荷深度小，但拱端中上部至壩頂以上邊坡陡立，建基面曲線整體呈現(xiàn)上陡下緩的形態(tài)，為確保右岸建基面平順度，通過研究中上部拱端不同嵌深方案下的建基面巖體分布，在控制Ⅱ、Ⅲ類巖體適度比例條件下，適當(dāng)回縮中部拱端建基面，以此放緩右岸上部建基面坡度，有利于改善壩體應(yīng)力狀態(tài)。

2.2 多維邊界條件約束下體形設(shè)計(jì)方法

在選定建基面方案的基礎(chǔ)上，對(duì)拱壩體形進(jìn)行設(shè)計(jì)，以改善拱壩在各條件下的應(yīng)力狀態(tài)、降低壩體方量，并在各設(shè)計(jì)階段持續(xù)優(yōu)化。

拱壩體形設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是在一定邊界條件下，通過對(duì)體形函數(shù)中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使用拱梁分載法或有限元迭代計(jì)算壩體應(yīng)力分布，來獲得應(yīng)力水平適中、體形與方量滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化方案。參考類似拱壩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)^［3］，旭龍拱壩對(duì)五心圓拱、拋物線拱、對(duì)數(shù)螺旋線拱、橢圓線拱、懸鏈線拱和混合線拱共6種平面線型進(jìn)行優(yōu)選，選定了設(shè)計(jì)變量較少、優(yōu)化效率較高的拋物線平面拱圈線型。

在確定平面線型后，綜合考慮地基變形模量、抗震性能、孔口等結(jié)構(gòu)對(duì)大壩應(yīng)力狀態(tài)的影響，進(jìn)行體形設(shè)計(jì)，初擬體形方案。以拱梁分載法為主、輔以線彈性有限元法開展計(jì)算分析，從應(yīng)力水平及分布、拱座穩(wěn)定、壩體幾何形態(tài)、壩體方量等方面綜合分析，選擇較優(yōu)拱壩體形方案。同時(shí)考慮旭龍拱壩對(duì)兩岸基巖變形模量、拱端位置、環(huán)境與澆筑溫度等邊界條件的適應(yīng)性。

旭龍拱壩體形設(shè)計(jì)過程中，具體遵循了以下原則：①充分保持對(duì)河床及兩岸地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性；②在滿足壩體強(qiáng)度要求的前提下，力求壩體應(yīng)力、位移狀態(tài)良好，避免拱壩體形周邊突變，減少壩基局部應(yīng)力集中；③滿足表、中孔主體結(jié)構(gòu)布置條件，并控制孔口對(duì)壩體應(yīng)力的影響；④改善拱座推力方向，優(yōu)化減少兩岸壩段中上部向上游的倒懸度，保證壩體抗震性能；⑤改善施工期應(yīng)力條件，盡量使體形簡單以方便施工。

2.3 拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)體形

在旭龍拱壩體形方量比選與優(yōu)化方面，最直觀的幾何邊界控制條件為厚高比，以此來限制壩體的最大厚度，進(jìn)而優(yōu)化得到不同壩體方量的拱壩體形方案?？尚行匝芯侩A段按方量、拱厚不同，擬定了3種壩體方量水平的拱壩體形代表性方案，按照純體形方量對(duì)方案進(jìn)行編號(hào)，分別為202方案、211方案、223方案，如圖2所示。3種體形方案在靜力工況下的應(yīng)力分布規(guī)律基本一致，拱端推力及拱座穩(wěn)定性相近且均滿足規(guī)范要求。同時(shí)按照“靜力設(shè)計(jì)，動(dòng)力調(diào)整”的拱壩設(shè)計(jì)思路^［4］，比較了地震工況下各方案應(yīng)力水平，其中211方案較202方案混凝土方量增加約4%，設(shè)計(jì)地震下最大主拉、主壓應(yīng)力均降低約12%；223方案較211方案混凝土方量增加約6%，設(shè)計(jì)地震下最大主拉應(yīng)力降低約2%，主壓應(yīng)力降低約6%。

