1工程概況

豐樂水庫位于安徽省黃山市巖寺區(qū)境內(nèi)豐樂河上，距黃山東南約50km，是一以防洪、灌溉為主結(jié)合發(fā)電的綜合利用工程，水庫尾水流入新安江水庫。水庫總庫容8400萬m3，壩址以上控制流域面積297km2，為中型三等工程。水庫校核洪水位（500年一遇）為210．6m，設(shè)計(jì)洪水位為208．8m，正常蓄水位為201．0m，死水位為183．0m。

豐樂水庫大壩為變圓心變半徑的等厚拱混凝土雙曲拱壩，壩頂高程211．0m，壩底最低高程157．0m，最大壩高54．0m；壩頂厚2．5m，壩底厚12．5m，厚高比0．23；壩頂弧長216．15m，壩頂弦長168．2m，弧高比4．0，弦高比3．1。大壩沿拱壩軸線分為16個(gè)壩塊，各壩塊寬約12m。拱壩的結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

壩頂設(shè)有開敞式自由挑流溢洪道，溢流壩段弧長56．1m，堰頂高程204．0m，最大泄量2060m3／s。

大壩于1973年1月開始混凝土澆筑，1976年6月完成大壩混凝土施工，1978年3月大壩橫縫重復(fù)灌漿結(jié)束，至此，拱壩已形成整體結(jié)構(gòu)，具備蓄水運(yùn)用條件。但因庫內(nèi)公路改線工程未能按期完成，為維持屯溪市至黃山的公路交通，壩內(nèi)放水底孔一直敞開，水庫遲遲不能蓄水。1978年夏季，該地區(qū)出現(xiàn)百年不遇的長期高溫干旱氣候，水庫同時(shí)處于空庫狀態(tài)，致使壩體長期處于空庫＋自重＋溫升荷載組合下運(yùn)行。1978年冬季在左、右岸下游壩面分別出現(xiàn)9條和3條裂縫，后于1986年進(jìn)行了裂縫灌漿處理。

大壩裂縫分布見圖1。圖中裂縫編號(hào)1～20系1979～1986年間年出現(xiàn)的，其中有12條裂縫即為1978年冬季在下游壩面產(chǎn)生的（左岸9條、右岸3條）；圖中未編號(hào)的裂縫是1986～2001年間發(fā)展的裂縫。

摘要:特高拱壩在強(qiáng)烈地震作用下壩體橫縫易于張開，拱梁應(yīng)力重新分配，影響拱壩整體性和抗震安全性。以大崗山特高拱壩為工程背景，采用三維非線性有限元數(shù)值分析方法，對(duì)壩體中上部布設(shè)拱向跨縫鋼筋、梁向限裂鋼筋抗震措施的效果進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:拱向跨縫鋼筋對(duì)控制橫縫張開度效果較為顯著，梁向鋼筋對(duì)抑制大壩地震損傷效果十分顯著，研究成果為指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:特高拱壩;拱壩抗震鋼筋;抗震設(shè)計(jì);非線性有限元

