七里坝水库除险加固拱坝应力分析

李太军

(贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

七里坝水库除险加固拱坝应力分析

李太军

(贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州 贵阳 550002)

七里坝水库处于高山峡谷地区，为运行多年的病险水库，拱坝为下游面加厚的单曲拱坝，坝体存在横向裂缝和水平裂缝，本文通过对拱坝应力进行对比分析研究，提出了拱型重力坝加固处理方案，得出了除险加固后拱坝稳定安全的结论，运行结果表明，大坝稳定、运行安全。

七星里水库；拱坝；应力分析

1 工程概况

七里坝水库位于贵州省赤水市长期镇镜内的福宝河上，水库坝址距赤水市城区96km，距长期镇12km。1966年水库动工兴建，设计灌溉面积833hm2，电站装机容量2×320kW，总库容415万m3。是一座以灌溉为主，兼具供水、发电、旅游等功能的小(1)型水利工程。

水库大坝为浆砌条石单曲拱坝，大坝分两次建成，第一次设计为定圆心、定外半径浆砌条石单曲拱坝，坝体厚2m。第一次加固处理是在1975年进行的坝体裂缝处理、坝体加厚加高、扩宽溢洪道等，1980年竣工。第一次加固处理后坝体厚5m。

第二次加固处理于2003年6月21日开工，对拱坝进行了帷幕灌浆和溢洪道改造。因拱坝存在先天性不足，大坝出现了12条横向垂直裂缝、1条纵向垂直裂缝及1条水平贯通上、下游面的裂缝，危及大坝安全。

2 拱坝加固前应力分析

拱坝产生裂缝后，两块新老坝体已分离，只有下游面坝体起作用，因此，必须对该坝按3m厚的坝体重新进行应力分析和安全评价。

根据《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)规定，采用拱梁分载法程序进行计算，从应力分析成果可知，基本荷载组合时拱坝最大主压应力为3.52MPa，发生在拱冠872.40m高程下游面，最大主拉应力为-2.26MPa，发生在拱冠872.40m高程上游面；特殊荷载组合时最大主压应力为4.09MPa，发生在拱冠872.40m高程下游面，最大主拉应力为-2.82MPa，发生在拱冠872.40m高程上游面。坝体为M10水泥砂浆料石砌体，查《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石体容许压应力值为：基本荷载组合时为4.25MPa，特殊荷载组合时为4.85MPa。查《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)表9砌石拱坝控制计算拉应力参考值得容许拉应力值为：拱坝周边为1.20MPa，其他部位为1MPa。应力计算结果表明拉应力超过规范要求，拱坝将会失去稳定，造成破坏，因此，该拱坝是不安全的。

3 拱坝加固方案设计

为改变坝体结构，调整坝体受力分布，改善坝体应力状况，减小坝体拉应力，根治坝体因拉应力过大而产生裂缝等问题，提出拱型重力坝方案，即在下游面加厚坝体，改为拱型重力坝。拱型重力坝设计方案见图1。

图1 拱型重力坝加固方案大坝设计剖面图(高程单位：m，尺寸单位：mm)

大坝坝型为M10浆砌石拱型重力坝，建基面采用厚1m的C15混凝土垫层。结合已建成砌石拱坝的平面尺寸进行布置，最大外半径66m，最大中心角61.16°，最小内半径47.94m，最小中心角49°，最大坝高27.60m，坝顶宽5m，坝顶高程899.00m，起拱高程874.00m，建基面高程871.40m，最大坝底厚20.06m，上游坝坡垂直，下游坝坡1∶0.6。

4 拱型重力坝坝体应力分析

4.1 按重力坝进行应力分析

4.1.1 荷载组合计算

工程区多年平均气温14.50℃，不属严寒地区，不采取坝顶泄流，工程区处于弱地震区，工程规模为小(1)型，因此不计算冰压力、动水压力，不考虑地震荷载。

荷载组合分为以下两种。基本荷载组合：正常蓄水位897.10m时，水压力+泥沙压力+自重+扬压力+浪压力；特殊荷载组合：校核洪水位898.80m时，水压力+泥沙压力+自重+扬压力+浪压力。荷载组合计算结果见表1。

表1 各种工况下的荷载组合计算结果

4.1.2 应力分析计算

根据《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)要求，重力坝坝体应力采用《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)附录C公式计算,坝体由M10浆砌条石和块石组成，基本参数取小值进行计算。砌石体的泊松比为0.20，线胀系数取6×10-6/℃，容重23kN/m3，弹性模量4GPa，淤沙浮容重6.50kN/m3，内摩擦角14℃，应力分析结果见表2、表3。

