七里坝水库除险加固拱坝应力分析 6页

第l0期(总第127期)中国水能及电化No．10(TOTALNo．127)2015年l0月ChinaWaterPower&ElectrificationDOI：10．16617／j．cnki．11-5543／TK．2015．10．014七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)【摘要】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。【关键词】七星里水库；拱坝；应力分析中图分类号：TV642．4文献标识码：A文章编号：1673-8241(2015)10-0044-05StressanalysisofriskremovalreinforcementarchdaminQilibaReservoirLITaijun(Gu~houQianshuiEngineeringSupervisionCo．，Ltd．，Guiyang550002，China)Abstract：QilibaReservoirislocatedinmountainvalleyarea，whichhasbeenoperatedformanyyearsandbelongstodangerousreservoir．Thearchdambelongstothickenedsinglearchdamonthedownstreamface．Thedambodyhavetransversecracksandhorizontalcracks．Inthepaper，archdamstressiscomparativelyanalyzedandstudied．Thereinforcementtreatmentplanofarchgravitydamisproposed．Theconclusionofstableandsafearchdamafterriskremovalandreinforcementisobtained，andtheoperationresultsshowthatthedamisstablewithsafeoperation．Keywords：QixingliReservoir；archdam；stressanalysis坝体裂缝处理、坝体加厚加高、扩宽溢洪道等，19801工程概况年竣工。第一次加固处理后坝体厚5m。七里坝水库位于贵州省赤水市长期镇镜内的福宝第二次加固处理于2003年6月21日开工，对拱河上，水库坝址距赤水市城区96km，距长期镇坝进行了帷幕灌浆和溢洪道改造。因拱坝存在先天性12km。1966年水库动工兴建，设计灌溉面积833hm，不足，大坝出现了12条横向垂直裂缝、1条纵向垂直电站装机容量2x320kW，总库容415万113。是一座裂缝及1条水平贯通上、下游面的裂缝，危及大坝以灌溉为主，兼具供水、发电、旅游等功能的小安全。(1)型水利工程。2拱坝加固前应力分析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拱坝产生裂缝后，两块新老坝体已分离，只有下坝，坝体厚2m。第一次加固处理是在1975年进行的游面坝体起作用，因此，必须对该坝按3m厚的坝体n运行管理OperationManagement重新进行应力分析和安全评价。《砌石坝设计规范》(SL25—2006)表9砌石拱坝控根据《砌石坝设计规范》(SL25_2006)规定，制计算拉应力参考值得容许拉应力值为：拱坝周边为采用拱梁分载法程序进行计算，从应力分析成果可1．20MPa，其他部位为1MPa。应力计算结果表明拉应知，基本荷载组合时拱坝最大主压应力为3．52MPa，力超过规范要求，拱坝将会失去稳定，造成破坏，因发生在拱冠872．40m高程下游面，最大主拉应力为此，该拱坝是不安全的。一2．26MPa，发生在拱冠872．40m高程上游面；特殊3拱坝加固方案设计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，最大主拉应力为一2．82MPa，为改变坝体结构，调整坝体受力分布，改善坝体发生在拱冠872．40m高程上游面。坝体为M10水泥应力状况，减小坝体拉应力，根治坝体因拉应力过大砂浆料石砌体，查《砌石坝设计规范》(sL25—而产生裂缝等问题，提出拱型重力坝方案，即在下游2006)表A．0．7砌石体容许压应力值为：基本荷载组面加厚坝体，改为拱型重力坝。拱型重力坝设计方案合时为4．25MPa，特殊荷载组合时为4．85MPa。查见图1。4OOO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，建基面采坝高27．60m，坝顶宽5m，坝顶高程899．00m，起拱用厚lm的C15混凝土垫层。结合已建成砌石拱坝的高程874．00m，建基面高程871．40m，最大坝底厚平面尺寸进行布置，最大外半径66m，最大中心角20．06m，上游坝坡垂直，下游坝坡1：0．6。61．16。，最小内半径47．94m，最小中心角49。，最大n运行管理OperationManagement表1各种工况下的荷载组合计算结果4拱型重力坝坝体应力分析工况基本组合特殊组合∑w(1)(重直力)／kN4864．234671．424．1按重力坝进行应力分析∑P(一)(水平力)／kN一2504．09—2838．224．1．1荷载组合计算∑M(力矩)／(kN·m)4607．58—338．58工程区多年平均气温14．50~C，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4．