1研究背景

為提高強(qiáng)震區(qū)200m以上特高拱壩的抗震性能，降低水庫的安全風(fēng)險(xiǎn)，在大壩抗震措施中需采取必要的非工程措施和工程措施。其中非工程抗震措施包括大壩地震安全預(yù)警系統(tǒng)、壩體及壩肩結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大壩安全事故應(yīng)急措施以及大壩管理人員培訓(xùn)等;工程抗震措施包括拱壩體形優(yōu)化、壩基交接面附近設(shè)置底縫和周邊縫、配置抗震鋼筋、橫縫間布設(shè)阻尼器、設(shè)置適應(yīng)橫縫張開大變形的止水、壩體上部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼索、優(yōu)化壩體混凝土強(qiáng)度等級(jí)分區(qū)以及兩岸壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定措施等［1－4］。近年來諸多研究表明，特高拱壩的橫縫在強(qiáng)烈地震作用下很容易張開，而且壩址河谷寬深比越大，橫縫張開的可能性和開度也越大。橫縫張開可能導(dǎo)致縫間止水的破壞和拱梁應(yīng)力的重新分配，降低拱的作用，增大梁向應(yīng)力，影響拱壩的整體性和抗震安全性。因此，采取抗震措施控制橫縫的張開度、增強(qiáng)壩體梁向抗裂能力是特高拱壩抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，而在大壩中上部配置拱向跨縫鋼筋、梁向限裂鋼筋是最為直接的措施［5－10］。朱伯芳［11］提出了跨橫縫鋼筋的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法;張楚漢等［12］論證了橫縫配筋控制措施的可行性和可靠性;龍渝川等［13］研究指出拱壩梁向配筋可以降低地震作用下拱壩的橫縫開度與拱向位移，限制沿壩厚方向的裂縫擴(kuò)展范圍，因而有助于提高拱壩的抗震安全性能。溪洛渡、錦屏一級(jí)和小灣拱壩均采取了壩面布設(shè)鋼筋的抗震措施［14］。大渡河大崗山混凝土雙曲拱壩最大壩高210m，大壩體形特征參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)見表1［15］。壩址區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地震活動(dòng)性強(qiáng)烈，大壩水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度高達(dá)0.5575g，為世界高拱壩之最［16］。振動(dòng)臺(tái)動(dòng)力模型試驗(yàn)與數(shù)值分析均表明:大壩上游面頂部拱冠部位、中部高程部位以及壩體－基礎(chǔ)交接面附近的靜動(dòng)綜合應(yīng)力水平較高，均是抗震安全的薄弱部位［17］。本文以大崗山特高拱壩為工程背景，采用三維非線性有限元數(shù)值分析方法，對(duì)壩體中上部布設(shè)拱向跨橫縫鋼筋、梁向限裂鋼筋的抗震效果進(jìn)行論證，研究成果可為特高拱壩壩面抗震鋼筋的設(shè)計(jì)提供參考。