旭龍拱壩3種方案的體形參數(shù)相近，拱厚和壩體體積有一定差別，體形參數(shù)對(duì)比見表1。壩體應(yīng)力隨壩體體積增加而減小，拱座抗滑穩(wěn)定性接近。202方案壩體體積最小但壩體應(yīng)力極值最大，且有限元法計(jì)算所得最大主拉應(yīng)力接近規(guī)范限值，參數(shù)敏感性分析存在應(yīng)力超限情況，211方案較202方案抗震性能改善明顯；211方案和223方案應(yīng)力和穩(wěn)定差別不大，對(duì)參數(shù)變化適應(yīng)性均較好，211方案壩體體積較小。

通過對(duì)旭龍拱壩3種體形方案進(jìn)行分析比選，最終推薦了壩體體積居中、應(yīng)力水平較低、適應(yīng)性亦較好的211方案，推薦方案的旭龍拱壩體形如圖3所示。

3 拱壩應(yīng)力穩(wěn)定有限元分析

3.1 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

旭龍水電站勘察設(shè)計(jì)經(jīng)歷了混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范的更新^{［1，5］}，為此設(shè)計(jì)人員按照新規(guī)范對(duì)原有應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)核與對(duì)比。其中，靜力工況條件下的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)取值與其他混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范相統(tǒng)一，由原標(biāo)號(hào)值改為混凝土強(qiáng)度的0.67倍，結(jié)構(gòu)、材料分項(xiàng)系數(shù)方面按照套改的原則均作相應(yīng)調(diào)整。地震工況仍依據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，相關(guān)系數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)沒有變化。主要分項(xiàng)系數(shù)調(diào)整見表2，相應(yīng)應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表3。

調(diào)整后拱壩混凝土應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)中，拱梁分載法計(jì)算持久狀況下的主壓應(yīng)力極值上限降低約0.05 MPa，降幅小于1%，主拉應(yīng)力仍保留不得大于1.20 MPa的要求。有限元計(jì)算方法的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)變化規(guī)律與拱梁分載法相似，例如持久狀況下主壓應(yīng)力極值上限由8.52 MPa降低至8.40 MPa，降幅略大于1%，主拉應(yīng)力上限則保持為1.50 MPa。

按照新行混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)壩體應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核后，旭龍拱壩仍能夠滿足規(guī)范中各項(xiàng)要求。

3.2 有限元法應(yīng)力計(jì)算成果

在拱梁分載法計(jì)算壩體應(yīng)力基礎(chǔ)上，優(yōu)化選定旭龍拱壩體形參數(shù)，并通過有限元計(jì)算做進(jìn)一步論證。有限元方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地基中各類巖體、地質(zhì)缺陷分布，大壩壩段與澆筑、封拱過程等要素更為真實(shí)的模擬^［6］。

旭龍拱壩有限元計(jì)算模型根據(jù)基巖巖性分布，模擬了2倍壩高范圍內(nèi)的主要裂隙密集帶、接觸帶和較大的斷層。按照拱壩分壩段、分倉位及灌區(qū)劃分方案，模擬了施工期壩體澆筑與封拱過程，旭龍拱壩有限元計(jì)算模型見圖4。計(jì)算工況主要考慮了上游正常蓄水位、死水位以及溫升、溫降等持久狀況基本組合，計(jì)算結(jié)果中拱端應(yīng)力集中采用等效應(yīng)力法^［7］解決。

計(jì)算結(jié)果顯示：旭龍拱壩在持久狀況基本組合作用下，拱壩上游面最大主壓應(yīng)力為5.51 MPa，出現(xiàn)于死水位溫降荷載組合，位于拱冠梁上游與河床建基面相交部位；最大主拉應(yīng)力出現(xiàn)在死水位溫升荷載組合，為1.43 MPa，位于高程2 170 m左拱端。拱壩下游面最大主壓應(yīng)力為7.45 MPa，出現(xiàn)于正常蓄水位溫升荷載組合，位于拱冠梁下游與河床建基面相交部位；各工況下下游面均無拉應(yīng)力，與拱梁分載法敏感性分析中結(jié)果一致。

