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同学们好

本节课我们学习拱坝的材料与构造

材料方面

主要分常态混凝土、碾压混凝土、浆砌石三类

其中

常态混凝土由于技术相对成熟

研究较为深入

且积累了较多的工程经验

是目前超高拱坝的主流坝型

比如美国221m高的胡佛拱坝

俄罗斯245m高的萨扬拱坝（245m）

以及国内240m高的二滩

292m的小湾

285.5m高的溪洛渡

277m高的白鹤滩

以及270m高的乌东德

都采用常态混凝土建造

近年来国内建设的这些高拱坝工程

在混凝土材料性能、温控、应力

和变形控制、施工建造等方面

都取得了大量创新性的研究和实践成果

使我国拱坝建设水平迈上一个新台阶

碾压混凝土是近年来发展较为

迅速的一种混凝土施工方式

如图所示

与碾压混凝土重力坝类似

混凝土可通仓碾压

快速施工

且温控相对容易

已成为150m以下拱坝的主流的筑坝施工方式

目前

国内已建成75m高的普定

132m高的沙牌

以及109m石门子等碾压混凝土拱坝

对于超高碾压混凝土拱坝的建设

仍有较多问题尚待解决

主要在于碾压施工引起的材料分层性

及长期稳定性问题等

还需要开展进一步的研究和实践工作

第3种是如图所示的浆砌石拱坝

用浆砌石筑坝

水泥用量少

温度应力小

一般不需要分缝

但难以实现机械化施工

施工速度较慢

坝体的倒悬度也不能太大

而且浆砌石材料的防渗性能弱于混凝土

一般需另设防渗体

所以一般适用于中小拱坝

构造方面

首先是拱坝的分缝

拱坝是整体结构

为便于施工期混凝土散热和降低收缩应力

防止混凝土产生裂缝

需要分段分块浇筑

如图所示

各段之间设置横缝

在坝体冷却至年平均气温左右

混凝土充分收缩后

用水泥浆进行封拱

保证坝体的稳定性

因此

横缝均为临时性缝

封拱灌浆后形成整体

拱圈开始发挥作用

对于拱坝

横缝是径向的

但横缝面的形状存在多种可能

对于双曲拱坝

当各层拱圈变半径时

全径向的横缝面为扭曲面

相邻坝段在同一高程处是垂直正交的

封拱蓄水后拱圈的受力条件较好

但扭曲横缝面的施工难度较大

对于一些中、小型拱坝

有时为考虑施工的方便

可以以坝体顶部拱圈的径向为准

向下做铅直平面的横缝

这种横缝面在下部拱圈处均为非径向的

下部相邻坝段斜交

蓄水后缝面有明显剪应力

对其受力条件不利

此外

也可以以中间高程的径向为准做铅直平面横缝

横缝的间距一般是考虑混凝土温控的要求

并结合枢纽布置如泄洪、孔口、闸门

厂房等方面功能的需要

来综合确定

一般取15~20m

对于纵缝

薄拱坝一般不设纵缝

当坝体厚度大于40m时

可考虑设置纵缝

相邻坝块间的纵缝需错开布置

间距一般20~40m

横缝和纵缝都需要接缝灌浆

将坝体形成整体

横缝灌浆时

要求缝的开度大于0.5mm

灌浆时坝体的温度应降低至设计规定值

且灌浆浆液结石达到预期强度后

保证在水平向形成完整的拱圈后

坝体才能蓄水

与重力坝类似

横缝的上游侧需设置止水片

与重力坝止水构造的做法相同

拱坝构造的第二个方面是坝顶与坝面的构造

对于坝顶

拱坝坝顶高程不低于校核洪水位

坝顶上游侧应设置防浪墙

与重力坝类似

防浪墙顶相对于坝顶的超高

需要考虑波浪爬高、水位雍高和安全加高

对于坝顶宽度

需考虑交通、运行、检修等方面的要求

一般不小于3m

对于坝面

一般在上游面约（1/10~1/15）h的厚度内

浇筑抗渗和抗冻性能较好的混凝土

其中h为（坝底）距离水面的深度

下游面

则在1~2m范围内浇筑抗冻性混凝土

拱坝构造的第三个方面是廊道和排水

为满足检查、观测、灌浆、排水及交通的需要

拱坝也可在坝体内设置廊道和竖井

对于厚度较薄的拱坝

为减少廊道对坝体应力的不利影响

在坝体内可只设一层灌浆廊道

而将检查、观测、交通、接缝灌浆等

工作移到坝后栈桥上进行

上下层一般间隔20~40m

桥宽一般为1.2~1.5m

对于坝体排水

在无冰冻地区修建的薄拱坝

坝身可不设排水管

对于厚拱坝以及寒冷地区的薄拱坝

需布置排水管

以减少坝内的渗透压力

以上介绍了拱坝的材料和构造

都是针对常规圆拱形的拱坝

而在实际工程中

还存在一些其他结构型式的

类似于拱坝结构特点的坝型

在此一并简要介绍

第一种是支墩坝

有如图所示的大头坝、连拱坝、平板坝等不同型式

其共同特点为坝体由支墩和挡水构件组成

借助部分水重维持坝体的稳定

由于采用多个独立的支墩提供坝体支撑

工程量较小

且节省坝基开挖量

混凝土的散热条件也较好

其建筑材料也可以用浆砌石

但其缺点在于施工复杂

模板工作量大

且需要的配筋量较多

如图所示为磨子潭水库大头坝

最大坝高82m

由12个双支墩

东西两岸各3个单支墩

以及右岸转折段的重力坝组成

图示为梅山水库连拱坝

坝高88.24m

如平面布置图所示

连拱坝由15个垛和16个拱组成

每个拱圈采用180°中心角的半圆拱

每个垛采用空腹双支墩结构

连拱坝左右两端各接一段

重力坝和空心重力坝

佛子岭连拱坝如图所示

坝高74.4m

是建国初期中国自行设计具有

当时国际先进水平的大型连拱坝

也是淮河流域第一座水电站

大坝由20个坝垛、21个拱和两端重力坝组成

坝垛为空腹

由两片垛墙以横隔墙和上下面板相连而成

坝垛内空间充分利用

埋设泄洪钢管8道、发电钢管2道

灌溉放水钢管1道

如图所示为加拿大丹尼尔约翰逊连拱坝

最大坝高214m

由其平面布置图看出

该连拱坝由一个跨度161.5m的主拱

和13个跨度76.2m的次拱组成

还有如图所示美国的Coolidge球形拱坝

1938年建成

最大坝高为76.2m

是目前世界上仅有的一座多孔球形坝

坝体由三个球形面板、两个支墩和岸墩组成

支墩之后设置了电站

双向凸形的球面构成挡水结构

球形的挡水面板与支墩浇成整体

其工作条件与连拱坝相似

总体来说

上述其他结构型式的拱坝

其工作原理与常规的拱坝相似

经过良好的设计计算

均可满足和符合挡水结构的受力和运行条件

这些创新坝型的优点和缺点都有哪些呢

这个问题留给同学们课后分析思考