2計(jì)算原理與計(jì)算條件

2．1本構(gòu)模型。2．1．1混凝土模型。壩體混凝土采用Lee和Fenves提出的塑性損傷模型［18］，該模型基于連續(xù)損傷力學(xué)與塑性理論，可以模擬剛度退化變量與本構(gòu)關(guān)系的塑性變形非耦聯(lián)的、適用于循環(huán)加載的混凝土塑性損傷，采用兩個(gè)損傷變量分別描述不同損傷狀態(tài)下的張拉與受壓破壞。沈懷至等［19］采用該模型研究了混凝土壩體地震開裂以及配筋后的抗震性能，并以Koyna壩為例驗(yàn)證了配筋抗震措施的有效性。考慮到高拱壩受到強(qiáng)地震荷載作用時(shí)，壩體的抗震安全性以拉應(yīng)力為控制指標(biāo)，而壓應(yīng)力一般不會(huì)達(dá)到抗壓強(qiáng)度，因此在分析中僅考慮混凝土的張拉軟化，不考慮混凝土因受壓而引起的剛度退化?；炷辆€性軟化關(guān)系曲線如圖1所示。當(dāng)混凝土承受的拉應(yīng)力未達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土處于線彈性階段;達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度后，混凝土剛度退化，處于軟化階段;在軟化階段某點(diǎn)卸載，沿著退化后的剛度卸載，卸載到零后，殘留有包括微裂紋在內(nèi)的不可恢復(fù)的應(yīng)變;再加載時(shí)，沿著卸載路徑加載。εu為極限拉應(yīng)變，εe為彈性應(yīng)變，εp為塑性應(yīng)變，ft為混凝土單軸抗拉強(qiáng)度，Gf為斷裂能，lh為單元特征尺寸，取為單元積分點(diǎn)所控制體積的立方根值。軟化以后的剛度見式(1):E=(1－d)E0(1)式中，E0和E分別表示初始剛度和軟化以后的剛度;d為損傷因子，0≤d≤1，當(dāng)d=0表示混凝土處于線彈性，d=1表示完全破壞，剛度退化為零。2．1．2橫縫接觸模型。由于橫縫設(shè)有鍵槽，在模擬時(shí)不考慮縫面切向的剪切滑移，只考慮縫面法向在地震過程中的開合效應(yīng)。拱壩橫縫面的法向相對(duì)位移vi和縫應(yīng)力qi之間為非線性關(guān)系，橫縫抗拉強(qiáng)度對(duì)壩體非線性反應(yīng)幾乎無影響［20］，因此在模擬拱壩橫縫力學(xué)行為時(shí)忽略橫縫的抗拉強(qiáng)度，qi和vi滿足［5］:qi=kivivi≤00vi＞{0(2)式中，ki為縫閉合時(shí)的剛度。2．1．3橫縫配筋模型?？鐧M縫鋼筋由橫縫兩側(cè)的鋼筋自由段(鋼筋與周圍混凝土脫開)和錨入壩體混凝土內(nèi)的粘結(jié)段組成，因不考慮鋼筋與混凝土的滑移，由自由段變形控制了橫縫的開度［5－8］。采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土有限元理論中的整體式模型來模擬鋼筋的宏觀效果，即將橫縫的鋼筋面積彌散于鋼筋所處的橫縫縫面單元的節(jié)點(diǎn)上，采用點(diǎn)－點(diǎn)模型，通過在接觸點(diǎn)對(duì)法向上增加一個(gè)與分布鋼筋等效的彈簧值來表示鋼筋作用。鋼筋采用理想彈塑性模型，其等效彈簧值為Fs=KnsΔL(3)Kns=EsA0/l(4)式中，Kns為縫面單元上鋼筋等效彌散剛度，ΔL為橫縫開度，Es為鋼筋的彈模，A0為單元接觸面上的鋼筋截面面積總和，l為縫面兩側(cè)鋼筋總的自由段長度，本文自由段長度取為4m［7］。2．2有限元模型?；诖笮屯ㄓ糜邢拊浖嗀BAQUS及二次開發(fā)進(jìn)行計(jì)算。模型模擬了壩體全部28條橫縫;壩基為無質(zhì)量截?cái)嗟鼗?，模擬為非均勻彈性介質(zhì);地震荷載為抗震設(shè)計(jì)規(guī)范譜反演人工地震波。設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜采用《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)譜，概率水準(zhǔn)為100a超越概率2%，水平向最大峰值加速度為0.5575g，豎向取為水平向值的2/3，地震由截?cái)嗟鼗吔缛蚓鶆蜉斎?。為重點(diǎn)模擬壩體中上部可能發(fā)生的損傷斷裂行為，對(duì)壩體中上部單元離散網(wǎng)格進(jìn)行了細(xì)化。細(xì)化范圍沿橫河向約為240m，沿高度方向從壩頂往下約63m，大體涵蓋了按線彈性材料計(jì)算得到的大壩高拉應(yīng)力區(qū)范圍。該部位單元沿壩面方向尺寸控制在2.0m左右，以便能較好地表征混凝土發(fā)生損傷斷裂后的軟化現(xiàn)象。模型如圖2所示。低水位是地震過程中壩體橫縫張開的控制工況，對(duì)于拱壩抗震安全極為不利，因此選擇庫水位為死水位1120m進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)水庫深195m。靜荷載為分縫自重+水壓力+泥沙壓力+設(shè)計(jì)溫升。

1工程概況及大壩開裂情況

大坂水庫位于漳平市永福鎮(zhèn)新安溪中游，是一座以發(fā)電為主，結(jié)合灌溉的綜合利用中型水利工程。壩址控制流域面積93km2，水庫總庫容1462萬m3，興利庫容1120萬m3，死庫容130萬m3。水庫正常蓄水位518.00m，P=2%設(shè)計(jì)洪水位520.95m，P=0.2%校核洪水位522.26m。大壩為100#漿砌塊石單心圓雙曲拱壩，最大壩高62.4m。

壩址兩岸基巖裸露，出露巖性主要為燕山早期的黑云母花崗巖，次為喜山期的石英斑巖。壩址區(qū)主要存在一條陡傾角F2斷層和一條f1裂隙性斷層。

該大壩于1985年5月開工興建，1989年5月水庫開始蓄水，1989年9月封頂。建成后歷史最高水位為519.99m（1996年8月1日），歷史最低水位約為479.00m（1998年12月）。2001年12月，水庫水位降至480.50m后，檢查中發(fā)現(xiàn)左岸上、下游面及壩頂均可見有一條沿徑向的貫穿性1#垂直裂縫，長約20m，縫寬約1mm～2mm，裂縫經(jīng)過處部分壩面砼預(yù)制塊也拉裂。另外在壩頂還發(fā)現(xiàn)11條小裂縫，左岸7條，右岸4條，長度小于1m，縫寬均為1mm以內(nèi)，且均未向下發(fā)展。未發(fā)現(xiàn)水平裂縫。對(duì)大壩進(jìn)行水平和垂直位移觀測(cè)結(jié)果表明位移量很小，均在規(guī)范控制值范圍內(nèi)。大壩左岸拱端山體穩(wěn)定。裂縫位置示意圖見圖1。

