佛子岭和梅山连拱坝基础运行中的工程地质问题与加固处理--《水利水电技术》1978年03期
佛子岭和梅山连拱坝基础运行中的工程地质问题与加固处理
【摘要】：正 佛子岭和梅山两座连拱坝(坝高分别为74米和88米)是建国初期建成的,二十多年来,在防洪、灌溉、发电、航运、渔业等各方面发挥了巨大的效益。运行情况表明,两座坝混凝土工程的质量是良好的;但是,由于当时对坝基存在的工程地质问题认识不足,在施工时,没有进行适当的处理,运行
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佛子岭和梅山两座连拱坝‘(坝高分别为74米和88米)是建国初期建成的,二十多年来,在防洪、灌溉、发电、航运、渔业等各方面发挥了巨大的效益。运行情况表明,两座坝混凝土生程的质量是良好的;但是,由于当时对坝基存在的工程地质问题认识不足,在施工时,没有进行适当的处理,运行
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京公网安备75号梅山连拱坝 -
梅山连拱坝(Meishan&Multiple&Arch&Dam)&&位于淮河支流史河上游安徽省金寨县境内，北距史河入淮口130km，是一座以防洪、灌溉为主，兼有发电等综合效益的大型水利水电工程。1954年3月动工，1956年1月连拱坝主体工程基本竣工，1958年开始蓄水。水库为多年调节，防洪库容10.65亿m3，设计灌溉面积25.53万hm2，装机容量4×1万kW。&
梅山连拱坝&梅山连拱坝为钢筋混凝土结构，最大坝高88.24m，坝顶高程140.17m，防浪墙顶高程141.27m。连拱坝由15个垛和16个拱组成，轴线长311.5m。拱圈采用180°中心角的半圆拱，底拱圈厚2.3m，顶拱圈厚0.6m，内半径为6.75m。垛采用两侧垛墙与上、下游面板和垛内隔墙组成的空腹双支墩，河床坝垛3号～13号垛上游面板宽6.5m，左岸1号、2号垛及右岸14号、15号垛上游面板宽6.Om，下游面板宽度随坝高增加相应增大。垛上游坡度为1:0.9，下游坡度为1:0.35。连拱坝左右两端各接一段重力坝和空心重力坝，坝轴线总长443.5m。枢纽物还包括右岸开敞式溢洪道、右岸泄洪隧洞。9号拱泄水底孔和坝后式电站厂房。&梅山连拱坝蓄水初期曾发生运行事故。水库蓄水至竣工后最高水位125.56m，高水位持续至11月6日凌晨时，右岸坝肩基岩裂隙突然大量漏水，实测漏水总量达70L/s，14号垛基一个未封堵的固结灌浆孔向外喷水，测得达31m，相当于库水位对该处水头的82%。右岸坝顶及拱、垛多处出现裂缝，其中15号拱冠内侧产生裂缝由拱顶延伸而下长达28m，最大缝宽6.6mm。经放空水库检查，发现右岸13号垛至16号拱台前缘基岩接触面附近长达100余m，宽约30m～80m范围的基岩局部滑动和张裂。后采取坝基固结与帷幕灌浆，增设右岸坝垛墩、支撑墙、基岩预应力锚固和坝后排水设施等一系列工程措施修复加固。1969年和1991年两次大洪水及40年运行考验，大坝运行正常。1991年～1992年梅山连拱坝进行首次安全定期检查，确认符合现行规范，评定为正常坝。
梅山连拱坝 -