表2 拱型重力坝(按重力坝计算)基本组合情况下应力计算结果

表3 拱型重力坝(按重力坝计算)特殊组合情况下应力计算结果

从应力分析成果可知，基本荷载组合时上游边缘最大压应力为0.26MPa，下游边缘最大压应力为0.35MPa；特殊荷载组合时上游边缘最大压应力为0.25MPa，下游边缘最大压应力为0.46MPa。坝体为M10水泥砂浆块石砌体，查《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石体容许压应力值为：基本荷载组合时为3.35MPa，特殊荷载组合时为3.95MPa。压应力均在设计规范规定的容许压应力以内。应力计算结果满足规范要求。

4.2 按拱坝进行应力分析

采用拱梁分载法程序进行计算，坝体由M10浆砌条石组成，基本参数取小值进行计算，砌石体的泊松比为0.20，容重23kN/m3，淤沙浮容重6.50kN/m3，砌体弹性模量4GPa，内摩擦角14℃，砌体线胀系数6×10-6/℃。

荷载组合分为以下两种。基本荷载组合：正常蓄水位897.10m时，水压力+温降+泥沙压力+自重+扬压力+浪压力；特殊荷载组合：校核洪水位898.80m时，水压力+温升+泥沙压力+自重+扬压力+浪压力。两种荷载组合下应力计算结果见表4、表5。

表4 拱型重力坝(按拱坝计算)基本荷载组合情况下的应力计算结果

表5 拱型重力坝(按拱坝计算)特殊荷载组合情况下的应力计算结果

从应力分析成果可知，基本荷载组合时拱坝最大主压应力为0.46MPa，发生在拱冠871.40m高程上游面，最大主拉应力为-0.10MPa，发生在拱端895.93m高程下游面；特殊荷载组合时最大主压应力为0.42MPa，发生在拱冠871.40m高程上游面，最大主拉应力为-0.11MPa，发生在拱端895.93m高程下游面。坝体为M10水泥砂浆块石砌体，查《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)表A.0.7砌石体容许压应力值为：基本荷载组合时为3.35MPa，特殊荷载组合时为3.95MPa。查《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)表9砌石拱坝控制计算拉应力参考值得容许拉应力值为：拱坝周边为1.20MPa，其他部位为1MPa。大坝拉压应力均在设计规范规定的容许压应力以内。应力计算结果满足规范要求。

通过拱梁分载法程序进行应力计算后，根据应力计算结果，按特殊荷载组合工况绘制应力等值线图，见图2～图5。

图2 特殊荷载情况下游面第一主应力等值线(单位:0.1MPa)(最大值4.3，最小值1.99)

图3 特殊荷载情况下游面第二主应力等值线(单位:0.1MPa)(最大值1.04，最小值-0.197)

图4 特殊荷载情况上游面第一主应力等值线(单位:0.1MPa)(最大值4.49，最小值1.75)

图5 特殊荷载情况上游面第二主应力等值线(单位:0.1MPa)(最大值2.5，最小值0.39)

4.3 应力计算对比分析

通过对拱型重力坝分别采取重力坝和拱坝两种方法进行应力分析，重力坝分析成果为：基本荷载组合时最大压应力为0.35MPa；特殊荷载组合时最大压应力为0.46MPa。拱坝分析成果为：基本荷载组合时最大主压应力为0.46MPa，最大主拉应力为-0.10MPa；特殊荷载组合时最大主压应力为0.42MPa，最大主拉应力为-0.11MPa。两种方法结果表明：压应力值很相近，采取拱坝方法进行应力分析比较接近实际情况。

5 结 语

通过对七里坝水库拱坝除险加固前应力分析，得出拱坝不安全结论。根据工程特点提出了拱型重力坝加固方案，分别按重力坝和拱坝两种方法对拱型重力坝进行应力对比分析研究，得出采取拱坝方法进行应力分析比较接近实际的结论。除险加固处理后，根治了拱坝的裂缝问题，保证了大坝稳定性，大坝经过多年运行，充分证实了拱型重力坝加固方案的技术可靠性，保证了拱坝长期运行安全。fffffd

[1] SL 25—2006砌石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] SL 319—2005混凝土重力坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社,2005.

[3] 遵义市水利水电勘测设计研究院.七里坝水库大坝裂缝应急处理方案[R].遵义：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