汪德

【摘要】漿砌石拱壩由于在材料、施工、設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)越性，近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅猛，在各地中小水利工程中應(yīng)用廣泛。因此，漿砌石拱壩地基處理技術(shù)成為現(xiàn)階段具有實(shí)際意義和理論價(jià)值的重要問(wèn)題。本文分析了漿砌石拱壩的特點(diǎn)，進(jìn)而從平面布置、應(yīng)力分析和拱壩體型三個(gè)方面對(duì)漿砌石拱壩的地基設(shè)計(jì)做出了解答。

【關(guān)鍵詞】漿砌石拱壩；地基處理技術(shù)；特點(diǎn)

1、砌石拱壩的概念及特點(diǎn)

砌石壩又名烤工壩，它是由一定規(guī)格的石料經(jīng)漿砌或干砌而成的一種擋水建筑物。在平面上呈拱型，起到拱的傳力作用的砌石壩，即為砌石拱壩；漿砌的砌石拱壩，即為漿砌石拱壩。從20世紀(jì)70年代起，我國(guó)拱壩建設(shè)邁入了全新的發(fā)展階段，中小型砌石拱壩得到了迅速發(fā)展，截至80年代末，世界范圍內(nèi)共興建高度15m以上的拱壩達(dá)1592座，其中我國(guó)753座，占總數(shù)47.3 %；截至2000年年底，我國(guó)壩高15m以上的砌石壩共有2683座，其中砌石拱壩為1538座，占總數(shù)的57.3%。這些砌石拱壩工程在當(dāng)?shù)氐膰?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用。

拱壩是壩體向上游凸出，在平面上呈拱形，拱端支承于兩岸上的混凝土或漿砌石的整體結(jié)構(gòu)。作用于砌石拱壩上的荷載，大部分都由其壩體拱的作用傳遞到兩岸壩肩巖體上，小部分則通過(guò)豎向懸臂梁的作用傳至壩基。拱壩的自身調(diào)節(jié)能力非常強(qiáng)，即使在局部受力過(guò)大時(shí)，也能自行調(diào)整，只要壩肩穩(wěn)定可靠，就不致影響其整體的安全性。拱壩的穩(wěn)定性不像重力壩那樣主要依靠自重來(lái)維持，而是主要依靠?jī)砂秹渭鐜r體的反作用力來(lái)維持。一般來(lái)說(shuō)，拱的作用越強(qiáng)，壩體的厚度就越能減小，壩體體積也就越小。大壩采用現(xiàn)代技術(shù)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的歷史約近150年，在這段時(shí)期內(nèi)，實(shí)踐證明拱壩是各種擋水壩中最為安全的一種砌石拱壩除了它的安全性、經(jīng)濟(jì)性外，還存在著因地制宜、就地取材、施工簡(jiǎn)易，初期工程量小、便于改善勞動(dòng)條件，便于導(dǎo)流和度汛等諸多特點(diǎn)。

綜上所述，砌石拱壩是一種工作條件好，超載能力極強(qiáng)的壩體結(jié)構(gòu)形式，其抗震性能好、具有可靠的抵御意外洪水及涌浪翻壩的能力，而且垮壩事故率低、耐久性能好，其綜合安全性和經(jīng)濟(jì)性都非常的優(yōu)越。

2、漿砌石拱壩地基處理技術(shù)

2.1平面布置

在拱壩平面布置中，壩頂中心角的選擇直接影響到壩身應(yīng)力的分布和兩壩肩的穩(wěn)定，根據(jù)《漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：漿砌石拱壩頂部拱圈最大中心角以80度一110度為宜。拱圈中心角確定后，園弧拱冠梁斷面的選取，意味著該壩應(yīng)力情況及壩體方量的確定，在拱冠梁斷面體型的初選中，應(yīng)根據(jù)地形條件及壩高情況確定。壩頂厚度T如選擇較厚，工程量相應(yīng)增大；壩頂厚度T太薄，壩頂又易出現(xiàn)徑向裂縫，不利于穩(wěn)定。

挺南漿砌石拱壩位于浙江省蒼南縣挺南村，處在南港流域橫陽(yáng)支江的支流上， 建壩地基斷層節(jié)理不發(fā)育、巖石大部分裸露，分化不深，相對(duì)不透水層埋藏較淺， 工程規(guī)模為?。?）型，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，正常蓄水位為147m，相應(yīng)庫(kù)容800萬(wàn)立方米，校核洪水位149.88m， 壩址選在“S”型河段的直線段上，河谷呈“V”型，河谷寬高比2.38，壩區(qū)天然石料豐富，適于修建漿砌石拱壩。