梅山水库是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、航运及养殖等综合利用的大型水利枢纽工程。工程位于淮河支流史河上游的安徽金寨县境内。水库枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、泄洪洞、放水底孔、发电站等建筑物组成。水库总库容22.64亿m3，电站总装机40MW。工程于1954年动工，1958年初开始蓄水运行，1962年11月，右岸坝基发生基岩错动大面积漏水事故，于1963年放空水库，对大坝和坝基实施加固处理，1966年5月加固结束，再次蓄水运至今。2002年4月，有关单位对该工程进行了安全鉴定，认为大坝抗震性能不满足安全运行要求；严重；两坝肩的防渗性能存在不足，对大坝稳定不利；……；存在严重安全隐患。鉴定结论为三类坝。& 拦河大坝坝型为连拱坝，属支墩坝类型，由15个支墩（垛）和16个拱组成（编号由左岸至右岸），最大坝高88.24m。坝址两岸地形具明显差异。左岸为凸岸，山体宽厚，坝肩上下游工程稳定安全范围区内无冲沟深切，4#支墩至1#支墩之间平均地形坡度35°，坝顶高程以上地形较为平缓。右岸为冲刷岸，右坝肩岸坡较陡，上下游受冲沟锓蚀，形成临空面。& 坝基岩体为单一岩性的燕山期细粒花岗岩，呈岩株状产出，边缘与变质岩的接触带在右岸溢洪道附近，混熔接触。花岗岩体中发育三组原生冷凝节理，受后期多次构造作用，进一步发展为断层、或裂隙密集带。裂隙发育于各个方向均有存在，对工程稳定性影响较大的是与两岸岸坡交角较小的裂隙，有倾向两岸山内的，也有倾向河床的。右岸岩体更靠近与的混熔接触区，裂隙较左岸更为发育。
梅山连拱坝 -
坝基岩体错动裂隙渗水事故
1962年出险事故发生在右坝肩基岩裂隙突然大面积漏水，同时右岸各拱、垛位移增大，垛基上抬，拱、垛由于变形产生大量裂缝。1963年放空水库进行加固处理，主要措施为补强上游防渗帷幕，加强坝基固结灌浆，增加坝基排水孔，部份拱、垛空腔内填筑混凝土重力墩或浇筑支撑混凝土，增加垛基预应力锚索，坝身较大裂缝补缝，上游基岩裂隙灌浆等。1972年和1985年，分别对左岸4#和5#拱垛基进行了灌浆止漏处理。1994年～1997年，对两岸帷幕进行了帷幕补强。& 出险事故与坝基地质条件有关。地质分析认为，右岸建坝时清基不彻底，拱垛局部处在弱风化岩体上；坝垛存在两面临空（下游、），岸坡较陡，垛间无横向隔墙支撑，岩体具有滑动空间；岸坡NNE和EW向裂隙发育，且透水性好，帷幕未完全封闭透水性裂隙，岸坡及坝基无有效排水设施，在持续高水位作用下，库水位通过裂隙入渗，使陡倾裂隙面上的侧向渗透压力以及危险滑动面上的扬压力增大，当滑动力大于抗滑力后，引起事故发生。& 左岸2#垛基右侧岸坡较陡，垛基缓倾角裂隙分布面积较大，存在地质滑动条件，后期进行了重力墩和预应力锚索加固，改变了稳定条件。&
梅山连拱坝 -
大坝结构稳定性
的纵向（坝轴线方向）刚度远远大于横向刚度（垂直坝轴线方向），而支墩坝、空腹坝这一类坝型，与实体重力坝相差甚远。从梅山大坝整体受力条件看，属于大截面重力坝类型（上游坝坡1∶0.9，下游坝坡1∶0.35），较实体重力坝（n=0～0.3；m=0.6～0.85）的横剖面要“肥”；承受水荷载水平推力的能力是好的。梅山大坝的坝体结构为轻型框架式，上游坝面是溥壳连拱，因此又不同于实体刚性重力坝。此类坝型与实体重力坝相比较，总体上适应变形的能力要强一些（柔性大一些）。另一方面，承受的支墩（垛墩）又是空腹框架结构，拱与支墩之间为刚性联接。如此结构使得组成大坝的每一个构件以及构件之间又都是刚性的。这里存在的疑问是，大坝与地质体之间的连接是什么的？&
梅山连拱坝
