在拱坝设计中应注意的几个问题

拱坝设计中应注意的问题

1. 客观对待坝型选择

坝型选择过程往往十分曲折，这因为它是一个涉及面很广的重大问题，也常常因为我们设计者对某种坝型的经验与喜好而增加了问题的复杂性。其实，我们应该特别注意，我们不是单纯为搞拱坝而设计拱坝，而是结合具体工程和自然情况，找出技术经济条件优良的坝型。总之，我们应该尽可能客观地对待坝型的选择。只有在坝型选择中正确地选择了拱坝才具备设计一个优良拱坝的客观前提。

在实际工作中，我们应该避免两种情况。其一是该选用拱坝而不选用；其二是不该选用拱坝而却又选用了拱坝，两者均将给工程带来巨大的损失。例如，我国台湾的石门工程，经美国著名高坝专家萨凡奇建议采用混凝土拱坝，并于1956年。随即发现坝基地质条件很复杂，事先并未料及，只好重新进行地质勘察工作，同时坝间进行了数十万立米的施工开挖，最终证实坝间岩石风化很深，继续按拱坝施工有可能造成坝间岩体的重大滑动，只好放弃拱坝改修土石坝。

2. 重视地质条件

我们水工设计工作者知道，设计水坝时地质条件的重要性，而对于拱坝设计，地质情况和我们设计工作者对地址条件的认识更为重要。一个拱坝建成后运用效果良好，常常首先是地质情况搞的比较清楚，国内外拱坝设计领域内，不重视或不够重视地质勘探工作造成拱坝建设失误，致使工程处于被动局面者并不少见。以下面几座坝为例：

2.1奥本双曲拱坝

该坝设计坝高213米，坝顶长1265米，总库容28亿立米，供水量4.5亿立米。1975年8月1日，本坝西北213公里的奥络维尔坝，发生了里氏5.78级地震。该坝于本坝处于同一条足山大断层附近。怀疑会对奥本坝也造成影响，于是停工补做地震地质工作，结果发现6条断层，距坝最近者800米。其实该坝的地勘工作开始的并不晚，早在1947年就已经开始了，奥本坝60年代后期开工，1975年发生地震后停工，1979年底彻底停建。近十年的施工耗资2亿美元。这个拱坝工程，从总结意义上讲，是区域稳定性方面的工作和判断有问题，酿成了全面的失误。

2.2黑部第四拱坝

黑部第四拱坝坝高186米。是日本水坝和拱坝的第一高度，也是世界上著名拱坝之一。该坝开工前曾作过较长的地勘工作，尽管如此，大坝按原定完整的拱坝进行施工后才发现，拱坝上部约50米不能做拱坝基础，被迫在施工中将大坝改为上部不传力的拱坝。虽然工程最后获得成功，但付出的代价也很大。

以上仅为不重视或不够重视地质而造成全面失误的工作教训，所以在拱坝设计的过程中，我们一定要重视地质条件。

3.重视基础及基础处理

具有关人统计，20世纪40年代以前的150年间的出事水坝中，有40%是因为基础发生问题而导致的。从岩体的成因历史条件来看，一般都经历了漫长的过程，经历了各种构造运动和自然变迁，形成河谷。使得作为坝基的岩体，比在施工中一块一块人工浇注起来的坝体混凝土问题更多，更难掌握，所以我们应该重视基础及对基础作出改善处理。

3. 1地基处理

拱坝的地基处理和岩基上的重力坝相同，但要求更为严格，特别是对两岸坝脚的处理尤为重要。

3.1.1坝基开挖

坝基开挖过程中还应注意拱端应嵌入岸坡内，最好开挖成径向，同一坝体采用两种开挖形式时，自上而下应平缓过度，河床端基岩面的上下游高差不宜过大，且尽可能略向上游倾斜。整个坝基，可利用岩面在垂直水流方向平顺，避免突变，也不宜开挖成台阶状。基岩面的起伏差应小于0.3-0.5米。拱座基岩面的等高线于拱端内弧切线的夹角不宜小于300。当开挖到接近设计的岩面时应保留0.3-0.5米厚度。用风铲撬挖，挖至检验合格为止。

3.1.2固结灌浆和接触灌浆

拱坝坝基的固结灌浆孔一般按全坝段布置。对于比较坚硬完整的基岩也可以只在坝基的上游侧和下游侧设置数排固结灌浆孔。对节理、裂缝发育的基岩，为了减少地基变形增加岩体的抗滑稳定性，还需在坝基外的上下游侧扩大固结灌浆的范围。对于坝体陡于500-600的岸坡间和上游侧的坝基接触面以及基岩中所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，均需进行接触灌浆，以提高接触面的强度，减少渗漏。接触灌浆应在坝体混凝土浇注到一定高度，混凝土充分收缩，钻排水孔之前进行。

3.1.3防渗帷幕

防渗帷幕应依据地质、水文地质等资料和现场灌浆实验来进行。拱坝的帷幕灌浆孔原则上应深入相对隔水层以下3-5米；若相对隔水层埋藏较深，孔深可采用（0.3-0.7）倍坝高；对于地质条件特别复杂的地段孔深可达1倍坝高以上。

帷幕位置与拱座及坝基应力情况有关，一般布置在压应力区并尽可能靠近上游坝面。

防渗帷幕一般采用水泥灌浆，在水泥灌浆达不到防渗要求时，可采用化学材料灌浆。

3.1.4坝基排水

排水孔布设在防渗帷幕下游侧，一般只设一道排水孔，必要时增设1-2排辅助排水孔。在裂隙较大的岩层中，防渗帷幕可有效的减少渗透压力，减少渗水量。