第二章 拱 坝

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1、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

2、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/

3、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。目前最高的俄"英古里"拱坝

4、，H=272m，L/H=2.8，T/H=0.33地震烈度(设计)为9度；意大利拱坝建的较多，设计大胆轻巧，高而薄。最薄的拱坝法国的托拉，H=80m，底厚T=2m，T/H=0.023我国较薄的拱坝有广东泉水，H=80m，T/H=0.11。世界上高于100米的大坝中，土石坝占1/2，拱坝1/3，重力坝1/5；但在200m以上的高坝中，拱坝超过50％，居各类坝型之首。高实上坝越高，拱坝的经济性和安全性愈显著。四、拱坝设计步骤1、选择拱坝的体型(拱轴形式、单或双曲)2、拟定坝体基本尺寸3、进行平面布置及悬臂梁切片检查4、应力计算5、稳定计算6、坝体的细部构造设计

5、按垦务局拱冠梁剖面，拱坝的体积V可按下式估算:V=V1+V2V1=0.000177H2L2(H+0.8L1)2/(L1+L2)V2=0.0108HL1(H+1.1L1)V1，V2为顶拱及坝底以上0.15H处开挖后河谷宽。第二节　拱坝的布置一、拱坝的体型1、按坝高仍分为低、中、高坝(与重力坝、土石坝分法一致)H<30，30～70，H≥70cm。2、按坝体曲率分：单拱或双曲拱坝。3、按水平拱圈形状分：圆弧拱：三圆心拱、抛物线拱、椭圆拱、对数螺旋。4、按厚高比分：Ｔ/Ｈ<0.2，薄拱坝Ｔ/Ｈ＝0.2～0.35，中厚拱坝Ｔ/Ｈ>0.35，厚拱坝５、按坝体结构型式

6、分：一般拱坝、周边缝拱坝、底缝拱坝等６、按水平拱圈的厚度变化分：等厚拱坝和变厚拱坝。二、拱圈形状及参数拟定(一)拱圈形状选择由地形和地质条件确定。(二)圆拱形状参数拟定：中心2ψA，半径Ｒ，拱圈厚度ＴＴ＝ＰＲ/[σ]＝ＰＬ/(2[σ]sinψA)１、拱坝中心角的选取(1)、应力条件跨度L=2RsinψA拱圈厚T=PR/(σ)圆筒公式将L=2RsinψA代入上式R得:(由90－ψA<30°得中心角2ψA<120°)T=PL/2(σ)sinψA使圆弧拱圈体积V=2ψART最小，得最经济中心角2ψA=133°34'以上是仅考虑应力条件导出的结果。注：圆筒公式中

7、的允许应力只能取较小值，砼(σ)=2.5～3.5Mpa，浆砌石拱坝上式中，(σ)仅取2～2.5Mpa，(σ)为拱厚T上的平均应力。(2)、稳定条件过大的中心角将使拱端推力趋向下游，对稳定不利。一般要求拱轴线两端的切线与可利用基岩等高线的夹角大于30°～35°，最好大于40°，即当基岩等高线与河流平行时，2ψA不宜大于110°～120°，最好不大于100°对于下游收缩的漏斗形地形，可选用略大一些的中心角。过大的中心角还会增大坝肩的开挖量。多数拱坝，顶拱中心角2ψA=90°～110°，底拱(倒数第二层或0.15H处)中心角2ψA=50°～80°，其余拱圈介于

8、二者之间。近代大型拱坝更多采用变曲率，偏平化，变厚度的拱圈，顶拱中心角75°～9