&大坝支墩是将大坝承受的所有外荷载传递给坝基的惟一结构体，支墩的空间几何形态是一个有一定厚度的三角形平板，常识告诉我们，此类平板构件的刚度和稳定性将主要取决于该结构与其他结构的联接型式。可以认为，支教在大坝横剖面方向（平行水流）上，其刚度和稳定性是好的，而在大坝纵轴线方向上，显然不如前者。以此分析，我们就可以把大坝的结构稳定性的溥弱环节定位在大坝纵轴线方向的支墩稳定性问题上。& 支墩构件的上部与拱相连接，下部与地基连接，根据结构的简化原则，可以将支墩在平行坝轴线方向上看成为杆件，杆件与地基的连接应为固定支座、固定铰支座和可动铰支座这三种型式中的一种。从坝肩剖面图上分析，支墩与地基之间的连接是可以转动的，同时还具有向河床方向的移动（地质体中有倾向河床方向的不利结构面，支墩与地基的接触面在水平方向由磨擦力提供约束），其连接型式应为既可以转动又可以移动的“可动铰支座”。这样一来，整个大坝的结构就成为上游坝坡面与各支墩之间为刚性约束，而各支墩与坝基地质体之间为可动铰支座连接，大坝在坝轴线方向上是一个几何可变体，显然存在重大不稳定隐患，相当于我们脚下穿着滚轴冰鞋，你只要不是溜冰高手，其安全感将是您永远放心不下的最大担忧。& 综上分析，笔者认为本工程事故的原因除了勘测设计分析的原因之外，最为本质的原因是由于大坝结构在纵轴线方向上存在构造缺陷，支墩杆件在底部没有其他杆件互相连接，地质体对支墩除了垂直反力约束之外不能充分地提供其他自由度方向上的有效约束，致使大坝在纵轴线方向上成为几何可变体，至少也是一个几何，为大坝留下了结构稳定性的重大缺陷。由于突发性未知荷载的一触即发，导致结构局部突然位移，拉开地基岩体，高压水流乘虚而入，事故终于不可避免地展示在我们的面前。&
梅山连拱坝 -
大坝支墩结构加固措施
目前的大坝支墩结构型式，部分拱、垛空腔内已经在前期加固时填筑了混凝土重力墩或浇筑了支撑，增加了垛基预应力锚索，实际上的右坝肩部分支墩与地基的连接型式已经从可动铰支座转化为固定支座型式，从而保证了右坝肩在出事加固后数十年来的运行稳定，可见此类加固措施是可行的。& 左坝肩大坝支墩与地基的连接是可动铰支座型式，是本工程的最大隐患。参照右坝肩加固型式应该也是可行的，或者说是必要的。两岸对称加固，结构型式相同，刚度一致，有利于大坝受力条件的平衡协调，这也是笔者的建议加固型式。& 要将河床部位的支墩与地基的连接型式加固成固定支座，只有填筑大混凝土，技术难度不大但工程量较大，是否必要还可以商榷。笔者认较为可取的是加固成固定铰支座的型式。原则上讲，所有支墩与地基的接触都应考虑图4a这种型式，其优点是既可以保证结构的稳定性，又不是刚性约束，适应变形的能力更好一些。换句话说，我们只要将所有支墩与地基的连接型式加固为固定铰支座型式，就完全可以将大坝在坝轴线方向上从几何可变体转化为几何不变体，大坝整体结构就是稳定的。但右岸早已按固定支座加固，为了使结构对称，确保受力平衡，因此本文建议左岸加固型式同右岸。而对于河床部位，则完全可以另行考虑。如果建坝时对支墩没有考虑固定支座的结构措施，则按图4c型式加固反而不利，因为固定支座将产生转动约束，使得支墩在底部附近产生较大弯矩，此类能够回避的问题尽可能地回避是可取的。& 至此，结构加固方案已见雏形，只要将河床部位的支墩以横杆、斜杆这种连杆相连接就可以了。增加的横杆和斜杆可以是钢架、钢筋混凝土横梁等，设计师们有的是办法，在此就不再多卖弄了。&
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问答题简答题某基础长4.8m,宽3m,埋深1.8m,基底平均压力p=170kPa,地基土为黏土，Y=18km/m3，e1=0.8压缩系数α=0.25MPa-1,基底下1.2m处为不可压缩的岩层。试计算基础的最终沉降量。 参考答案
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