經(jīng)過有限元計(jì)算驗(yàn)證，旭龍拱壩選定體形的壩體主應(yīng)力值均在控制標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，壩體應(yīng)力狀態(tài)均滿足規(guī)范要求。

3.3 拱壩-地基整體承載能力分析

旭龍壩址處兩岸地形地質(zhì)存在局部不對(duì)稱，在考慮大壩-地基整體穩(wěn)定情況下，兩岸拱端壓應(yīng)力偏斜不對(duì)稱使壩基承載能力降低，可能造成壩體-拱座系統(tǒng)失穩(wěn)等潛在問題^［8］。因而有必要在不對(duì)稱地形地質(zhì)條件下，開展旭龍拱壩-地基整體穩(wěn)定分析，保障并提高壩基承載力。

采用超載法分析旭龍拱壩-地基整體安全度^［9］。超載參數(shù)選取上游面水體容重，分析水推力增加過程中壩體、拱座的變形以及大壩、壩基軟弱結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力和破壞發(fā)展趨勢，判定拱壩-地基系統(tǒng)整體在彈性變形、非線性變形、整體失穩(wěn)破壞階段對(duì)應(yīng)的超載系數(shù)，得出大壩極限承載能力。其中，彈性變形安全系數(shù)指在該超載倍數(shù)以內(nèi)大壩-地基整體處于線彈性狀態(tài)，壩體變形隨超載倍數(shù)線性增加，兩岸巖體沒有明顯屈服區(qū)；隨超載進(jìn)一步增大，壩體變形出現(xiàn)非線性特征，建基面出現(xiàn)部分屈服或開裂區(qū)域；當(dāng)壩基屈服或開裂區(qū)域相互聯(lián)通，壩體非線性變形特征明顯，對(duì)應(yīng)壩體達(dá)到極限承載狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的超載倍數(shù)為極限荷載安全系數(shù)^［10］。

通過對(duì)比同類高壩工程可知（表4），旭龍拱壩-地基整體超載安全系數(shù)處于適中水平，大壩穩(wěn)定安全具有充足保障。

4 防震抗震設(shè)計(jì)

在國內(nèi)已建、在建及擬建特高拱壩工程中，旭龍拱壩抗震設(shè)防水平僅次于大崗山拱壩，且采用了全壩身泄洪方式，掌握泄洪孔口對(duì)壩體抗震安全的影響及動(dòng)力工況下結(jié)構(gòu)的可靠性尤為重要。

現(xiàn)行水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范僅適用于200 m級(jí)以下大壩^［11-12］，為全面、綜合評(píng)價(jià)旭龍拱壩結(jié)構(gòu)抗震特性、極限抗震能力和抗震安全度，首先從大壩自振特性、動(dòng)力變形狀況等方面分析大壩結(jié)構(gòu)抗震特性，再進(jìn)一步開展考慮橫縫開合、地基輻射阻尼及混凝土損傷的非線性有限元計(jì)算與振動(dòng)臺(tái)動(dòng)力模型試驗(yàn)等工作。

按照壩體混凝土、地基中主要破碎帶的材料非線性進(jìn)行地震反應(yīng)分析。壩體混凝土材料動(dòng)態(tài)損傷演化規(guī)律以損傷-位移應(yīng)力變化曲線和損傷-位移損傷因子變化曲線來表征，地基材料采用D-P本構(gòu)模型進(jìn)行模擬，同時(shí)考慮壩體橫縫開合非線性效應(yīng)和地基輻射阻尼影響。設(shè)計(jì)地震作用下，壩體靜動(dòng)綜合應(yīng)力除局部范圍由于應(yīng)力集中導(dǎo)致其主拉應(yīng)力超過壩體混凝土動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度值外，其余均在控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。在壩面非應(yīng)力集中區(qū)，由于橫縫的應(yīng)力釋放作用，各工況拉應(yīng)力基本不超過2.0 MPa，或基本處于受壓狀態(tài)，壩體混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度高于壩體所出現(xiàn)的靜動(dòng)綜合最大壓應(yīng)力，橫縫最大張開度在8 mm以內(nèi)，遠(yuǎn)小于止水材料變形容許值，不會(huì)導(dǎo)致止水破壞^［13］，混凝土強(qiáng)度及橫縫結(jié)構(gòu)等均能夠滿足大壩抗震要求。校核地震作用下，壩體應(yīng)力極值數(shù)值、橫縫張開度均略有增加但增幅很小，對(duì)壩體工作狀態(tài)影響不大，拱壩工作性態(tài)在校核地震作用下未發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化，可滿足“不潰壩”的安全性能要求。

