水利水电工程大坝附属结构的抗震设计

冯洪伟

摘 要：随着我国水利工程建设的日益深入，各类新型大坝技术已得到了广泛的应用，取得了一定的成效。但值得注意的是，近年来我国不同地区地震频发，对水利大坝的整体安全性能造成了严重的威胁，应引起水利部门的重视。本文意在，对当前我国水利工程大坝存在的问题进行系统化分析，并提出具体大坝抗震附属结构的方法，仅供参考。关键词：水利水电；工程大坝；附属结构；抗震设计近年来我国逐步进入信息化时代，经济产业结构的调整与优化为我国水利水电工程建设注入了新时代的活力。而我国部分地区地理环境相对特殊，当地水电大坝受到地震的影响较大，已受到了水利部门专家学者的高度重视。因此，应用新型大坝方针附属结构是当前我国水利部门的首要任务。1 水利大坝防震技术存在的问题我国作为世界上最大的发展中国家，具有悠久的水利发展史，通过构建大坝以降低水患对日常生产生活的影响，是人类利用自然、改造自然的重要表现。而随着社会主义市场经济的高速运转，各类科学技术水平日益提升，带动了人民物质生活的日益丰富；人口数量与人口密度的逐年激增，对于水利工程建设提出了更高的时代要求，既要提升大坝整体的防水性能，又要有效增加大坝的整体抗震能力，充分提升社会安全指数。值得注意的是，虽然近年来我国水利工程投资力度有所增强，但部分地区的大坝的使用时间较长，修建时间也相对久远，加之长期性、高强度、高频率的水流冲刷与侵蚀，使我国各地区的大坝的防震性能锐减。与此同时，部分地区开展大坝修筑的时间较早，所采取的修筑技术相对落后，建筑材料随时间推移发生了风沙化现象，当遭遇高强度地震时，大坝的安全性难以保证；个别区域的水利工程规划设计不当，致使当地大坝的承载性能难以抵挡高强度的水流冲刷，当地水利部门又缺乏行之有效的解决办法，致使各类大坝开裂、空隙现象逐年累积，形成了严重的历史遗留问题。除上述因素以外，随着城市化、工业化建设的日益深入，在推动了社会经济发展的同时，也造成了不同程度的生态环境污染，污染严重的地区生态平衡遭受永久性破坏，加之绿化树木的大规模无节制砍伐，致使城市水土流失现象日益加剧，森林的锁水能力有所减弱，致使水患灾害日益严重，已成为阻碍我国未来发展的重要问题。21世纪我国逐步进入信息化时代，我国水利工程未来的发展面临着机遇与挑战并存的局面；一方面，各类新型技术在大坝构建过程中的广泛应用，在一定程度上提升了水利工程建设水平，水利工程的发展逐步向科学化、合理化的方向稳步迈进；另一方面，山体滑坡、地震等自然灾害日益加剧，也对现有的大坝防震性能提出了挑战。与此同时，个别地震频高发区区尚未形成系统化的大坝构建与管控措施，在面对大规模地震灾害时，大坝的方针能力捉襟见肘。当前我国水利工程大坝设施中存在的缺陷与不足，严重威胁了人民日常生产生活。新时期，我国水利部门根据实际防震的要求制定了一系列的大坝结构标准，而在实际的大坝勘测检查过程中发现，我国部分地区的大坝整体结构未充分满足建筑条件。大坝的壳体部分与其承重墙体的夯实程度不达标，传统的大坝修筑過程中，往往采用机械钻孔与人工作业的方式对大坝基体位置进行夯实，其水平密度与强度与预期设计图纸的规定标准间存在一定的差异。除此以外，大坝墙体内部的坝土分布不均匀，个别坝体位置受损严重，更有甚者坝体局部地区出现了大规模塌方，严重威胁了当地人民生产生活的安全。2 附属结构的动力分析方法现就上述大坝附属结构的存在的问题提出分析方法，分述如下。2.1 坝后滑雪式溢洪道这类附属结构一般出现在拱坝工程中，其体积庞大，对坝体的刚度和质量影响都很大，在进行坝体动力分析时，一不能忽略坝体和附属结构间的藕联影响，必须将附属结构连同坝体一起，红成一个体系进行动力分析用传统的拱、梁分载法不易处理，需要用有限单元扶求解分析时，只需将附属结构随坝体一起划分单元，求解并无特殊之处，对于象这类有自动形成网格的程序，只要补充人工输入附加单元和节点信息，并未增加许多前处理一作量，可以利用预留的地基网格节点一号，带宽也不致过大。对我国广东省高、两侧有这类溢洪道的泉水双曲拱坝，按上述步骤进行了有限元动力分析，计算结果与现场实测的坝体动态特性吻合较好而忽略溢洪道附属结构单独计算坝体的结果与现场实测结果相差较远。图1为有附加的溢洪道单元的网络模型。2.2 坝面孔口闸墩、导培等我国不少高坝工程，如二滩、李家峡等拱坝都遇到这类情况这类附属结构的特点是大多处于坝面较高部位，分布在坝面多处，结构多呈板状，厚度不大，但沿高程及自上下游方向可能延伸相当长度因而其垂直水流方向的刚度不大，可能产生一定的动态效应对重力坝的导墙等。因此，可以不计其对坝体动力反应的反馈影响，只是在做坝体动力分析时，适当考虑附属结构的附加质量影响类似坝顶附属结构那样，将坝面各附属结构所在部位的坝体反应作为其输人，单独进行动力分析。3 简化分析方法上述坝顶轻型结构和坝面孔口墩、导墙等附属结构的动力分析方法，虽然原则上是可行的，但在实际高坝工程设计中，求解附属结构所在部位坝体的反应时程，并进而求得其楼层反应谱，还是比较繁杂的特别对为数不少的孔口闸墩、导墙、挑流鼻坎等附属结构，计算工作量更大而这类附属结构，一旦受震损坏，通常易在一个枯水期内修复，其抗震设防要求应低于大坝本身因此，除了个别需要进行专门研究的情况外，似需要进一步加以简化。4 结束语综上所述，大坝的多数附属结构可单独进行抗震分析。本文建议的简化分析方法概念清晰，简便实用由分析与算例显见，为减少坝上附属结构的地震荷载，降低附属结构的动力放大系数月值至关重要，这就意味着坝体与附属结构的有效振型频率需相互错开，工程设计时应予注意。参考文献[1]段伟，李积启.水利水电工程大坝混凝土护坡现浇施工工艺探究[J].福建质量管理，2017（12）.[2]刘鸣.水利水电工程中的大坝工程安全监测控制[J].江西建材，2017（22）：130-131.[3]李丰洲.浅议灌浆技术在水利水电工程大坝施工中的应用[J].工程技术：全文版，2017（2）：00267-00267.