1．2应力分析计算小(1)型，因此不计算冰压力、动水压力，不考虑根据《砌石坝设计规范》(sL25—2o06)要求，地震荷载。重力坝坝体应力采用《混凝土重力坝设计规范》(SL荷载组合分为以下两种。基本荷载组合：正常蓄319-2005)附录C公式计算，坝体由MIO浆砌条石水位897．1Ore时，水压力+泥沙压力+自重+扬压和块石组成，基本参数取小值进行计算。砌石体的泊力+浪压力；特殊荷载组合：校核洪水位898．80m松比为0．20，线胀系数取6×10／℃，容重23kN／m，时，水压力+泥沙压力+自重+扬压力+浪压力。荷弹性模量4GPa，淤沙浮容重6．50kN／m，内摩擦角载组合计算结果见表1。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上游面下游面高程／m垂直正应力主应力／MPa垂直正应力主应力／MPa~／MPao'~／MPa1897．100．0420．0420．0100．0440．060O892．100．11O0．1100．055O．1890．2580887．100．1980．1980．1010．176O．2400878．50O．1850．1850．1840．2330．314O．011877．000．148O．1480．2020．2670．2670．018875．00O．1130．1130．2250．3530．3530．028874．000．2330．2330．2370．1080．1080．034873．000．2590．259O．2490．0890．0890．041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上游面下游面高程／m垂直正应力主应力／MPa垂直正应力主应力／MPa：／MPao-~／MPa897．100．0410．O410．0060．0450．061O892．100．0730．0730．0340．1630．222O887．10O．1350．1350．1270．1930．263O878．500．0840．0840．2010．3450．4640．014877．000．0880．0880．218O．312O．3120．021875．00O．0440．0440．24O0．4060．4060．032874．000．1450．1450．2520．1760．1760．038873．000．2500．2500．2600．0770．0770．044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n运行管理OperationManagement0．35MPa；特殊荷载组合时上游边缘最大压应力为砌条石组成，基本参数取小值进行计算，砌石体的泊0．25MPa，下游边缘最大压应力为0．46MPa。坝体为松比为0．20，容重23kN／m，淤沙浮容重6．50kN／m，M10水泥砂浆块石砌体，查《砌石坝设计规范》(SL砌体弹性模量4GPa，内摩擦角l4℃，砌体线胀系数25—2o06)表A．0．7砌石体容许压应力值为：基本荷6×10一／℃。载组合时为3．35MPa，特殊荷载组合时为3．95MPa。荷载组合分为以下两种。基本荷载组合：正常蓄压应力均在设计规范规定的容许压应力以内。应力计水位897．1Om时，水压力+温降+泥沙压力+自重+算结果满足规范要求。扬压力+浪压力；特殊荷载组合：校核洪水位898．80m4．2按拱坝进行应力分析时，水压力+温升+泥沙压力+自重+扬压力+浪压采用拱梁分载法程序进行计算，坝体由M10浆力。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拱端／MPa拱冠梁／MPa高程／m上游面下游面上游面下游面22899．O0O．1620．0000．2730．0000．2300．Ooo0．1220．Ooo895．930．2280．1380．256一O．10o0．2370．0840．1270．054892．860．2990．0970．230—0．0930．2290。1750．1010．067889．800．3010．0710．2240．0100．2600．2190．0830．067886．730．3300．0780．2060．0780．3230．2050．0910．074883．660．3790．0870．1840．1o30．3710．1850．133O．O71880．600．4l80．1030．2o40．084O．4o60．1580．1890．074877．530．4500．1210．2620．0400．4310．1250．2660．082874．460．4780．1420．335—0．O1l0．4490．0850．359O．O93871．400．4590．O0o0．383O．O0o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拱端／MPa拱冠梁／MPa高程／m上游面下游面上游面下游面}；899．00O．1370．0000．3590．0000．2990．Ooo0．160O．oo0895．930．2350．1210．332一O．1lO0．2980．0870．155O．O51892．860．3100．0810．295—0．1060．2840．1730．119O．O72889．800．3030．0640．2730．0080．2660．2500．0920．084886．730．3200．083O．2470．0840．3060．245O．1180．076883．660．361O．O960．2320．1040．348O．2180．1680．