通過對(duì)比旭龍拱壩有、無泄洪孔口模型動(dòng)力計(jì)算成果發(fā)現(xiàn)：表、中孔閘墩及孔口結(jié)構(gòu)對(duì)大壩整體的強(qiáng)度、剛度影響較小，大壩自振特性、壩體變形、應(yīng)力以及極限抗震性能相近，壩身布置泄水孔對(duì)大壩抗震安全性影響較小。進(jìn)一步分析在設(shè)計(jì)及校核地震作用下的孔口結(jié)構(gòu)變形可知，表孔兩側(cè)閘墩相對(duì)變形殘余值約1 mm，均在閘門和啟閉設(shè)備可接受范圍內(nèi)，論證了全壩身布置泄洪孔口方案可行。

本文開展了振動(dòng)臺(tái)動(dòng)力模型試驗(yàn)^［14］，試驗(yàn)表明旭龍拱壩在設(shè)計(jì)地震與校核地震作用下觀測到輕微損傷，但未出現(xiàn)宏觀開裂，兩壩肩滑塊保持穩(wěn)定。壩體初始宏觀開裂發(fā)生在3.0倍超載工況，在動(dòng)力超載5倍加振后仍維持穩(wěn)定，表明旭龍拱壩具有較高的抗震超載能力。

根據(jù)試驗(yàn)中模型損傷開裂情況，確定左岸下游壩基交界面、左右拱端、拱冠壩踵以及壩體上部梁向部位是旭龍拱壩的抗震薄弱部位，綜合有限元計(jì)算成果中壩基及孔口結(jié)構(gòu)周邊高應(yīng)力區(qū)分布，針對(duì)性采取了布設(shè)抗震鋼筋、混凝土分區(qū)、拱端設(shè)置貼腳、增加表孔連接大梁剛度等抗震措施，使旭龍拱壩抗震能力進(jìn)一步提高。

5 壩肩抗滑穩(wěn)定

旭龍拱壩兩岸山體雄厚，拱座巖體主要為花崗巖，強(qiáng)度高且完整性較好。但兩岸壩肩及下游發(fā)育有f₃、f₁₀、f₁₁、f₂₆、f₅₇、f₇₅、片巖與花崗巖接觸帶（內(nèi)含剪切帶）等諸多結(jié)構(gòu)面，以及多層長大緩傾角裂隙，其產(chǎn)狀復(fù)雜，相互間交錯(cuò)，構(gòu)成潛在滑動(dòng)塊體，對(duì)拱座穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

目前高拱壩拱座穩(wěn)定評(píng)價(jià)主要為剛體極限平衡法，按照壩基中的結(jié)構(gòu)面組合形成空間塊體，采用三維滑動(dòng)矢量計(jì)算方法進(jìn)行拱座抗滑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)^［15］。結(jié)合旭龍拱壩拱座中結(jié)構(gòu)面幾何特征，組合分析得出以左岸f₅₇、右岸f₂₆為側(cè)滑面，以高程2 120～2 290 m緩傾角裂隙概化為底滑面組成的7組滑動(dòng)塊體，如圖5所示。

圖5 拱座結(jié)構(gòu)面及塊體示意

以持久狀況基本組合作用下拱端作用力、滑面滲透壓力、自重作為外力條件，對(duì)各組塊體抗滑穩(wěn)定安全性進(jìn)行計(jì)算分析，得到滑動(dòng)作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗滑力，計(jì)算結(jié)果見表5，其中兩者比值大于1表明塊體穩(wěn)定安全滿足規(guī)范要求。

通過拱座塊體抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析，旭龍拱壩拱座穩(wěn)定安全控制性塊體為左5塊體，其抗滑穩(wěn)定安全比值系數(shù)最小為0.87，其余塊體抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