圖1拱壩裂縫位置示意圖

2大壩應(yīng)力復(fù)核

由于我國水利水電事業(yè)發(fā)展的需要，我國還要修建大量拱壩乃至極高的拱壩，如瀾滄江的小灣水電站，拱壩壩高292m，裝機(jī)容量420萬kW，泄洪功率4600萬kW，壩址基本烈度為8度，而且有大規(guī)模的地下廠房及洞室群；又如金沙江的溪落渡水電站，拱壩壩高295m，裝機(jī)容量1440萬kW，泄洪功率近1億kW，壩址基本烈度為8度，其難度又比小灣水電站上了一個(gè)臺(tái)階。這些工程比世界最高的英古里拱壩（壩高272m）更高，工程規(guī)模更大，泄洪功率也比世界最高水平高出2～3倍，而且處于強(qiáng)地震區(qū)，其技術(shù)難度居于世界前列。其他還有金沙江的白鶴灘、洪門口，瀾滄江的糯札渡等拱壩，壩高都在300m左右，也都是現(xiàn)行規(guī)范覆蓋不了的特高拱壩。另外，還有拉西瓦、構(gòu)皮灘等也都是200米以上的高拱壩。下面，就高拱壩建設(shè)中的幾個(gè)問題談?wù)勎覀兊拇譁\認(rèn)識(shí)。

對(duì)200米以上的拱壩為什么要做專門研究

建國以來修建了大量拱壩，凡是按規(guī)范正規(guī)設(shè)計(jì)施工的拱壩都能安全運(yùn)行，說明我們已掌握一般拱壩的技術(shù)。80年代開始，已在修建240米高的二灘拱壩，并正在向300米級(jí)的高拱壩攻關(guān)。那么，我們現(xiàn)在所掌握的技術(shù)是否已滿足高拱壩的設(shè)計(jì)要求？100米、200米、300米高的拱壩在本質(zhì)上有什么區(qū)別，這是個(gè)值得探討的問題。

國際上有些壩工專家認(rèn)為，超過200米的拱壩和百來米高的拱壩有本質(zhì)的不同，并主張?jiān)诙┻@類拱壩上，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力（這實(shí)際上是做不到的），我們認(rèn)為這是有一定道理的。200米以上的高拱壩與較低的拱壩的本質(zhì)區(qū)別在于：低拱壩總體應(yīng)力水平較低，應(yīng)力，特別是壓應(yīng)力的安全儲(chǔ)備較大；高拱壩總體應(yīng)力水平高，壓應(yīng)力的儲(chǔ)備較小。一旦拱壩產(chǎn)生局部開裂，應(yīng)力重分布，低拱壩的調(diào)整余地較大，因此，整個(gè)壩體仍是安全的；而對(duì)于高拱壩，就很可能造成應(yīng)力普遍超限，從而導(dǎo)致壩體的破壞。另外，高拱壩在溫度應(yīng)力、地震作用以及泄洪消能方面都有高拱壩的特殊問題，如果解決不好，都會(huì)造成致命的破壞。

辯證地看待周邊縫

拱壩設(shè)計(jì)中最使人擔(dān)心的是過分集中的拉應(yīng)力，尤其在臨水面。因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度不僅低而且不穩(wěn)定、變異大。但拉應(yīng)力是避免不了的，特別在幾何體型不連續(xù)處，拉應(yīng)力有尖銳的集中，所以有些國家采取周邊縫方案，把壩和基礎(chǔ)切開，消除奇點(diǎn)和拉應(yīng)力?？偟乃悸肥茄刂苓吙p解放拉應(yīng)力。

1不同半徑大小的拱壩放樣技術(shù)

