平和花溪拱坝设计前期分析及施工调整（二）

　　上游面最大外挺值X.和下游面最凹值X0''，均关系到坝体的厚薄程度，尤其X的大小直接影响着拱冠梁上游面下部和两岸悬臂梁上游倒悬度大小。对本拱坝，在满足应力和稳定要求前提下，宜取小值。

　　（七）倒悬度控制平面布置初定后，对左右两岸的边梁剖面倒悬控制，规范规定“一般不宜超过1：0.3”。据本人经验体会，执行此条，不应教条，适当要有灵活性，如有需要局部也可较1：0.3稍高些，并通过工程措施予以解决。灵活掌握这一点在拱坝设计调整中尤为实用。

　　三、拱坝设计计算

　　（一）应力计算根据以上设计前期预见分析：本坝坝型选用双曲单心等厚园拱，顶拱半径按0.6倍开挖后拱端弦长即58m确定；顶拱中心角取较大值为111.5°；本坝设计最低开挖高程为122.0m，河床狭窄，为使底拱有较大的中心角，以获得较好的力学效果，设计采用2.0m厚的砼垫座进行调整改良，即起拱高程为124.0m，底拱中心角亦取较大值为50°。

　　依据《浆砌石坝设计规范》规定的荷载组合，利用北京勘测设计研究院“反力参数法”程序进行应力分析比选。由于前期论证分析较充分，参数选择准确，本拱坝在设计调整中，没费太大周折，即获得较满意的设计方案。

　　（二）结果分析拱冠梁剖面分析：坝基外挺值α1Tb＝4.0m，α1＝0.5.上游面最大外挺高度α2H＝7.73m，α2＝0.184，下游面最凹点高度α3H＝21.05m，α3＝0.5.上游面最大外挺值X.＝4.38m，下游面最凹值X0′＝1.3m.拱冠梁上游面下部倒悬度为0.07.从结果看，初选剖面前所作的分析预见是准确客观的。α2＝0.184，α3＝0.5均属下限，两个高度降低使拱冠梁显扁薄。α3＝0.5取大值，X.取小值，使拱冠梁略显后倾，降低了拱冠梁上游面下部的倒悬度，既满足了坝体应力要求，又很好地控制住了两岸悬臂梁上游下部倒悬度，均小于1：0.3.拱坝的优化评价分析：本拱坝的厚高比为0.19，小于0.2，属薄拱坝（规范界定），此指标宏观评估较简单易行，但要综合评价拱坝设计优劣，存在一定局限性。花溪拱坝为缓解拱冠梁上游底部拉应力，改善底部倒悬度，0.2H以下适当加厚，0.2H以上则削得较薄，况且底部为窄谷，适当加厚，增加方量不多。因此应使用柔度系数法评价较客观。本坝体方量为12100m3，柔度系数C＝A2/VH＝15.5，对照相关柔度系数统计表，本坝已属较优化范畴。

　　拱坝应力成果分析：从拱坝应力成果看，坝体拱端最大拉应力-9.77kg/cm2，拱冠梁底最大拉应力-8.73kg/cm2，最大压应力24.75kg/cm2，整个坝体应力分布较均匀，大部分处于受压，局部受拉。花溪拱坝砌筑材料采用150#砼砌毛石，从规范规定的应力控制指标来看，坝体似乎还有挖潜余地。但本人认为，坝体应力分析中的许多参数如坝体和基岩弹模、泊桑比、容重等是靠局部试验或经验类比取定，应力分析的边界条件也含有一些假定，因此计算应力和实际应力存在一定偏差。另一方面，从图纸到实物，还有很多客观和主观的不确定因素，可能需要进行二次调整。本人以前设计的几座拱坝均存在这种情况。因此，从推荐设计方案的角度而言，应适当留有可调整的余地。

　　综上分析，笔者认为上述成果作为推荐的设计方案是合理可行的。

　　四、施工调整

　　（一）调整的原因花溪拱坝开挖后，果然如笔者分析，由于地质情况发生变化和一些人为因素，迫使原拱坝布置方案需作适当调整。

　　1.地质因素：坝基开挖后，河中建基面抬高约2.0m；两岸坝肩处岩石风化，建基面低，需作重力墩；左岸三组大裂隙的组合，导致左岸坝后中上部岩体稳定性较差，抗冲刷能力弱。

　　2.人为因素：围堰施工时，因施工技术问题，共进行了两次截流，人为加大了围堰宽度，且闭气不彻底，因此施工队又在坝前浇了一道砼挡墙，此砼墙进占入坝体上游轮廓线内，致使河床坝体上游面无“立足之地”。

　　（二）调整措施拱坝调整方案综合考虑了各种实际变化，因地制宜，在原设计方案的基础上，作了适当调整。方案得当省时省力。

　　对于河床坝体上游面无“立足之地”的问题，如要完全避开砼挡墙，移动较大，两岸坝肩的开挖增加较多，且受左岸下游破碎基岩的限制没有较大的移动空间。结合河床开挖后建基面比预计抬高约2.0m，确定坝轴线沿圆心线作小幅度的平移，起拱高程提高到126.0m，以下仍为2.0m厚的砼垫座，并覆盖住砼挡土墙。拱冠梁剖面取原剖面的126.0m以上段，拱圈半径不变，中心角根据两岸坝头边墩及开挖实地自然增减。

　　根据以上确定的调整原则，重新进行应力分析，结果显示拱端最大拉应力-8.55 kg/cm2，拱冠梁底最大拉应力-10.46 kg/cm2，最大压实力25.71 kg/cm2.与原设计方案比，最大拉应力和最大压应力均有所增加，最大拉应力接近规范控制值，满足要求。本坝已投入运行两年多，情况良好。如此结果应归功于原设计方案选择正确，并留有可调整余地。

　　五、结语

　　通过花溪拱坝设计分析实例，结合笔者以往设计体会，认为：

　　（一）在拱坝设计前期，应对坝址所处的河谷平面和立面形状、地质条件、所要选择的拱型、拱冠梁形态及拱坝各种参数进行全面的、有预见性的分析论证和判断，选取初值才能准确切入，从而缩短设计周期，取得事半功倍的成效。

　　（二）在设计拱坝时，不能盲目地追求理论上的“优化”，追求应力值极限，还应考虑施工期地质条件变化、施工组织和施工工艺水平高低等一些客观和主观不确定因素的影响，预留少许可调整的余地。（考试考试网编辑整理）