江映祥

(福建江隆水利水電工程有限公司，福建 龍巖 366400)

0 引 言

拱壩體形加固方案設(shè)計(jì)是拱壩除險(xiǎn)加固工程中的關(guān)鍵問題之一。開展拱壩體形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究，對提高拱壩的安全度和降低造價(jià)、提高拱壩設(shè)計(jì)水平具有重要意義。

目前，我國絕大部分水庫已經(jīng)運(yùn)行了幾十年，大都面臨著除險(xiǎn)加固的問題，尤其是一些小型水庫，始建于50、60年代或者是70、80年代，由于當(dāng)時(shí)特定的歷史環(huán)境，工程基本都是邊施工邊設(shè)計(jì)，且由于運(yùn)行年代久遠(yuǎn)，絕大多數(shù)水庫的基礎(chǔ)資料都不齊全或者是缺失。這給水庫除險(xiǎn)加固整治帶來了不少的困難。一些小型拱壩存在沒有設(shè)計(jì)資料，壩體體形根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)場確定，導(dǎo)致很多拱壩體形不合理或者存在不同危險(xiǎn)程度的安全隱患。

目前，用于拱壩應(yīng)力分析計(jì)算的方法主要有：拱梁分載法和有限元法。有限元法可以更好的在計(jì)算中模擬各種復(fù)雜的材料結(jié)構(gòu)和荷載條件，但是其復(fù)雜的建模和深度的計(jì)算分析在一些大型工程應(yīng)用廣泛，對于資料不齊全小型拱壩體形加固方案設(shè)計(jì)，使用多為不便。文章簡要論述在ADAO軟件平臺上使用拱梁分載法對拱壩體形加固方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

ADAO軟件系統(tǒng)是拱壩應(yīng)力分析ADCAS和拱壩優(yōu)化ADOPT的集成系統(tǒng)，即可用于拱壩應(yīng)力分析，也可用于拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及計(jì)算機(jī)輔助下的手工體形調(diào)整，已用于許多拱壩工程的設(shè)計(jì)中，有助于提高設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益、95年被列入國家級科技成果重點(diǎn)推廣軟件，98年榮獲國家科技進(jìn)步獎。軟件由拱梁分載法的基本原理編制而成，集中三向調(diào)整法、四向調(diào)整法、五向調(diào)整法及全調(diào)整法于一體，在拱壩應(yīng)力分析中能更靈活的使用[1-2]。

1 工程概況

以龍山水庫大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案為案例，簡論ADAO軟件在拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中壩體應(yīng)力分析和壩體體形加固方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

龍山水庫位于龍巖市長汀縣龍山自然村，水庫于1976年10月動工，1979年11月竣工。水庫是一座以灌溉為主兼有防洪功能的小(2)型水庫工程。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測及地勘資料，大壩為漿砌石單曲拱壩，壩體為M7.5漿砌塊石砌筑，壩頂高程381.30m，最大壩高17.32m，壩頂寬0.95m，壩頂弧長50.39m，壩底底寬1.2m，寬高比2.91，厚高比0.07。根據(jù)地勘報(bào)告，河床段壩基為弱風(fēng)化中上部；左岸地段壩基上部為強(qiáng)風(fēng)化中下部；右岸壩基為弱風(fēng)化中下部。

2 計(jì)算參數(shù)確定

2.1 水位

上游庫水位為正常蓄水位379.6m，下游水位為365.91m。

上游庫水位為設(shè)計(jì)洪水位380.94m，下游水位為367.11m。

上游庫水位為校核洪水位381.35m，下游水位為367.51m。

死水位367.57m，淤沙高程366.5m。

2.2 物理參數(shù)

壩體彈摸：7.0Gpa；

壩體泊松比：0.29；

壩體容重：2.3t/m3；

壩基彈摸：12Gpa；

壩基容重：2.5t/m3；

泊松比：0.25；

淤砂浮容重：0.9t/m3；

淤砂內(nèi)摩擦角： 18 °。

2.3 熱學(xué)參數(shù)

壩體線脹系數(shù)：0.8×10-5℃；

多年平均氣溫18.9℃；

七月平均氣溫27.3℃；

一月平均氣溫8.8℃。

3 分析計(jì)算

3.1 壩體應(yīng)力計(jì)算

3.1.1 荷載組合

工況1：正常水位及相應(yīng)的尾水位+設(shè)計(jì)正常溫降+自重+泥沙壓力。

工況2：正常水位及相應(yīng)的尾水位+設(shè)計(jì)正常溫升+自重+泥沙壓力。

工況3：校核水位及相應(yīng)的尾水位+設(shè)計(jì)正常溫升+自重+泥沙壓力。

3.1.2 應(yīng)力分析

采用拱梁分載法把拱壩從壩頂381.30m高程向下分為8層拱圈和17根懸臂梁(圖1)。計(jì)算軟件采用浙江大學(xué)水工結(jié)構(gòu)研究所編制的拱壩分析與優(yōu)化軟件系統(tǒng)ADAO。

圖1 拱梁劃分

4 加固整治方案分析

4.1 加固整治方案設(shè)計(jì)

壩體壩形過薄導(dǎo)致壩體應(yīng)力大于規(guī)范值，針對該問題，分別列出了3中不同的壩體厚度進(jìn)行比較選擇：

方案1：在壩體下游對壩體整體進(jìn)行加厚處理，新老壩體間采用錨筋相連，壩頂加寬0.25m，從壩頂往下按1∶0.1放坡至壩腳，加厚后壩頂寬度為1.2m，壩底寬2.932m。方案1壩體體形參數(shù)見表2。

表2 方案1壩體體形參數(shù)

方案2：在壩體下游對壩體整體進(jìn)行加厚處理，新老壩體間采用錨筋相連，壩頂加寬0.55m，從壩頂往下按1∶0.1放坡至壩腳，加厚后壩頂寬度為1.5m，壩底寬3.232m。方案2壩體體形參數(shù)見表3。

表3 方案2壩體體形參數(shù)

方案3：在壩體下游對壩體整體進(jìn)行加厚處理，新老壩體間采用錨筋相連，壩頂加寬1.05 m，從壩頂往下按1∶0.1放坡至壩腳，加厚后壩頂寬度為2m，壩底寬3.732。方案3壩體體形參數(shù)見表4。

表4 方案3壩體體形參數(shù)

續(xù)表4 方案3壩體體形參數(shù)

4.2 方案分析計(jì)算

壩體加固整治設(shè)計(jì)后，壩體材料沒有改變，外在環(huán)境因素也未發(fā)生變化，唯一變量為壩體體形參數(shù)變化，因此，加固方案壩體應(yīng)力分析參數(shù)與原相同，計(jì)算工況及方法也與原相同，各方案應(yīng)力分析成果見表5-7。

表5 方案1應(yīng)力分析成果表

表6 方案2應(yīng)力分析成果表

表7 方案3應(yīng)力分析成果表

從計(jì)算成果可以看出，方案1壩體仍存在拉應(yīng)力大于規(guī)范值，不符合要求，方案2、方案3均滿足規(guī)范要求，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，方案3所需厚度更大，投資比方案2更高，因此，綜合考慮，推薦采用方案2對壩體進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

5 結(jié) 語

結(jié)合拱壩體形的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在單一因素變化的條件下，通過ADAO軟件的分析計(jì)算，可以快速的得出相應(yīng)的成果，在保證壩體安全的前提下，合理的選用最為經(jīng)濟(jì)節(jié)約的壩體體形設(shè)計(jì)方案，對提高拱壩的安全度和降低造價(jià)具有重要意義。