平和花溪拱坝设计前期分析及施工调整（一）

　　一、前言

　　（一）工程概况花溪拱坝是平和花溪水电站水库拦河坝，位于九龙江流域花山溪支流中游。控制流域面积201km2，水库总库容358.36万m3，工程属Ⅳ等小型，建筑物级别为4级。拱坝设计最大坝高44.1m.大坝按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。拱坝泄洪采用坝顶自由溢流方式。坝顶高程166.1m，堰顶高程159.5m，设计洪水位164.14m，校核洪水位165.36m.

　　（二）工程地质坝址段河流较平直，坝址河谷地形呈“V”字型谷，河床水面宽26.0m，岸坡不平顺，坡度52°～80°。岩性为晚侏罗世次花岗斑岩，河边岩石弱风化，向坡高处风化岩石渐厚，有顺河向与垂河向压性小断层通过，宽0.3～1.0m.右岸裂隙发育但闭合，左岸规模较大的裂隙垂直河向和平行河向延伸，并有缓倾角裂隙。工程地质评价为“右岸工程地质条件好、河中段较好、左岸一般”。拱坝可置基于弱风化岩层。

　　二、设计前期分析

　　（一）拱圈线型的选择坝址河谷地形深切呈“V”字型谷，较狭窄。弦高比为2.17，属较规则窄谷，这种地形建坝，拱作用占优势，选用圆拱较合适。本拱坝属中低坝，从设计、施工便捷和结构简单角度考虑，应首先考虑选用圆形拱坝。

　　（二）圆拱形态的选择据设计开挖线，拱坝建基面河谷开挖后略呈梯形。两岸稍不对称。参照国内外专家观点与工程实践，认为狭窄梯形河谷（弦高比小于3），单心圆拱坝最好，有实例分析显示应力情况比三心拱好许多。对于不对称河谷问题，有观点主张采用二心圆拱，由于本坝河谷不对称程度并不严重，考虑设计及施工简便，宜采用单心等厚圆拱。

　　（三）平面布置的选择坝址段河流较平直，坝址处河谷平面呈小喇叭口型，左岸向下收缩较大，右岸收缩较小，左右岸稍不对称，坝基开挖立面略显梯形。在平面布置时可考虑三种处理方式：1.可用砼回填浇筑“改造”地形，使河谷大体对称；2.将河谷挖成对称或大体对称的坝基；3.不做任何河谷整形（回填或开挖），只进行一般情况下的坝基开挖，将拱坝坝身设计成自然不对称。由于坝址处属窄谷，低部两岸岩石裸露，呈弱风化。采用大量开挖整形方式欠妥。采用回填改造又显不经济。且两岸不对称程度不严重，因此，本拱坝在平面布置时宜采用第三种方式，让拱圈呈自然不对称。布置时应“兼顾左右岸”保证满足规范“30°要求”。让大坝圆心线与河道中心线不完全平行，如此，各拱圈内弧面与各高程可利用岩体等高线间均可获得较大夹角，具有稳定的坝肩工作条件。

　　（四）拱中心角的选择处于喇叭口型的拱坝，建坝后如“自紧式”的塞子，在荷载作用下，愈压愈紧，且开挖量不大，拱中心角可以选大一些。另一方面，建基立面为梯形河谷，顶、底拱宜选用较大的中心角。中心角大应力条件好，拱端较拱冠更易发生拉应力，在坝体设计调整中更易达到要求，取得良好的力学效果和经济效果。

　　（五）拱冠梁形态的选择双曲拱坝从拱冠剖面上看大体分三种形态：前倾双曲拱坝、后倾双曲拱坝和自然双曲拱坝。拱坝前倾虽可利用重心前移减少上游坝踵的拉应力或增加压缩趋势，但相应会在坝下游面低部或坝趾出现较大拉应力，且上游面下部倒悬度较大，施工不便。拱坝后倾虽对抗震特别有利，但上游面下部及坝踵会出现较大拉应力，且下游面倒悬度较大，施工不便。花溪拱坝根据河谷形状、地质情况及坝高等因素，宜采用介于上述两者之间的自然型双曲拱坝，即拱冠梁前倾或后倒不明显的一般双曲拱坝，这种拱坝较适合梯形河谷，在倒悬度、拱圈半径和应力三者之间调整时，较好控制，且容易达到要求。

　　（六）拱冠梁参数选择，拱冠梁特征值除已拟定的坝顶厚Tc，坝底厚Tb外，还包括上游面最大外挺值X.及最大外挺高度α2H，下游面最凹值X0′及最凹点高度α3H，坝基外挺值α1Tb及各层拱圈厚度等。这些特征值关系到大坝的工程量，拱冠梁底的拉应力及两岸悬臂梁倒悬度的大小等有关设计质量的问题。

　　从花溪拱坝的河谷形状及宽度情况看，拱冠梁底拉应力值较易满足，主要应控制拱冠梁上游下部的倒悬度，以免引起两岸悬臂梁上游倒悬度过大，影响施工。因此，α1在初值选取时拟取大值，即拱冠梁略显后倾。

　　上游面最大外挺高度α2H和下游面最凹点高度α3H，根据通常经验α2＝0.2～0.4、α3＝0.5～0.8，在坝顶和坝底厚度已定的前提下，此两高度值对坝体工程量大小起着主要影响作用，高度上升，拱冠梁中部显厚，高度下降，拱冠梁中部显薄。根据本坝自身情况，两高度系数α2、α3宜取小值，既能满足应力和稳定要求，又能获得良好的经济效果。

　　考试考试网相关链接：平和花溪拱坝设计前期分析及施工调整（二）