(1)半徑小于20m，弧長不超過30m的拱壩放樣此類小型拱壩，如果設(shè)計(jì)圖紙上圓心位置及拱壩兩端點(diǎn)沒有標(biāo)明坐標(biāo)，就對(duì)放樣精度要求不高。對(duì)于這種拱壩的放樣，我們通常采用的方法是：①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上拱壩的平面位置布置圖，在實(shí)地上找出拱壩兩端點(diǎn)和圓心。②在實(shí)地所找的圓心上埋一標(biāo)桿，然后，以實(shí)地上拱壩兩端點(diǎn)較高一點(diǎn)高程作為標(biāo)桿起算點(diǎn)向上或向下每隔lm作～標(biāo)記。③以標(biāo)桿的起算點(diǎn)為圓心，R為半徑在實(shí)地畫弧，同時(shí)根據(jù)工程進(jìn)度施工需要，每隔一段時(shí)問，以標(biāo)桿每米處標(biāo)記為圓心實(shí)地畫弧，進(jìn)行工程施工放樣的校核。這種小型拱壩的放樣按此方法最為適易。

(2)半徑較大，圓曲線過長的拱壩放樣上述放樣方法對(duì)于半徑較大，圓曲線過長的拱壩顯然難度較大。①精度得不到保證；②圓心位置難找。我們從幾十年的測(cè)量工作中認(rèn)為半徑較大、曲線過長，在確保精度下，較為簡(jiǎn)潔、快速的放樣方法就是借鑒公路或鐵路的圓曲線放樣的偏角法來放樣。下面就偏角法放樣的原理簡(jiǎn)述如下，如圖1。①根據(jù)工程施工需要，將拱壩圓曲線整分為C段長n等份，整分后的剩余弧長定為Cn。②因?yàn)楣皦螆A曲線的半徑R比之所分弧長C大的多，所以一般認(rèn)為圖1弧長c等于弦長。③當(dāng)拱壩圓曲線所分各點(diǎn)等距離時(shí)，則曲線上各點(diǎn)的弦切角為第一點(diǎn)弦切角的整數(shù)倍。④算出拱壩圓曲線上所分各點(diǎn)的弦切角，根據(jù)平面幾何定理我們知道，弦切角等于該弦所對(duì)圓周角，又圓周角等于對(duì)同弧圓心角的‘半，故各點(diǎn)弦切角為：dA：2ocl=1／2：C／2R×l80／~=13a2=2~1／2=213=nO1／2=n13⑤在設(shè)計(jì)圖紙中找出拱壩圓曲線兩端點(diǎn)A、B在地形圖所處位置，再根據(jù)A、B兩點(diǎn)在地形圖的位置，將其確定到地面上去。如拱壩兩端點(diǎn)在設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)有坐標(biāo)，那么我們就根據(jù)已做的工程施工控制網(wǎng)用前方交會(huì)的方法將設(shè)計(jì)圖紙上拱壩兩端點(diǎn)放到實(shí)地。

2雙曲拱壩放樣測(cè)量的角度交會(huì)法計(jì)算方法

雙曲拱壩拱圈曲線的圓心和半徑是隨壩體的高度不同而變化的。雙曲拱壩一般采取每隔2或3m高度分層施工、分層放樣，每一施工分層面要在上、下游邊緣相隔3-5m各放樣出一排點(diǎn)，作為施工的定位依據(jù)。有時(shí)還放樣出拱圈中心線，以一截面上的三點(diǎn)在一直線上作為核對(duì)。用角度交會(huì)法放樣的點(diǎn)位精度較高，比較靈活，受地形條件及施工干擾影響較少，在拱壩放樣測(cè)量中應(yīng)用比較廣泛。角度交會(huì)法是在兩個(gè)控制點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀撥角交會(huì)，放樣一個(gè)點(diǎn)位，要計(jì)算兩個(gè)控制點(diǎn)至放樣點(diǎn)之間交會(huì)線的方位角。一般計(jì)算的工作內(nèi)容、步驟及測(cè)設(shè)方法如下：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)的拱圈圓心軌跡方程，和過拱冠的壩體立面曲線設(shè)計(jì)資料，計(jì)算出各施工分層面的放樣曲線圓心坐標(biāo)和半徑。

藤子溝水電站工程采用混合式開發(fā)，由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水系統(tǒng)和廠區(qū)系統(tǒng)組成。根據(jù)DL5180—2003《水電工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，藤子溝水電站工程規(guī)模為大（2）型，大壩及泄洪建筑物為2級(jí)建筑物，消能建筑物水墊塘、電站引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房為3級(jí)建筑物。