069880．600．3940．1120．2570．0780．378O．1850．2310．069877．530．4230，132O．3150．0320．3990．145O．3150．O76874．46O．4490．1530．388—0．0220．4130．0970．4150．089871．400．418O．0o00．430O．oo0从应力分析成果可知，基本荷载组合时拱坝最大面，最大主拉应力为一0．10MPa，发生在拱端895．93m主压应力为0．46MPa，发生在拱冠871．40m高程上游高程下游面；特殊荷载组合时最大主压应力为47n运行管理OperationManagement目I／怄目0．42MPa，发生在拱冠871．40m高程上游面，最大主拉应力为一0．11MPa，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》(SL25—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》(sL25_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。图4特殊荷载情况上游面第一主应力等值线通过拱梁分载法程序进行应力计算后，根据应力(单位：0．1MPa)(最大值4．49，最小值1．75)计算结果，按特殊荷载组合工况绘制应力等值线图，m，怄目、恒见图2～图5。距离／m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)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)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，最大主拉应力为一0．10MPa；特殊荷载组合时最大主压应力为0．42MPa，最大主拉应力为-0．1lMPa。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。图3特殊荷载情况下游面第二主应力等值线5结语(单位：0．1MPa)(最大值1．04，最小值一0．197)通过对七里坝水库拱坝除险加固(下转第5页)n绿色小水电GreenHydropower最小下泄流量包括工程控制断面以下河段生活、生产b．努力构建激励政策。陕西省目前正在开展沟用水和最小生态需水量；还应修订可行性研究报告、通协调工作，力争将上网电价与最小下泄流量、绿色初步设计报告编制规程等技术标准，将绿色水电理念水电挂钩，达到绿色水电标准的水电站上网电价不低落实在技术标准体系中。于火电脱硫脱硝价格，甚至高于这个价格，努力为农d．强化监管技术手段。结合防汛信息平台，逐村水电站增设生态放水工程设施、最小下泄流量在线步建立全省最小下泄流量监测及水电站管理信息系监测系统建设进行补助。统，强化监管手段。未按设计及审批要求建设放水设c．抓住民生项目龙头。要求水电新农村电气化施的，环评、水保及移民专项验收未通过的项目，一县、增效扩容改造、小水电代燃料等民生水电工程项律不予竣工验收。目率先达到“绿色水电”标准，以发挥国家投资带3．2建立绿色水电评价体系动绿色水电建设的作用。通过建设橡胶坝、深潭、人工浮岛、池塘、草坪、花圃及景观建筑等工程及非工a．设定合理的绿色水电评价指标。在水利部程措施，促进河流恢复自然状态。《绿色水电评价标准》等行业标准的基础上，统筹考d．建立流域梯级水电站协调制度及协作机制。虑区域发展需要和局地环境影响，从促进水电可持续加强流域水资源统一管理，强化梯级电站在规划建发展的角度，细化评价标准，建立符合陕西省情的评设、优化运行、安全生产、防汛抗旱及联合调度等方价指标体系及评价方法。面的协调工作，统筹解决最小下泄流量问题，促进流b．建立符合陕西特点的评价制度体系。做好绿域水资源统一管理，提高资源利用效率。色水电评价的“顶层设计”，明确绿色水电评价的管e．引导电站反哺社会，发挥更多社会功能。为理制度、奖惩措施等，绿色水电评价体系应当适度超周边群众提供低价供电、公共区域照明、修路架桥、前，以引导广大水电站业主采取措施加强生态环境改善村容村貌、捐资助学等公共服务项目。与大专院保护。校联合，积极承担科研、实验、人才培养、教学等任3．3构建绿色水电政策体系务，开展科普及工业旅游。积极将水电站建设为水利a．推动陕西省农村水电立法。明确水电站发电风景区、湿地公园、科普园地，因地制宜，适度建设与防洪、生态、灌溉、供水等的关系，将最小下泄流亲水平台、汽车及野外露营地等，发挥河流自然美学量管理纳入法制轨道，使绿色水电建设中最小下泄流价值和文化功能。A量等重点问题有据可依，依法管理。“—·卜“—卜“—+_”——卜”—-卜”—卜一—卜“—卜”+“—·卜“—-··——卜·+·+“—-卜”+”+·(上接第48页)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[1]sL25_2006砌石坝设计规范[s]．北京：中国水利水电出版力坝和拱坝两种方法对拱型重力坝进行应力对比分析社，2006．研究，得出采取拱坝方法进行应力分析比较接近实际[]SL319_2005混凝土重力坝设计规范[s]-北京：中国水利水2oo5．的结论。除险加固处理后，根治了拱坝的裂缝问题，[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保证了大坝稳定性，大坝经过多年运行，充分证实了处理方案[HI．遵义：2004．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。A5