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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

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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:A

1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
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[1],在1988年
出版的大坝统计中,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
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[2]。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15m的大坝的318座溃坝事例中,拱坝仅为6座,说明
拱坝的安全性是比较好的[3,4]。
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)
在California州的Fresno附近修建了高18m、厚仅061m的StevensonCreek试验性薄拱坝[5,6],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
发展到什么程度才不致影响安全,都还不清楚[2,7]。
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)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:[e-mail]

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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。
(1)俄罗斯萨扬舒申斯克(SayanoShushenskaya)拱坝[6,7]。萨扬舒申斯克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