左5塊體由側(cè)滑面f₅₇斷層結(jié)構(gòu)面、底滑面2 120 m緩傾角裂隙概化面以及下游面f₇₅壓縮臨空面組成，滑動(dòng)模式為雙滑面。通過對(duì)各滑面強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行分析，決定對(duì)f₅₇斷層和f₇₅進(jìn)行綜合處理，以提高側(cè)滑面抗剪強(qiáng)度和發(fā)揮下游巖體抗力作用，從而綜合提高左5塊體抗滑穩(wěn)定性，以滿足規(guī)范要求。

6 壩基處理與加固

旭龍水電站水庫正常蓄水位2 302.00 m，大壩兩岸總體地形封閉條件較好，壩基花崗巖、混合巖等局部存在裂隙、斷層及其影響帶，水庫蓄水后存在滲漏的可能性。通過設(shè)置大壩左、右岸防滲帷幕，帷幕下限端點(diǎn)接至相對(duì)隔水層或正常蓄水位與地下水位交匯處，同時(shí)大壩與右岸地下廠房聯(lián)合防滲，布置幕后排水及大壩下游兩岸山體排水，降低大壩建基面及拱座塊體滑面滲透壓力，進(jìn)一步提高大壩與地基整體穩(wěn)定安全性。

為改善旭龍拱壩壩基巖體力學(xué)性能，提高其整體性，減少承載后不均勻變形，對(duì)大壩基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。考慮到河床壩段基巖屬中等地應(yīng)力，局部存在巖芯餅化現(xiàn)象，采用有蓋重固結(jié)灌漿，兩岸岸坡壩段則在現(xiàn)場固結(jié)灌漿試驗(yàn)基礎(chǔ)上，擬采用“裸巖裂隙封閉無蓋重灌漿+淺層引管灌漿”的方式^［16］。在拱壩建基面開挖后右岸f₂₆斷層以及云母富集帶、左岸f₅₇斷層以及裂隙密集帶等地質(zhì)缺陷出露部位采用挖槽混凝土置換處理措施，并加強(qiáng)影響范圍內(nèi)壩基固結(jié)灌漿強(qiáng)度。

考慮旭龍拱壩抗滑穩(wěn)定安全，針對(duì)控制塊體左5塊體進(jìn)行綜合處理，對(duì)左岸壩肩深部斷層f₅₇進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。經(jīng)過比選預(yù)應(yīng)力錨索、混凝土抗剪洞^［17］等工程措施，選取了處理效率高、施工條件簡單的混凝土抗剪洞方案。通過計(jì)算左5塊體滿足規(guī)范要求所需的結(jié)構(gòu)抗滑力，得出抗剪洞與傳力洞混凝土置換面積，按照一定嵌深對(duì)洞身布置及斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖6所示。根據(jù)側(cè)滑面f₅₇范圍，在高程2 153～2 235 m范圍布置水平4層抗剪洞，各層間設(shè)有豎向支洞，組成空間“井”字形框架，抗剪洞延伸至拱端附近，同時(shí)起到抗壓傳力作用。

在臨空面f₇₅還設(shè)置混凝土傳力洞，與對(duì)應(yīng)高程置換洞相接，更好地將荷載傳遞到下游側(cè)巖體，傳力洞由主洞與支洞構(gòu)成，主洞沿f₇₅布置，支洞水平垂直于主洞且端部深入f₇₅上下游側(cè)巖體。

7 結(jié)語

針對(duì)旭龍拱壩壩址地形地質(zhì)條件復(fù)雜、地震烈度高等工程特點(diǎn)，深入開展了拱壩體形設(shè)計(jì)、大壩應(yīng)力與極限承載能力分析、防震抗震措施設(shè)計(jì)及拱座抗滑穩(wěn)定計(jì)算與加固等研究工作，提出了相關(guān)工程處理措施，并對(duì)各項(xiàng)技術(shù)方案進(jìn)行了充分論證，保障了大壩安全。相關(guān)成果可為中國西部地區(qū)高拱壩建設(shè)提供參考借鑒。

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（編輯：鄭毅）