拱坝的布置讲解

第四章拱坝第一节概述一、拱坝概念拱：在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构叫拱式结构拱坝：是一个三边嵌固在基岩上的变曲率、变厚度的多次超静定空间壳体结构二、拱坝的工作原理●拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂梁的作用传给底部基岩。

它不象重力坝那样依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。

●P=Pa+Pc三、工作特点1.稳定性特点2.应力特点3.拱梁作用的自行调整①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱4.抗震性能好5.温度荷载是主要载之一6.地基变形对坝体应力影响大（2）由于拱是一推力结构，当拱坝以拱的作用为主时，坝体应力以受压为主，因此可以发挥混凝土、砖石等材料的抗压强度高的特点。

（3）拱坝是一整体的空间壳体结构，局部破坏只会导致荷载的转移和应力的重分布，而不会造成严重的失事。

因此说拱坝的安全度较高，同时基于这一原因，拱坝允许出现拉应力。

（4）厚度薄、重量轻、柔度大，抗震性好。

四、拱坝对地形地质的要求1.对地形的要求①河谷狭窄②岸坡平顺无突变③坝两端下游有足够大的岩体支撑拱坝的分类1、按高度分：高（H≥70m）、中、低（H＜30m）●2、按厚高比分：TB/H＜0.2 薄拱坝；0.2—0.35中厚拱坝；＞0.35厚拱坝或重力拱坝●3、按结构分：周边固定拱坝、周边缝拱坝、有重力墩的拱坝、空腹拱坝、铰拱坝、预应力拱坝、拱上拱拱坝、上重下拱拱坝4、按坝体曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝5、按水平拱的形式分：圆弧拱坝，二心圆拱坝；三心圆拱坝；抛物线拱坝；椭圆拱坝；对数螺旋线拱坝；双曲线拱坝。

6、按水平拱的厚度变化分：等厚拱坝；变厚拱坝五、拱坝的发展阶段1、拱坝发展阶段1.1、拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前）1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）1.3、拱坝建设的成熟阶段（1917－1960年）1.4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）世界拱坝之最：已建最高拱坝：前苏联英古力拱坝H=272m,n=2.8 T/H=0.15在建最高拱坝：中国小湾拱坝H=292m,n=2.83,T/H=0.238在设计的最高拱坝：中国锦屏拱坝H=305m ,n=1.6,T/H=0.19二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽，它的坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高240米，是中国已建成的最高坝，它的高度在世界同类型坝中居第四位。

拱坝布置的步骤图1拱坝倒悬的处理拱坝的布置无一成不变的固定程序，而是一个反复调整和修改的过程。

一般步骤如下：（1）根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，定出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图。

（2）在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱轴线的位置。

将顶拱轴线绘在透明纸上，以便在地形图上移动、调整位置，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不小于30°，并使两端夹角大致相同。

按选定的半径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。

（3）初拟拱冠梁剖面尺寸，自坝顶往下，一般选取5~10道拱圈，绘制各层拱圈平面图，布置原则与顶拱相同。

各层拱圈的圆心连线在平面上最好能对称于河谷可利用岩面的等高线，在竖直面上圆心连线应为连续光滑的曲线。

（4）切取若干铅直剖面，检查其轮廓线是否光滑连续，有无倒悬现象，确定倒悬程度。

并把各层拱圈的半径、圆心位置以及中心角分别按高程点绘，连成上、下游面圆心线和中心角线。

必要时，可修改不连续或变化急剧的部位，以求沿高程各点连线平顺光滑。

（5）进行应力计算和坝肩岩体抗滑稳定校核。

如不满足要求，应修改布置及尺寸，直至满足拱坝布置设计的总要求为止。

（6）将坝体沿拱轴线展开，绘成拱坝上游或下游展视图，显示基岩面的起伏变化，对于突变处应采取削平或填塞措施。

（7）计算坝体工程量，作为不同方案比较的依据。

图2为在地形图上布置拱坝的示意图。

图2拱坝布置示意图（a）沿拱坝基座轴线的地形横剖面图；（b）拱冠梁剖面；（c）在某高程处切出的水平拱圈1—原地面线；2—新鲜基岩边界线；3—拱坝支座的周界；4—混凝土垫座标签：拱坝布置的步骤。