1工程區(qū)地質(zhì)概況

藤子溝水電站位于長江右岸一級(jí)支流龍河中上游重慶市石柱縣境內(nèi)，地處鄂西山地與四川盆地過渡地帶，地勢(shì)陡竣，屬中低山層狀地貌。由于河流深切河谷，巖層為軟硬相間巖層，故區(qū)內(nèi)巖體卸荷較強(qiáng)烈。工程區(qū)出露地層主為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組6~18層（J2S6～18）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及中厚層細(xì)粒長石石英砂巖。區(qū)域地質(zhì)環(huán)境上，該區(qū)位于川東褶皺帶中的石柱向斜附近軸部的東南翼，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，樞紐區(qū)地震基本裂度為Ⅵ度。拱壩是一個(gè)空間殼體結(jié)構(gòu)，它在平面上形成拱向上游的弧形拱圈，將作用于壩體上的外荷載通過拱的作用傳遞到兩岸壩肩，依靠壩體混凝土的抗壓強(qiáng)度和兩岸壩肩抗力巖體的支撐來保證大壩的穩(wěn)定。藤子溝壩址雖為寬60～240m，長450m的“V”型峽谷，兩岸地形較完整對(duì)稱，適于修建拱壩，但在地質(zhì)條件上比較復(fù)雜。兩岸抗力體主要為軟、硬相間的J2S7長石石英砂巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖和J2S8泥質(zhì)粉砂巖組成，同時(shí)，兩岸壩肩巖體內(nèi)分布有大、小十余條軟弱夾層，在壩址左岸不同高程上形成底部切割面并和F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4等17條斷層破碎帶組合后，于壩址左岸680m至750m高程，因巖體卸荷變形，致使該地段自上而下形成臺(tái)階式卸荷變形巖體，對(duì)左岸拱座的穩(wěn)定不利。

2工程項(xiàng)目采用的新方法及新技術(shù)

1）采用以平硐勘探為主、鉆探為輔的新方法和鉆孔數(shù)字成像新技術(shù)。由于壩址巖體巖性復(fù)雜，軟硬巖層相間分布，斷層破碎帶及軟弱夾層分布較多，巖體卸荷嚴(yán)重，如按常規(guī)單一勘察方法是難以查明壩基（肩）巖體的抗變形性能和抗滑穩(wěn)定條件的。因此在技術(shù)上必須創(chuàng)新，注重采用新方法。在地表工作基礎(chǔ)上通過在兩岸不同高程布置硐探輔以適量鉆探進(jìn)行綜合查證。如在左岸壩基（肩）軟弱夾層和斷層較多、巖體卸荷嚴(yán)重的地段，分別于682，705，715，738m高程布置了5條平硐并輔以ZK73，79，80，88，89等鉆孔，同時(shí)通過采用鉆孔數(shù)字成像新技術(shù)查明了左岸壩基（肩）抗力巖體J2S6，J2S7-1，J2S7-2和J2S7-3等軟弱巖層的層面分布高程和RJ1，RJ1-1，RJ2，RJ3等軟弱夾層及F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3等斷層破碎帶的出露位置及左岸卸荷巖體在不同高程上的分布范圍和節(jié)理裂隙聯(lián)通率等。為設(shè)計(jì)確定壩基位置及建基高程和處理措施提供了可靠的地質(zhì)資料。

2）采用剛體極限平衡法對(duì)大壩左端庫岸邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算。計(jì)算中分別以RJ1，RJ4等軟弱夾層為底滑面的組合塊體，按剛體極限平衡法對(duì)大壩左岸邊坡在不同假定條件下進(jìn)行了穩(wěn)定分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，其邊坡穩(wěn)定系數(shù)Ks滿足了GB50021—2001的規(guī)定值。從計(jì)算結(jié)果看出，采用減載卸荷（即挖除邊坡上部一部分巖體）的方法，對(duì)改善邊坡巖體的穩(wěn)定狀況其效果是不明顯的，地下水壓力和揚(yáng)壓力對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響很大，尤其當(dāng)水庫水位驟降至735m高程以下時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定條件很不利，建議設(shè)計(jì)對(duì)邊坡地段采取排水措施，如充分利用原有勘探平硐和適當(dāng)增設(shè)排水廊道等。因此為施工減少開挖節(jié)約工程投資，保護(hù)庫岸生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造了條件。

