瑞士Les Toules拱坝加固技术.pdf

[摘要]全面介绍了瑞士Les Toules拱坝的加固情况。该拱坝为高86m的双曲拱坝，拱坝体形较一般拱坝更为修长。自1964年大坝首次蓄水以来，通过连续监测和观测，发现了一些大坝在长期运行过程中的问题。2003年，负责瑞士大坝安全的瑞士联邦能源办公室(SOE)出台了抗震相关规范的升级本，要求大坝的业主重新对结构的安全性进行评估。在这种情况下，启动了Les Toules拱坝的加固项目，开展了对老坝结构和运行性状的综合研究。经过对老坝的静力和动力分析，对各种加固方案进行比选，最终的解决方案为在下游处对坝肩进行一种独特的加固、将悬臂梁超负荷的荷载转移到加厚的拱上、在垂直缝上设置剪力键、局部地基处理和其他一些辅助的修复工程。[关键词]加固；拱坝；温度控制；灌浆；监测

内容摘抄：

1工程概况
瑞士的Les Toules拱坝建于1960一1964年，是1958年在建成的单曲拱坝（见图1）基础上加高而成的。大坝高86m,坝顶长460m。混凝土体积为235000m。坝顶：坝高=5.35，比一般双曲拱坝要大很多。这个坝的设计比较独特，体形修长，向下游的垂直曲率比较大而且没有设置剪力键。加高的混凝土坝(1964年)与混凝土老坝(1958年)接触处采用的是压浆混凝土接合面（见图2）。

2工程加固原因
2.1压浆混凝土接合面渗漏
压浆混凝土接合面是在水库蓄水前向缝面预填的卵碎石内灌浆而成。由于该接合面出现了渗漏而且在大坝上游面也出现了一些水平裂缝，于是对该接合面处采取了补救性灌浆，但在廊道上可以观察到，虽然该措施能够减少渗漏量，但却不能完全切断渗漏通道。自1993年来，在该处埋设的应变计监测到此接合面以每年0.05mm的速率不断张开，从而证明这个接合面并不能很好的工作。在水库水位提高的情况下，渗漏量随之增大，裂缝不断扩张。由于以上原因，并考虑到接合面状况的不断
劣化，因此必须对该坝进行彻底修复加固，以保证其长期的安全性。

2.2下游面局部产生永久位移
坝基是由片麻岩和云母岩交替构成，从而形成了与山谷平行的交替的垂直条纹。片麻岩力学性能良好而且比云母岩硬，因此大坝是建在了一系列性能和刚度交替变化的基岩上的。左岸大坝的第5~7坝段，从首次蓄水开始运行以来，就出现了永久性的小位移。在过去的30多年中发生的位移达到4mm。局部的稳定性分析表明，在静力条件下，安全系数勉强能满足要求，但在地震中，安全系数会大幅度下降。裂缝随时间不断发展，结合稳定性分析得出，必须在特定的位置采取修补措施的结论。

3拱坝加固设计研究
3.1老坝的静力分析和动力分析
在进行详细的分析之前，根据混凝土的测试和测量结果，有限元模型的校准必须符合大坝的静力和动力运行性状。
根据Stucky-Derron建议的瞬态热分析法来模拟静力校准，这种方法要求在不同部位、不同的混凝土力学性能区和不同的基岩处设置3个铅垂线。大坝的压浆混凝土接合面运行性状的研究分为两个阶段：①接合面完全打开阶段；②接合面完全接触阶段，即整体坝块阶段。
在自然频率和模态的基础上进行大坝的动力校准，通过大坝的振动试验得到自然频率和模态。通过这种方法可以推断出大坝混凝土的动态模量和施工缝的运行性状，从而可以进行大坝时程的动力分析。对老坝进行静力和动力分析应该符合SFOE建议的结构安全性。

3.2加固的替代研究
对老坝进行分析确定了不同的关键项目，为改进这些项目，需要在一个广泛的替代研究框架下设想和探讨一些解决方案：增厚坝段（上游、下游、止推座)；增加支墩；增设抗震带；采用预应力锚加固。甚至要考虑不受大坝影响的解决方案：降低最大操作水平；在老坝的下游新建一个大坝。最终选择方案是：对两岸两侧进行加固（增厚坝肩)，配合拱中部的剪切柱来加固坝的下游面。这样虽然需要修改发电的操作规程，但却能够在进行加固工程的同时继续发电。

4加固方案选定
图3所示是大坝的下游面和老坝及加固后大坝的横截面。为满足抗震要求，对左右岸的坝肩进行加厚，可以将悬臂梁上超载的荷载转移到加厚的拱上。坝肩加厚以后，要在新老结构接合处设计出廊道。在施工过程中，廊道作为通道可以实现混凝土的后冷却、大坝收缩缝的灌浆和基岩的处理（固结灌浆和排水)。完成加固后，在运行过程中，通过这些廊道可以到达监测设备。用高压旋转水流(2500bar,1bar=l03Pa)处理新老结构的边界，并将直径为25mm的钢筋锚杆灌入到老坝中。当接触面宽度为3m时，钢筋锚杆的灌入密度为4根/m,其他情况下的灌入密度均为1根/m2。

为达到抗震目的，在老坝的下游面增加两处3万m3的混凝土结构后，要沿第8~17坝段，将中间的悬臂梁固定在一起，这样就能够防止在地震中每个坝段的独立移动。为达到这个目的，还需要设计9个剪力柱，为能很好的工作，必须将它们严格对齐和居中，并且要用钢筋混凝土浇制。这些剪力柱直径为700mm,钻入到老坝中16m深。在左岸的第5，6,7坝段处，也就是最薄弱的地层（云母岩）处，老坝的坝肩稳定性分析显示，坝基太浅，没有嵌人岩体足够的深度。为满足设计要求，坝基需要加深10m(见图3d),要穿过薄弱的云母岩，嵌入到相邻的片麻岩中。

（略）

投稿会员：巧克力布丁