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大坂水库位于漳平市永福镇新安溪中游，是一座以发电为主，结合灌溉的综合利用中型水利工程。坝址控制流域面积93km2，水库总库容1462万m3，兴利库容1120万m3，死库容130万m3。水库正常蓄水位518.00m，P=2%设计洪水位520.95m，P=0.2%校核洪水位522.26m。大坝为100#浆砌块石单心圆双曲拱坝，最大坝高62.4m。 WWW.CADWATER.COM
坝址两岸基岩裸露，出露岩性主要为燕山早期的黑云母花岗岩，次为喜山期的石英斑岩。坝址区主要存在一条陡倾角F2断层和一条f1裂隙性断层。
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图1 拱坝裂缝位置示意图 WWW.CADWATER.COM
2 大坝应力复核
坝体采用100#细石砼砌块石，上、下游坝面为100#水泥砂浆浆砌毛条石并深勾缝，施工时中上部坝面采用150#砼预制块取代条石。坝体基础采用0.5m厚150#砼垫层。砌石坝体不分缝。坝顶外缘弧长128.22m。中间溢流段外缘弧长50.19m。双曲拱坝基本尺寸见表1。
表1 拱坝基本尺寸表 WWW.CADWATER.COM
| 高程(m) |
拱圈厚度(m) |
上游坐标(m) |
拱圈内半径(m) |
左中心角(度) |
右中心角(度) |
| 522.4 |
2.600 |
0 |
64.505 |
59.4 |
50.1 |
| 518.0 |
3.700 |
0 |
63.405 |
59.2 |
49.8 |
| 512.2 WWW.CADWATER.COM |
4.060 |
1.740 |
58.115 |
56.7 |
47.8 |
| 506.4 |
4.321 |
3.306 |
51.854 |
53.6 |
46.4 |
| 500.6 |
4.813 |
4.698 |
43.961 |
51.1 |
45.9 |
| 494.8 |
5.573 |
5.916 |
35.964 WWW.CADWATER.COM |
48.6 |
45.4 |
| 489.0 |
6.305 |
6.670 |
29.654 |
45.2 |
45.8 |
| 483.2 |
7.181 |
7.134 |
25.112 |
44.5 |
44.5 |
| 477.4 |
8.209 |
7.308 |
21.574 |
42.5 |
42.5 |
| 471.6 CADWATER.COM |
9.346 |
7.134 |
18.869 |
41.0 |
41.0 |
| 460.0 |
12.000 |
5.684 |
9.800 |
38.0 |
38.0 |
应力复核考虑的荷载组合为： WWW.CADWATER.COM
①基本荷载组合：正常蓄水位压力+淤沙压力+自重+均匀温降；
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②基本荷载组合：死水位水压力+淤沙压力+自重+均匀温升； WWW.CADWATER.COM
③特殊荷载组合：校核洪水位水压力+淤砂压力+自重+均匀温升；
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④特殊荷载组合：死水位水压力+淤沙压力+自重+均匀温降。
封拱温度取多年平均气温20.3℃，气温年升幅7.7℃，年降幅9.7℃。应力分析采用全调整的改进多拱梁分载法软件计算，主应力计算成果汇总表见表2。典型应力等值线图见图2。 CADWATER.COM
主应力计算成果汇总表 CADWATER.COM
表2单位：MPa
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| 计算工况 |
上游坝面最大主拉应力 |
上游坝面最大主压应力 |
下游坝面最大主拉应力 |
下游坝面最大主压应力 |
| 工况① |
-1.11[ 6R 0C] |
2.35[ 6R 0C] |
-0.77[ 9R 0C] |
3.79[ 7R -5C] |
| 工况② |
-0.52[ 6R 0C] |
1.73[ 6R -6C] |
-0.94[ 5R -7C] |
1.54[ 7R 0C] |
| 工况③ CADWATER.COM |
-1.15[ 9R -3C] |
1.99[ 5R 0C] |
-0.27[ 3R -9C] |
4.17[ 7R -5C] |
| 工况④ |
-1.67[ 1R 11C] |
1.46[11R 1C] |
-0.92[ 2R 10C] |