1簡(jiǎn)述

1.1壩體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

此拱壩設(shè)計(jì)為對(duì)數(shù)螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩，建基面高程198.5m，壩頂高程305.5m，最大設(shè)計(jì)壩高107m，底厚18.5m，頂厚6m，高厚比0.17。壩體上游部位采用二級(jí)配富膠材碾壓混凝土防滲，壩體內(nèi)部采用三級(jí)配混凝土。二級(jí)配碾壓混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C9020F150W8，三級(jí)配碾壓混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C9020F100W6。上下游面及兩岸巖坡設(shè)50cm寬變態(tài)混凝土。從壩底到壩頂二、三級(jí)配混凝土分界線距大壩上游面6m～1.5m。大壩設(shè)置3條誘導(dǎo)縫和2條橫縫，誘導(dǎo)縫和橫縫將壩體從左到右分成6個(gè)壩段，其上游弧長依次為22.28m、18m、34m、41.5m、49.33m和31.9m。誘導(dǎo)縫采用預(yù)埋雙向間隔誘導(dǎo)板成縫，橫縫采用預(yù)埋雙向連續(xù)誘導(dǎo)板成縫。誘導(dǎo)縫和橫縫內(nèi)均設(shè)置重復(fù)灌漿系統(tǒng)。

1.2水文氣象

此流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，多年平均氣溫16.2℃，月平均氣溫以7月最高，為27.5℃，以1月最低，為4.6℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-12.0℃；濕度大，多年平均相對(duì)濕度為80%。

表1壩址多年氣溫、水溫、濕度統(tǒng)計(jì)表

1樞紐工程選址對(duì)壩型影響

芣蘭巖河又稱虹霓河、寺頭河，是露水河的一級(jí)支流，全長54km，在山西境內(nèi)長47km。河道在虹霓村至槐樹坪村形成長約2.5km的峽谷地帶，兩岸岸坡陡立，河谷底寬20～70m，且兩岸山坡多基巖裸露，因此，將虹乙水庫樞紐工程選在該河段。該段河道呈深“U”型，兩岸陡崖、陡坡基本對(duì)稱分布，從下至上有3道垂直陡崖及陡崖間陡坡組成，3道陡崖分別高約40m，20m，30m，崖頂高程分別為715．00～720．00m，735．00～750．00m，780．00～810．00m，在虹霓村口處有一滾水壩，滾水壩后為一陡坎，水流在陡坎處形成瀑布跌落河谷，瀑布高約55m。上游河段（上壩址）虹霓村滾水壩下游約1700m處河谷狹窄對(duì)稱，兩岸陡峭、巖石出露，壩址區(qū)無斷層通過，兩岸卸荷裂隙有發(fā)育，巖體相對(duì)較完整，地形地質(zhì)條件比較適合混凝土拱壩、重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；水庫正常蓄水位較高，有利于提高自流灌溉面積；大壩總體工程量較小，總體投資較省。但河谷狹窄，泄洪排沙、取水建筑物布置受到限制，在施工組織、質(zhì)量控制等方面技術(shù)難度較大。下游河段（下壩址）距滾水壩約1880m處河谷相對(duì)上游較開闊，適宜壩型為混凝土重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；泄洪排沙、取水建筑物布置相對(duì)便利。但大壩工程量大，總體投資較大。經(jīng)綜合比較，兩壩址地質(zhì)條件相近，工程規(guī)模相同，從主體工程投資來看，上壩址投資較少，確定上壩址為推薦壩址。

2工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)地層為單斜構(gòu)造，各巖層呈整合接觸，巖層傾角平緩，呈水平狀。兩壩肩下部均為近垂直的陡崖，上部為陡坡，兩側(cè)地形基本呈均勻?qū)ΨQ狀，出露地層均為中厚層狀石英砂巖夾薄層粉砂質(zhì)頁巖，巨厚層狀石英砂巖，巖層產(chǎn)狀呈近水平狀，略傾向左岸；兩岸發(fā)育較多順河床向的卸荷裂隙，近垂直狀；左壩肩陡崖中不存在無傾向河道的緩傾角裂隙面，斜坡中鉆孔揭露弱風(fēng)化基巖層厚約11.8m，推測(cè)陡崖部位弱風(fēng)化基巖層厚6～10m，自然岸坡和開挖切坡較穩(wěn)定；右壩肩地質(zhì)條件與左壩肩基本相同，但右岸巖層略傾向河道，巖層中軟弱夾層可能存在軟化現(xiàn)象，受擾動(dòng)時(shí)巖塊可能會(huì)沿卸荷裂隙及粉砂質(zhì)頁巖層面產(chǎn)生滑移，易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。壩基基巖主要為中厚層狀石英砂巖，局部夾薄層粉砂質(zhì)頁巖，上部弱風(fēng)化巖體中裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，下部微風(fēng)化巖體較完整。覆蓋層厚約10.5m，為砂卵石層。壩基抗滑穩(wěn)定主要受粉砂質(zhì)頁巖夾層層面控制，其各力學(xué)參數(shù)較低，壩基抗滑穩(wěn)定較差，壩基可能會(huì)沿粉砂質(zhì)夾層層面產(chǎn)生滑移。

