簡論ADAO軟件在拱壩除險加固中的應用

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計是拱壩除險加固工程中的關鍵問題之一。開展拱壩體形優化設計方法的研究，對提高拱壩的安全度和降低造價、提高拱壩設計水平具有重要意義。

目前，我國絕大部分水庫已經運行了幾十年，大都面臨著除險加固的問題，尤其是一些小型水庫，始建于50、60年代或者是70、80年代，由于當時特定的歷史環境，工程基本都是邊施工邊設計，且由于運行年代久遠，絕大多數水庫的基礎資料都不齊全或者是缺失。這給水庫除險加固整治帶來了不少的困難。一些小型拱壩存在沒有設計資料，壩體體形根據工程經驗現場確定，導致很多拱壩體形不合理或者存在不同危險程度的安全隱患。

目前，用于拱壩應力分析計算的方法主要有：拱梁分載法和有限元法。有限元法可以更好的在計算中模擬各種復雜的材料結構和荷載條件，但是其復雜的建模和深度的計算分析在一些大型工程應用廣泛，對于資料不齊全小型拱壩體形加固方案設計，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行優化設計。

ADAO軟件系統是拱壩應力分析ADCAS和拱壩優化ADOPT的集成系統，即可用于拱壩應力分析，也可用于拱壩優化設計，以及計算機輔助下的手工體形調整，已用于許多拱壩工程的設計中，有助于提高設計進度和設計質量，具有顯著的社會、經濟效益、95年被列入國家級科技成果重點推廣軟件，98年榮獲國家科技進步獎。軟件由拱梁分載法的基本原理編制而成，集中三向調整法、四向調整法、五向調整法及全調整法于一體，在拱壩應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加固設計方案為案例，簡論ADAO軟件在拱壩除險加固設計中壩體應力分析和壩體體形加固方案設計中的應用。

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。根據現場實測及地勘資料，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。根據地勘報告，河床段壩基為弱風化中上部；左岸地段壩基上部為強風化中下部；右岸壩基為弱風化中下部。

2 計算參數確定

2.1 水位

上游庫水位為正常蓄水位379.6m，下游水位為365.91m。

上游庫水位為設計洪水位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

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；

淤砂內摩擦角： 18 °。

2.3 熱學參數

壩體線脹系數：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 分析計算

3.1 壩體應力計算

3.1.1 荷載組合

工況1：正常水位及相應的尾水位+設計正常溫降+自重+泥沙壓力。

工況2：正常水位及相應的尾水位+設計正常溫升+自重+泥沙壓力。

工況3：校核水位及相應的尾水位+設計正常溫升+自重+泥沙壓力。

3.1.2 應力分析

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)。計算軟件采用浙江大學水工結構研究所編制的拱壩分析與優化軟件系統ADAO。

圖1 拱梁劃分

4 加固整治方案分析

4.1 加固整治方案設計

壩體壩形過薄導致壩體應力大于規范值，針對該問題，分別列出了3中不同的壩體厚度進行比較選擇：

方案1：在壩體下游對壩體整體進行加厚處理，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壩體體形參數見表2。

表2 方案1壩體體形參數

方案2：在壩體下游對壩體整體進行加厚處理，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壩體體形參數見表3。

表3 方案2壩體體形參數

方案3：在壩體下游對壩體整體進行加厚處理，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壩體體形參數見表4。

表4 方案3壩體體形參數

續表4 方案3壩體體形參數

4.2 方案分析計算

壩體加固整治設計后，壩體材料沒有改變，外在環境因素也未發生變化，唯一變量為壩體體形參數變化，因此，加固方案壩體應力分析參數與原相同，計算工況及方法也與原相同，各方案應力分析成果見表5-7。

表5 方案1應力分析成果表

表6 方案2應力分析成果表

表7 方案3應力分析成果表

從計算成果可以看出，方案1壩體仍存在拉應力大于規范值，不符合要求，方案2、方案3均滿足規范要求，但從經濟角度考慮，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對壩體進行加固設計。

5 結 語

結合拱壩體形的設計特點，在單一因素變化的條件下，通過ADAO軟件的分析計算，可以快速的得出相應的成果，在保證壩體安全的前提下，合理的選用最為經濟節約的壩體體形設計方案，對提高拱壩的安全度和降低造價具有重要意義。