簡介
梅山連拱壩(MeishanMultipleArchDam)位於中國淮河支流史河上游安徽省金寨縣境內，北距史河入淮口130km，是一座以防洪、灌溉為主，兼有發電等綜合效益的大型水利水電工程。1954年3月動工，1956年1月連拱壩主體工程基本竣工，1958年水庫開始蓄水。水庫為多年調節，防洪庫容10.65億m3，設計灌溉面積25.53萬hm2，裝機容量4×1萬kW。
梅山連拱壩梅山連拱壩為鋼筋混凝土結構，最大壩高88.24m，壩頂高程140.17m，防浪牆頂高程141.27m。連拱壩由15個垛和16個拱組成，軸線長311.5m。拱圈採用180°中心角的半圓拱，底拱圈厚2.3m，頂拱圈厚0.6m，內半徑為6.75m。垛採用兩側垛牆與上、下游面板和垛內隔牆組成的空腹雙支墩結構，河床壩垛3號～13號垛上游面板寬6.5m，左岸1號、2號垛及右岸14號、15號垛上游面板寬6.Om，下游面板寬度隨壩高增加相應增大。垛上游坡度為1:0.9，下游坡度為1:0.35。連拱壩左右兩端各接一段重力壩和空心重力壩，壩軸線總長443.5m。樞紐建築物還包括右岸開敞式溢洪道、右岸泄洪隧洞。9號拱泄水底孔和壩後式電站廠房。
梅山連拱壩蓄水初期曾發生運行事故。1962年9月28日水庫蓄水至竣工後最高水位125.56m，高水位持續至11月6日凌晨時，右岸壩肩基岩裂隙突然大量漏水，實測漏水總量達70L/s，14號垛基一個未封堵的固結灌漿孔向外噴水，測得壓力水頭達31m，相當於庫水位對該處水頭的82%。右岸壩頂及拱、垛多處出現裂縫，其中15號拱冠內側產生裂縫由拱頂延伸而下長達28m，最大縫寬6.6mm。經放空水庫檢查，發現右岸13號垛至16號拱台前緣基岩接觸面附近長達100餘m，寬約30m～80m範圍的基岩局部滑動和張裂。後採取壩基固結與帷幕灌漿，增設右岸壩垛重力墩、支撐牆、基岩預應力錨固和壩後排水設施等一系列工程措施修復加固。1969年和1991年兩次大洪水及40年運行考驗，大壩運行正常。1991年～1992年梅山連拱壩進行首次安全定期檢查，確認符合現行規範，評定為正常壩。
工程概況
梅山水庫是一座以防洪、灌溉為主，結合發電、航運及水產養殖等綜合利用的大型水利樞紐工程。工程位於淮河支流史河上游的安徽金寨縣境內。水庫樞紐工程由攔河大壩、溢洪道、泄洪洞、放水底孔、發電站等建築物組成。水庫總庫容22.64億m3，電站總裝機容量40MW。工程於1954年動工，1958年初開始蓄水運行，1962年11月，右岸壩基發生基岩錯動大面積漏水事故，於1963年放空水庫，對大壩和壩基實施加固處理，1966年5月加固結束，再次蓄水運至今。2002年4月，有關單位對該工程進行了安全鑑定，認為大壩抗震性能不滿足安全運行要求；大壩裂縫嚴重；兩壩肩的防滲性能存在不足，對大壩穩定不利；……；存在嚴重安全隱患。鑑定結論為三類壩。攔河大壩壩型為連拱壩，屬支墩壩類型，由15個支墩（垛）和16個拱組成（編號由左岸至右岸），最大壩高88.24m。壩址兩岸地形具明顯差異。左岸為凸岸，山體寬厚，壩肩上下游工程穩定安全範圍區內無沖溝深切，4#支墩至1#支墩之間平均地形坡度35°，壩頂高程以上地形較為平緩。右岸為河流沖刷岸，右壩肩岸坡較陡，上下游受沖溝鋟蝕，形成臨空面。
壩基岩體為單一岩性的燕山期細粒花崗岩，呈岩株狀產出，邊緣與變質岩的接觸帶在右岸溢洪道附近，混熔接觸。花崗岩體中發育三組原生冷凝節理，受後期多次構造作用，進一步發展為斷層、剪節理或裂隙密集帶。裂隙發育於各個方向均有存在，對工程穩定性影響較大的是與兩岸岸坡交角較小的裂隙，有傾向兩岸山內的，也有傾向河床的。右岸岩體更靠近與變質岩的混熔接觸區，裂隙較左岸更為發育。
壩基岩體錯動裂隙滲水事故
1962年出險事故發生在右壩肩基岩裂隙突然大面積漏水，同時右岸各拱、垛位移增大，垛基上抬，拱、垛由於變形產生大量裂縫。1963年放空水庫進行加固處理，主要措施為補強上游防滲帷幕，加強壩基固結灌漿，增加壩基排水孔，部份拱、垛空腔內填築混凝土重力墩或澆築支撐混凝土，增加垛基預應力錨索，壩身較大裂縫補縫，上游基岩裂隙灌漿等。1972年和1985年，分別對左岸4#和5#拱垛基進行了灌漿止漏處理。1994年～1997年，對兩岸帷幕進行了帷幕補強。出險事故與壩基地質條件有關。地質分析認為，右岸建壩時清基不徹底，拱垛局部處在弱風化岩體上；壩垛存在兩面臨空（下游、河床），岸坡較陡，垛間無橫向隔牆支撐，岩體具有滑動空間；岸坡NNE和EW向裂隙發育，且透水性好，帷幕未完全封閉透水性裂隙，岸坡及壩基無有效排水設施，在持續高水位作用下，庫水位通過裂隙入滲，使陡傾裂隙面上的側向滲透壓力以及危險滑動面上的揚壓力增大，當滑動力大於抗滑力後，引起事故發生。