第三节拱坝的布置一、拱坝断面尺寸的初步拟定当坝高已定，坝体待定的基本尺寸主要是：拱圈的平面形式及各层拱圈轴线的半径和中心角，拱冠梁上下游成的形式以及各高程的厚度。

首先要拟定的是平面拱圈的形式及其中心角、半径和厚度，以及拱冠悬臂梁的尺寸。

圆弧形拱圈的中心角、半径和厚度拱坝的水平拱圈以圆弧形最为常用。

图3-10为从拱坝任意高程取的单位高度的等截面圆拱，设拱圈的外半，拱圈中心线半径为，中心角为，在沿外弧均布水压力平衡条件可得“圆简公式”为：径为图3.10 圆弧拱圈水平拱圈的较优形态合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀，从工程力学可知，当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，其最合理的形态为圆弧拱。

但是对于拱坝来说，由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系统共同承担外荷载，且水平拱所分担的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少（图3-1c）的。

因此最经济合理的拱圈形大辩论就不一定是圆弧拱，实际采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。

铅直剖面（拱冠梁）的形式和尺寸在拱坝的轴线和拱圈平面形式确定之后，铅直剖面可以拱冠梁为代表，初步拟定其尺寸。

1、坝顶厚度坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行、交通要求，一般不应小于3m。

坝顶厚度还可按下列经验公式估算：式中H——坝高(m)L1——坝顶高程外两拱端新鲜基岩之间的直线距离（m）；R辆——顶拱轴线的半径（m），初估时可取，此时相当于顶拱中心角为113°。

在实际工程中常以顶拱外弧作为拱坝的轴线。

2、坝底厚度拱坝的坝底厚度主要取决于坝高和河谷形状。

设计时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置定出合适的尺寸。

作为拱坝优选的初始方案，坝底厚度可按下式计算：式中K——经验系数，一般可取K=35×10-4——分别为第一层及倒数第二层拱圈处两拱端新鲜基岩面之间的直线距离（m）；3、拱冠梁的形态和尺寸拱冠梁剖面的形态对拱坝的竖直曲率和自重应力有很大影响。

第四章拱坝主讲：戴全厚第一节概述一、拱坝的特点及类型拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的或向上游弯曲。

坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。

拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图6-1所示。

图6-1 拱坝平面及剖面示意图拱坝在平面上呈拱形，可由混凝土及浆砌石筑成，其荷载主要借助拱的作用传给两岸，拱内主要是压应力，这样能充分发挥材料的抗压强度，故其断面尺寸比重力坝小。

所以，拱坝具有工程量小，投资少、工期短、见效怯等优点，在小流域治理及泥石流防治中应用广泛。

近年来，我国各地修建了不少中小型拱坝，在坝型、材料、地基处理、施工等方面积累了不少经验。

高拱坝也有了很大的发展，河南省某浆砌石拱坝，坝高达95m。

小流域节拦蓄水拱浆砌石重力拱坝金沙江拱坝小流域节拦蓄水拱金沙江拱坝浆砌石重力拱坝⏹坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的反力来维持。

拱坝的坝肩是指拱坝所座落的两岸岩体部分，亦称拱座。

⏹拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁，一般它位于河谷的最大深处。

1.拱坝的结构特点（1）拱作用的结构特点拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。

拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。

对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3～2/3。

双曲砌石拱坝（2）空间整体作用的特点拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。

根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的5～11倍。

实例：意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。

拱坝的构造（一）坝体分缝、接缝处理拱坝是整体结构，不设置永久性横缝，为便于施工期间混凝土散热和降低收缩应力，防止混凝土产生裂缝，需要分段浇筑，各段之间设有收缩缝，在坝体混凝土冷却到年平均气温左右，混凝土充分收缩后再用水泥浆封堵，以保证坝的整体性。