1.37[ 7R 0C] |
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图2 工况④上游面第一主应力等值线图 WWW.CADWATER.COM
3 裂缝成因分析 WWW.CADWATER.COM
大坂水库拱坝是固接于基岩的整体结构，坝身不设永久性伸缩缝。由应力复核成果及大坝没有水平裂缝的迹象表明，本工程不是因为拱坝超载而开裂。通过对拱座基岩的详细勘察及大坝位移观测，未发现基岩有移动和变形迹象，可以排除本工程拱坝裂缝是由于拱座失稳或基岩不均匀沉陷引起的。1#裂缝的发展方向为规则的垂直方向，裂缝经过处灰缝及坝面石均开裂，据此可基本排除开裂是因坝体施工质量引起的。
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由于1#裂缝产生的时间是冬季枯水期，结合应力计算成果可以基本断定开裂原因是由温度应力造成的。由于大坝上部施工时段为6月～9月，实际封拱平均气温达26.8℃，冬季气温骤降后，温降幅度远比计算值9.7℃大，因此实际温降应力比理论分析值更大。若根据施工实际气温情况来确定封拱温度，对死水位遇温降工况再进行应力计算，计算结果左岸上游坝顶拱端拉应力高达2.37MPa，已大大超过材料抗拉极限。其坝体应力等值线图见图3。 WWW.CADWATER.COM
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图3 按实际封拱温度计算的上游坝面第一主应力等值线图 WWW.CADWATER.COM
理论分析温度应力最大值位于拱端，而1#裂缝并不在拱端出现，而距拱端有一定距离，这是因为拱端处基岩会产生变形，使应力松驰；同时，在水压等各种荷载迭加的条件下，实际拉应力最大值并不一定发生在拱端。坝顶拱厚最小，温降荷载则最大，当超限拉应力出现后，沿拱轴产生的拉力使拱圈自顶向底径向开裂。另外，砌石拱坝灰缝较多，建成后不可避免地有一个干缩过程。梯形河谷底面与斜坡的交叉点处，是干缩量由大变小的界线，其作用类似不均匀沉陷。由于坝址左岸489m高程以下坝基较陡，坡度达60°～70°，左岸上部相对较缓，坡度约45°～50°，坝基岸坡有突变现象。岸坡的突变使得砌缝干缩量产生较大差异，结果必然在顶部相当于它们之间界面的投影位置处，比较容易形成裂缝。这就是温降造成的1#竖直裂缝，其位置接近于左岸下部岸坡变化点的原因。
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4结论及裂缝修补措施
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根据上述裂缝成因分析，导致本工程拱坝开裂的主要原因是水库低水位时的气温骤降，因温度应力超负荷引起的。由于砌石拱坝一般不设结构缝，多采用均匀上升、层层封拱的施工方法，设计计算考虑的封拱温度一般低于多年平均值，而夏季施工时，混凝土的入仓温度及封拱温度较难控制，造成实际温降应力大大高于计算值。许多经历夏季施工的砌石拱坝在第一个冬季后就有不同程度的开裂。 WWW.CADWATER.COM
本工程拱坝出现较大拉应力主要出现在水库水位较低时，拉应力较大区域也主要分布在大坝上部两岸拱端，一般不致引起较大渗漏。当库水位较高时，在外荷作用下，拱的内力以压为主，有的小裂缝还会在水压力作用下会自行闭合。坝体开裂后形成的二次拱，也会阻止裂缝的发展。因此单纯由温度应力造成的裂缝危害性并不大。 CADWATER.COM
本工程1#裂缝规模较大，且已形成通缝，为防止拱坝应力重分配后出现局部应力恶化，出现新的裂缝，必须对1#裂缝进行必要的修补。修补时间应在冬季气温较低时进行，否则冬季仍有可能会拉裂张开。
修补方法借鉴安徽清风岩水电站拱坝裂缝修补的成功经验，采用先补后灌的施工方法。通过防渗，防止裂缝因射水而扩张；通过内部补强灌浆，恢复拱坝拱向承载条件。具体方法简述如下：先沿裂缝开槽，在开好的槽上骑缝布设灌浆管，间隔1.0m～1.5m左右。在上游面裂缝中嵌入GBW遇水膨胀橡胶止水条，再用聚合物柔性砂浆将槽封闭，下游槽埋设灌浆管后，直接用聚合物柔性砂浆封槽。封槽后2～3天，对裂缝进行灌浆处理。灌浆水泥浆液中掺入适量微膨胀剂，使浆液在硬化过程中产生微膨胀以补偿水泥的收缩效应，提高与被灌体的粘结抗渗性，从而恢复坝体的整体性。灌浆压力为0.2MPa。灌浆顺序为：先上游缝后下游缝，自下而上施灌。
2002年底，大坂水库管理处对坝面裂缝进行灌浆处理后，水库蓄水位开始回升，水库重新发挥了效益。
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