左岸2#垛基右側岸坡較陡，垛基緩傾角裂隙分布面積較大，存在地質滑動條件，後期進行了重力墩和預應力錨索加固，改變了穩定條件。
大壩結構穩定性
實體重力壩的縱向（壩軸線方向）剛度遠遠大於橫向剛度（垂直壩軸線方向），而支墩壩、空腹壩這一類壩型，與實體重力壩相差甚遠。從梅山大壩整體受力條件看，屬於大截面重力壩類型（上游壩坡1∶0.9，下游壩坡1∶0.35），較實體重力壩（n=0～0.3；m=0.6～0.85）的橫剖面要“肥”；承受水荷載水平推力的能力是好的。梅山大壩的壩體結構為輕型框架式，上游壩面是溥殼連拱，因此又不同於實體剛性重力壩。此類壩型與實體重力壩相比較，總體上適應變形的能力要強一些（柔性大一些）。另一方面，承受拱推力的支墩（垛墩）又是空腹框架結構，拱與支墩之間為剛性聯接。如此結構使得組成大壩的每一個構件以及構件之間又都是剛性的。這裡存在的疑問是，大壩與地質體之間的連線是什麼性質的？
梅山連拱壩大壩支墩是將大壩承受的所有外荷載傳遞給壩基的惟一結構體，支墩的空間幾何形態是一個有一定厚度的三角形平板，常識告訴我們，此類平板構件的剛度和穩定性將主要取決於該結構與其他結構的聯接型式。可以認為，支教在大壩橫剖面方向（平行水流）上，其剛度和穩定性是好的，而在大壩縱軸線方向上，顯然不如前者。以此分析，我們就可以把大壩的結構穩定性的溥弱環節定位在大壩縱軸線方向的支墩穩定性問題上。
支墩構件的上部與拱相連線，下部與地基連線，根據結構的力學簡化原則，可以將支墩在平行壩軸線方向上看成為桿件，桿件與地基的連線應為固定支座、固定鉸支座和可動鉸支座這三種型式中的一種。從壩肩剖面圖上分析，支墩與地基之間的連線是可以轉動的，同時還具有向河床方向的移動空間（地質體中有傾向河床方向的不利結構面，支墩與地基的接觸面在水平方向由磨擦力提供約束），其連線型式應為既可以轉動又可以移動的“可動鉸支座”。這樣一來，整個大壩的結構就成為上游壩坡面與各支墩之間為剛性約束，而各支墩與壩基地質體之間為可動鉸支座連線，大壩在壩軸線方向上是一個幾何可變體，顯然存在重大不穩定隱患，相當於我們腳下穿著滾軸冰鞋，你只要不是溜冰高手，其安全感將是您永遠放心不下的最大擔憂。
綜上分析，筆者認為本工程事故的原因除了勘測設計單位分析的原因之外，最為本質的原因是由於大壩結構在縱軸線方向上存在構造缺陷，支墩桿件在底部沒有其他桿件互相連線，地質體對支墩除了垂直反力約束之外不能充分地提供其他自由度方向上的有效約束，致使大壩在縱軸線方向上成為幾何可變體，至少也是一個幾何瞬變體系，為大壩留下了結構穩定性的重大缺陷。由於突發性未知荷載的一觸即發，導致結構局部突然位移，拉開地基岩體，高壓水流乘虛而入，事故終於不可避免地展示在我們的面前。Oakley Sunglasses
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大壩支墩結構加固措施
目前的大壩支墩結構型式，部分拱、垛空腔內已經在前期加固時填築了混凝土重力墩或澆築了支撐混凝土，增加了垛基預應力錨索，實際上的右壩肩部分支墩與地基的連線型式已經從可動鉸支座轉化為固定支座型式，從而保證了右壩肩在出事加固後數十年來的運行穩定，可見此類加固措施是可行的。左壩肩大壩支墩與地基的連線是可動鉸支座型式，是本工程的最大隱患。參照右壩肩加固型式應該也是可行的，或者說是必要的。兩岸對稱加固，結構型式相同，剛度一致，有利於大壩受力條件的平衡協調，這也是筆者的建議加固型式。
要將河床部位的支墩與地基的連線型式加固成固定支座，只有填築大體積混凝土，技術難度不大但工程量較大，是否必要還可以商榷。筆者認較為可取的是加固成固定鉸支座的型式。原則上講，所有支墩與地基的接觸都應考慮圖4a這種型式，其優點是既可以保證結構的穩定性，又不是剛性約束，適應變形的能力更好一些。換句話說，我們只要將所有支墩與地基的連線型式加固為固定鉸支座型式，就完全可以將大壩在壩軸線方向上從幾何可變體轉化為幾何不變體，大壩整體結構就是穩定的。但右岸早已按固定支座加固，為了使結構對稱，確保受力平衡，因此本文建議左岸加固型式同右岸。而對於河床部位，則完全可以另行考慮。如果建壩時對支墩沒有考慮固定支座的結構措施，則按圖4c型式加固反而不利，因為固定支座將產生轉動約束，使得支墩在底部附近產生較大彎矩，此類能夠迴避的問題儘可能地迴避是可取的。
至此，結構加固方案已見雛形，只要將河床部位的支墩以橫桿、斜桿這種連桿相連線就可以了。增加的橫桿和斜桿可以是鋼架、鋼筋混凝土橫樑等，設計師們有的是辦法，在此就不再多賣弄了。
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