拱坝横缝一般沿径向或接近径向布置。

对于定中心拱坝，径向布置的横缝为一铅直平面，对于变半径的拱坝，为了使横缝与半径方向一致，必然会形成一个扭曲面。

有时为了简化施工，对不太高的拱坝，也可用仅与1/2坝高处拱圈的半径方向一致的铅直面来分缝。

横缝间距一般为15~20m。

横缝上游侧应设止水片，止水的材料和做法与重力坝相同。

横缝底部缝面与地基面的夹角不得小于60O，并应尽可能正交。

缝内设铅直向的梯形键槽，以提高坝体的抗剪强度。

拱坝厚度较薄，一般可不设纵缝。

对厚度大于40m的拱坝，经分析论证，可考虑设置纵缝。

相邻坝块间的纵缝应错开，纵缝的间距约为20~40m。

为方便施工，一般采用铅直纵缝，到缝顶附近应缓转与下游坝面正交，避免浇筑块出现尖角。

纵缝内一般应设水平向键槽以提高铅直向抗剪强度，键槽形状一般为三角形，键槽的一个面应和一个主应力方向接近垂直。

收缩缝按封拱时填灌方式不同可分为窄缝和宽缝两种。

窄缝是两个相邻的坝段相互紧靠着浇筑，因混凝土收缩而自然形成的缝，缝中预埋灌浆系统（如图3-36），坝体冷却后进行接缝灌浆，混凝土拱坝一般都采用这种窄缝。

宽缝又称回填缝，是在坝段之间留的宽度，缝面设键槽，上游面设钢筋混凝土塞，然后用密实的混凝土填塞。

宽缝散热条件好，坝体冷却快，但回填混凝土冷却后又会产生新的收缩缝。

（二）坝顶坝顶宽度应根据剖面设计和满足运行、交通要求确定。

当无交通要求时，非溢流坝的顶宽一般不小于3m。

溢流坝段坝顶布置应满足泄洪、闸门启闭、设备安装、交通、检修等的要求。

（三）坝体防渗和排水拱坝上游面应采用抗渗混凝土，其厚度约为（1/10~1/15）H，H为坝面该处在水面以下的深度。

第二章拱坝第一节拱坝的特点、类型一、特点1、拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。

2、拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。

3、拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。

4、拱坝的抗震性能好。

(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。

5、拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。

6、近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。

7、温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。

但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。

因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。

二、拱坝的适用条件(一)地形条件1、理想的地形条件：河谷断面狭窄对称，山体雄厚，坝址上游较为宽阔，顺河流方向河谷逐渐变窄，呈“漏斗”状。

2、地形条件指标——河谷宽高比Ｌ/Ｈ<2.0时，薄拱坝Ｌ/Ｈ＝2.0～3.0时，中厚拱坝Ｌ/Ｈ>3.0时，厚拱坝虽然目前已认为L/H=5～7左右，拱坝仍可能有较好的经济性。

但到1990年为止，国外高于120米已建的拱坝中，L/H＞5的仅3座，L/H＞3的仅21座，说明拱坝(特别是高拱坝)应选在河谷狭窄处，中低拱坝的应力较小，L/H可放宽一些。

３、Ｕ形河谷与Ｖ形河谷的区别Ｕ形河谷大部分荷载由梁承担，坝体较厚。

Ｖ形河谷大部分荷载由拱承担，坝体较薄。

(二)地质条件理想的地质条件是：构造简单、岩体坚硬、完整、均一、有足够的强度、透水性小、抗风化能力强。

三、拱坝发展现状120m以上高拱坝中，以瑞士，美国，意大利，西班牙等国较多。

第三章拱坝第一节概述一、拱坝的特点●结构特点：拱坝是一空间壳体结构,坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。

