复杂地质条件下东庄特高拱坝坝趾加固措施研究

聂章博 杨军义 王惠芹

摘 要：特高拱坝的起裂、屈服和失稳破坏等主要来源于拱坝坝踵和坝趾等应力集中区域，尤其是坝趾处可能发生压剪损伤，该部位岩体稳定和基础加固决定着拱坝的安全度。基于东庄水利枢纽工程特高拱坝，结合基于变形加固理论的三维弹塑性有限元整体变形分析成果与地质力学模型试验成果，提出了东庄水利枢纽工程特高拱坝坝趾加固设计方案。

关键词：复杂地质；变形加固；拱坝坝趾；加固措施

中图分类号：ＴＶ２２３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．０２５

引用格式：聂章博，杨军义，王惠芹．复杂地质条件下东庄特高拱坝坝趾加固措施研究［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（５）：１５３－１５７．

拱坝因其超载能力强、工程量较同等规模的重力坝小，已经被越来越多的大型水利工程所采用。我国西部已建造或正在建造的特高拱坝有二滩、小湾、构皮滩、溪洛渡、白鹤滩、拉西瓦、乌东德、东庄等。拱坝对坝址区地形地质条件要求较高，拱坝坝肩岩体稳定性是拱坝安全的首要问题。特高拱坝承受的水荷载巨大，坝址区岩体地质条件复杂，拱端下游坝趾区受荷载作用应力梯度较大，压应力与剪应力叠加，局部集中应力可能超过岩体的强度，发生压剪损伤破坏，因此对拱坝坝趾基础岩体进行必要的加固处理，保证拱坝运行期正常工作状态是混凝土拱坝工程设计的重难点。杨强等［１－２］ 提出了变形加固理论，建立了高拱坝超载系数与塑性余能的关系曲线，提出了高拱坝整体稳定性评价和坝基结构加固的理论架构，并将该理论应用于小湾特高拱坝的坝趾区锚索加固设计［３］ 。程立［４］ 将特高拱坝变形的关键问题统一到不平衡力框架中，将不平衡力、塑性余能范数分别作为结构局部和整体的损伤开裂评价指标，提出了特高拱坝稳定与控制的典型特征。唐忠敏等［５］ 针对锦屏一级高拱坝研究设计了坝趾加固方案，监测资料表明大坝工作状态良好，坝趾加固措施合理有效。赵艳等［６］ 基于变形加固理论进行溪洛渡特高拱坝坝趾区锚索加固设计。官福海等［７］ 对白鹤滩拱坝坝趾基础进行锚固设计。

笔者针对东庄水利枢纽工程，研究特高拱坝坝趾基础破坏和加固机理，结合拱坝三维非线性有限元数值分析及地质力学模型试验成果，分析正常工况下拱坝位移应力分布情况以及超载下拱坝坝基屈服区、基础余能范数和开裂破坏过程，确定东庄拱坝超载安全度和相应的不平衡力，进行拱坝坝趾区基础加固设计。

１ 概述

１．１ 工程概况

东庄水利枢纽工程位于陕西省泾河下游峡谷出口以上河段，是渭河下游河防工程体系中不可缺少的重要骨干工程，是黄河水沙调控体系的重要支流水库。东庄水利枢纽工程的开发任务以防洪减淤为主，兼顾供水、发电和改善生态环境等综合利用。东庄水利枢纽工程属于Ⅰ等大（１）型工程，枢纽建筑物包括混凝土双曲拱坝、坝身排沙泄洪孔、水垫塘及二道坝、左岸边发电、排沙及供水联合进水口、发电引水洞、地下厂房和库区防渗工程等，总库容３２．７６ 亿ｍ３，电站装机规模１１０ ＭＷ。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，坝顶高程８０４ ｍ，最大坝高２３０ ｍ，正常蓄水位７８９ ｍ 下坝体承受总水推力约５ ４５０ ＭＮ。东庄水库建成后，与堤防工程相结合，通过水库蓄洪削峰运用或蓄洪错峰运用，将泾河下游防洪标准从１０ ａ 一遇提高至２０ ａ 一遇，将泾河来水为主和泾渭河同时来水的１００ ａ 一遇洪水削减至５０ ａ 一遇以下，确保渭河下游干流大堤保护区防洪安全，同时减少渭河和黄河泥沙淤积。