3壩型比選

3.1樞紐布置方案

摘要：文章結(jié)合總結(jié)了我國碾壓混凝土壩施工工藝,綜述了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展及今后研究的主要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土;碾壓混凝土壩;施工工藝

1.碾壓混凝土技術(shù)

碾壓混凝土技術(shù)是采用類似土石方填筑施工工藝,將干硬性混凝土用振動(dòng)碾壓實(shí)的一種新的混凝土施工技術(shù)。在混凝土大壩施工中采用這種技術(shù),突破了傳統(tǒng)的混凝土大壩柱狀法澆筑對(duì)大壩澆筑速度的限制,具有施工程序簡(jiǎn)化、機(jī)械化程度高、縮短工期、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)[1]。

2.碾壓混凝土施工工藝

碾壓混凝土施工普遍采用了通倉薄層碾壓連續(xù)上升的施工工藝。所采用的倉面平倉機(jī)、切縫機(jī)、振動(dòng)碾、倉面吊及噴霧機(jī)、預(yù)埋冷卻水管的材料和方法、預(yù)埋件的施工工藝等也隨著碾壓混凝土施工技術(shù)發(fā)展而發(fā)展,設(shè)備性能均能保證高強(qiáng)度連續(xù)碾壓施工。

摘要：針對(duì)目前高拱壩建設(shè)中普遍存在并反映在大體積混凝土材料特性研究的技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合二灘水電站建設(shè)，對(duì)高強(qiáng)度大體積混凝土配合比、大體積混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度特性、全級(jí)配混凝土試件強(qiáng)度變形特性和損傷斷裂特性進(jìn)行了研究，在我國首次建立了高拱壩混凝土抗裂優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)系統(tǒng)，首次對(duì)地震作用下壩體混凝土特性參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，完成了全級(jí)配混凝土破壞全過程的仿真性研究，豐富了混凝土損傷斷裂理論，發(fā)展和提高了混凝土材料的試驗(yàn)技術(shù)。研究成果經(jīng)國家鑒定，總體達(dá)到國際先進(jìn)水平。部分中間研究成果已經(jīng)在二灘工程施工中得到應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度混凝土大體積混凝土材料特性

混凝土是一種由多相介質(zhì)組成的復(fù)合材料，具有不連續(xù)性、非均質(zhì)性的特點(diǎn)，在荷載作用下，其力學(xué)性質(zhì)、變形和破壞機(jī)理有很大離散性，并存在試件的尺寸效應(yīng)，這也正是大體積混凝土材料特性研究的困難所在。就高拱壩而言，對(duì)混凝土材料特性的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和合理利用，將極大地關(guān)系到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。全面深入地開展大體積混凝土的力學(xué)、變形、抗裂性能等特性研究，對(duì)高拱壩壩踵的開裂機(jī)制和損傷斷裂機(jī)理進(jìn)行探討，可為高拱壩的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的科學(xué)依據(jù)，并將對(duì)拱壩設(shè)計(jì)方法的完善和改進(jìn)、保證工程質(zhì)量、提高大壩安全度、節(jié)約混凝土原材料，節(jié)約工程投資都具有重大意義。

1高強(qiáng)度大體積混凝土研究課題

拱壩強(qiáng)度安全的正確評(píng)價(jià)，必須從材料（混凝土、壩基巖體）的抗力特性與荷載作用效應(yīng)的仿真性研究著手。從目前大壩建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)分析，下述一些問題，還需進(jìn)一步研究。

1.1裂縫防治