坝体结构既有拱作用又有梁作用。

其所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。

拱坝两岸的岩体部分称作拱座或坝肩；位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁，一般位于河谷的最深处。

拱坝示意图拱坝平面及剖面图●稳定特点：拱坝的稳定性主要是依靠两岸拱端的反力作用。

●内力特点：拱结构是一种推力结构，在外荷作用下内力主要为轴向压力，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度，从而坝体厚度就越薄。

拱坝是一高次超静定结构，当坝体某一部位产生局部裂缝时，坝体的梁作用和拱作用将自行调整，坝体应力将重新分配。

所以，只要拱座稳定可靠，拱坝的超载能力是很高的。

混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5—11倍。

●性能特点：拱坝坝体轻韧，弹性较好，整体性好，故抗震性能也是很高的。

拱坝是一种安全性能较高的坝型。

●荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，其周边通常是固接于基岩上，因而温度变化和基岩变化对坝体应力的影响较显著，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。

●泄洪特点：在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流，而且可以在坝身开设大孔口泄水。

目前坝顶溢流或坝身孔口泄水的单宽流量已超过200m3/（s.m）。

●设计和施工特点：拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大，因而对筑坝材料强度、施工质量、施工技术以及施工进度等方面要求较高。

二．拱坝对地形和地质条件的要求（一）对地形的要求左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。

坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定以“厚高比”T/H来区分拱坝的厚薄程度。

当T/H<0.2时，为薄拱坝；当T/H=0.2~0.35时，为中厚拱坝；当T/H>0.35时，为厚拱坝或重力拱坝。

坝址处河谷形状特征用河谷“宽高比”L/H及河谷的断面形状两个指标来表示。

等半径拱坝拱坝平面布置形式一般有：等半径拱坝，等中心角拱坝，变半径、变中心角拱坝，双曲线拱坝的布置。

等半径拱坝水平拱圈从上到到下采用相同的外半径R U，拱坝上游坝面为铅直圆筒面，拱圈厚度随水深逐渐加厚，下游面为倾斜面，各层拱圈内外弧的圆心均位于同一条铅直线上，即为等半径拱坝[图1（a）]，又称定圆心等外径拱坝。

它适用于U形或较宽的梯形河谷，各层拱圈均能采用较大的中心角，有利于拱作用的发挥和减小坝体厚度，同时还具有结构简单、设计、施工方便，直立的上游面便于进水口或泄水孔控制设备的布置等优点，中、小型拱坝采用较多。

图1拱坝的平面布置（a）定圆心等外径拱坝；（b）双曲拱坝当需坝顶溢流时，为使泄水跌落点离坝趾较远，也可采用定圆心等内半径变外半径的布置形式，使坝的下游面为铅直圆筒，上游面为倾斜面。

标签：等半径拱坝标题：图1单根避雷针滚球法计算保护半径示意图篇名：智能建筑雷电电磁脉冲防护系统探讨说明：接闪器金属体(或者单根避雷针)在hx高度的水平面上的保护半径。

rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx)式中:rx为避雷针在hx 高度的水平面上的保护半径(m);hCJFD2001标题：图1折线法确定的避雷针保护范围2滚球法确定避雷针的保护范围篇名：折线法和滚球法确定避雷针保护范围的安全性分析说明：以单支避雷针的保护范围为例进行分析说明。

单支避雷针的保护范围如同一顶草帽,由折线构成上下两个圆锥形的保护空间[1],如图1所示。

若避雷CJFD2001标题：图2滚球法确定的避雷针保护范围3折线法与滚球法保护范围比较篇名：折线法和滚球法确定避雷针保护范围的安全性分析说明：单支避雷针的保护范围按下列方法确定[4](见图2):若避雷针高度为h,在距地面高度hr(hr为滚球半径,根据不同建筑物的防雷等级而确定,第一类防CJFD2001标题：图2“滚球法”单支避雷针的保护范围篇名：避雷针保护范围的计算方法说明：应用滚球法,避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图2。