以挺南漿砌石拱壩為例，由于壩址河谷不對(duì)稱且左緩右陡，左岸高程130m以上，巖石風(fēng)化程度較深，微風(fēng)化巖面出露高程較低，因此初步設(shè)計(jì)大壩平面布置偏于左岸，以減少平面布置的不對(duì)稱，但是頂拱左岸半中心角仍高達(dá)68.3度，比右岸半中心角大15度之多，致使高程130m以上的拱圓弧切線與地形交角較?。ň∮?0度），對(duì)左岸壩肩的穩(wěn)定極為不利， 這種布置使拱壩受力偏于左岸，而從兩岸下游拱座比較來(lái)看，左岸地形較平緩，拱座顯得較單薄，因此初步設(shè)計(jì)大壩平面布置明顯不合理，對(duì)本工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先從調(diào)整大壩的平面布置入手， 拱壩中心線調(diào)整到基本與河流深弘線一致的位置，即在初步設(shè)計(jì)的位置上向右岸移動(dòng)約4米，其方位為NW8.82度，頂拱圓弧半徑60米，中心角104.5度（左半中心角56度，右半中心角48.5度），高程130m以下兩岸基本對(duì)稱，以上左右岸半中心角差值大致控制在8度左右，這樣減小了平面布置上的不對(duì)稱。

2.2拱壩體型優(yōu)化

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，是使得拱壩在給定的應(yīng)力等約束條件下，通過(guò)計(jì)算分析充分發(fā)揮材料的潛力，從而得到壩體工程量最小的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的銀坪水電站攔河壩位于連山縣上帥鎮(zhèn)陳屋村委會(huì)上游2.5公里的上帥河榮昌水，壩高30米（含基礎(chǔ)3米），總庫(kù)容為28萬(wàn)立方米，工程規(guī)模屬?。ǘ┬?，主要承擔(dān)銀坪一級(jí)電站發(fā)電任務(wù)。該大壩在初步設(shè)計(jì)時(shí)為漿砌石重力壩，經(jīng)工程技術(shù)人員多方案論證，根據(jù)地形地貌的有利條件。壩型由原來(lái)的漿砌石重力壩變?yōu)楝F(xiàn)在的單曲拱壩。以下銀坪水電站漿砌石單曲拱壩為例，其砌石拱壩的體型優(yōu)化適合采用滿應(yīng)力法，該方法通過(guò)容許應(yīng)力來(lái)控制壩身各部最大應(yīng)力，并使得應(yīng)力分布均勻，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)最輕的目的。

其計(jì)算方法是：初擬壩體斷面，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算，反算新的拱圈厚度T（用公式：-N/T±6M/T2=[δ]），反復(fù)迭代，最終得出最優(yōu)拱壩體型。銀坪水電站漿砌石單曲拱壩頂寬取1.2m，底寬取5.4m，計(jì)算高度為30m，厚高比B/H=0.18，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算分析，在570高程截面拱端上游面出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，超出規(guī)范值0.979kg/Cm2。其余應(yīng)力值均符合規(guī)范要求，導(dǎo)致570m高程截面拱端拉應(yīng)力超出規(guī)范值的原因有：（1）水庫(kù)大壩左、右中心角偏大，（2）初擬壩的斷面尺寸過(guò)小。解決這一問(wèn)題方法有：A、對(duì)左壩肩進(jìn)行削坡，放緩坡度，使左右中心角減小2度；B、重新擬定壩體尺寸，進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，直到應(yīng)力值均在規(guī)范要求內(nèi)為止；C、對(duì)壩體尺寸做局部調(diào)整，使應(yīng)力值在規(guī)定范圍內(nèi)。綜上分析，對(duì)左、右壩肩削坡，工程量太大，且易破壞巖石完整性，不易采納；重新擬定尺寸，必將使大壩斷面尺寸增大，壩體工程將增大，不經(jīng)濟(jì)，也不予采納；對(duì)壩體局部尺寸存進(jìn)行調(diào)整，使超出部位值在規(guī)范以內(nèi)，從而優(yōu)化壩體設(shè)計(jì)，使之既經(jīng)濟(jì)，又安全，采用此種方法較宜。銀坪日調(diào)節(jié)水庫(kù)大壩應(yīng)力只有局部一處超出允許應(yīng)力0.979kg/Cm'，鑒于此情況，最后在570m高程截面上1米處，上游坡做成直立壁，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算（用公式：（-N/T±6M/T2=[δ]），在570高程截面左、右半角拱端最大拉應(yīng)力6=1Okg/Cm。，符合規(guī)范要求，從而達(dá)到了大壩優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，使水庫(kù)大壩穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可行。

3、結(jié)束語(yǔ)

漿砌石拱壩地基處理技術(shù)的應(yīng)用，在我國(guó)的水利提防工程中發(fā)揮了重要的作用，有效的抵御了洪水的侵襲，對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。在漿砌石拱壩地基處理技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，需要不斷的提升施工技術(shù)，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，提升施工人員的質(zhì)量意識(shí)，保證工程的質(zhì)量，為我國(guó)水利工程事業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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