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1、水利学报2008年10月SHUILIXUEBAO第39卷第10期文章编号:05599350(2008)10118306高拱坝坝踵开裂问题和新的解决措施12贾金生,李新宇(1中国水利水电科学研究院,北京100038;2华东勘测设计研究院,浙江杭州310014)摘要:国内外的工程实践、计算分析、模型试验表明,高拱坝,特别是坝高超过200m的特高拱坝,坝踵部位因施工期属于强约束区,运行期应力复杂,常常难以确定是否会在基础或坝体部位出现裂缝,而坝踵部位的裂缝有可能会因为高水压力作用发生水力劈裂而进一步扩展,影响
2、拱坝的正常运行。本文提出了在高拱坝坝踵上游面强约束区设置柔性防渗体系的新思路,提出了大型框架式仿真试验方法,可以模拟300m高水压下的柔性材料防裂漏水问题,并对所推荐的材料进行了仿真试验论证。建议的材料和方案已应用于小湾拱坝工程。关键词:高拱坝;坝踵开裂;柔性防渗体系;仿真试验中图分类号:TV6423文献标识码:A1国内外高拱坝坝踵开裂问题中国有修筑水坝和修筑拱桥的悠久历史,但修建拱坝则是近代才开始的。第一座拱坝建造于1927[1]年,即厦门市的上里浆砌石拱坝,坝高27m。大规模开始建设拱坝是在20世纪70、80年代,在1988年出
3、版的大坝统计中,中国坝高高于15m的拱坝有756座,占世界拱坝总数的470%,成为名副其实的拱坝大国,但高坝较少。到目前为止,我国已建拱坝中坝高高于200m的仅二滩(高240m)1座,坝高介于[2]150~200m的高坝也仅有德基(中国台湾,181m)、龙羊峡(178m)、东风(168m)等7座。在大坝采用现代技术理论进行设计和施工的150年历史中,实践证明拱坝是各种挡水坝中最为安全的一种。依据国际大坝委员会的统计,全世界已建1600多座高于15m的拱坝中,真正溃决失事的仅6座,失事率037%。另外,全世界(除中国外)统计到的高于1
4、5m的大坝的318座溃坝事例中,拱坝仅为6座,说明[3,4]拱坝的安全性是比较好的。早在20世纪20年代,为了验证试载法的分析成果,并对拱坝性态进行全面研究,在美国工程基金会(AmericanEngineeringFoundation)的资助下,美国拱坝研究委员会(CommitteeonArchDamInvestigation)[5,6]在California州的Fresno附近修建了高18m、厚仅061m的StevensonCreek试验性薄拱坝,该坝蓄水后坝体及坝踵出现开裂,这是有关坝踵开裂的最早记载。之后,法国、意大利等国学者对
5、坝踵开裂也相继提出过不同的观点和解决方法。美国的坝工工程师当时认为:裂缝的产生,不论是坝上或坝与地基面之间,都对坝的工作性能和安全运行无重大影响。但同时也认为:这种裂缝在什么条件下允许出现,以及[2,7]发展到什么程度才不致影响安全,都还不清楚。随着坝高的增加,各国日益重视拱坝上游坝踵部位的开裂问题,先后研究并采用过周边缝、底缝等各种方式设计,取得了很好的成效。但由于问题的复杂性,仍有部分拱坝出现过问题,有的还付出了惨重的代价,如奥地利兹勒格伦特(Zillergrndl)拱坝,坝高186m,为了防止出现科尔布赖恩(Klnbrein)
6、拱坝坝踵开裂事故,在坝踵部位设置了底缝,但还是未能避免坝踵开裂,不得不放空水库大修。收稿日期:20080810基金项目:国家自然科学基金资助项目(50879095)作者简介:贾金生(1963-),河南人,博士,教授级高级工程师,主要从事水工结构研究。Email:jiajsh@iwhr.com1183目前,我国正在澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河以及黄河上游等水电基地上兴建一大批高拱坝,部分是坝高达300m左右的超高拱坝,如小湾、溪洛渡、白鹤滩、锦屏I级、构皮滩、拉西瓦等,高度超过了世界已建最高的英古力拱坝(2715m),其安全
7、性、耐久性等问题已不能为国内或世界现有经验所涵盖,需要特别关注。国内外已建成的拱坝运行监测资料、计算分析、模型试验均表明,高拱坝坝踵部位因施工期属于强约束区,运行期应力复杂,目前仍难以分析清楚是否会在基础或坝体部位出现裂缝。国外一些高拱坝坝踵部位开裂后修补异常困难,耗资巨大,严重影响工程正常功能的发挥,成为威胁拱坝安全运行的根源之一,引起了各国坝工界的高度关注,这与20世纪初的认识已有很大的不同,主要是库大、坝高,修补加固困难。典型的工程如下。[6,7](1)俄罗斯萨扬舒申斯克(SayanoShushenskaya)拱坝。萨扬舒申斯克
8、拱坝位于俄罗斯西伯利亚地区叶尼塞河上游,因其坝址所在的萨扬峡谷段距离当年列宁流放的舒申斯克村不远而得名。该坝于1989年建成,最大坝高245m,坝顶长1066m,坝顶厚25m,坝底最大厚度11075m,是
