淺談砌石壩發展趨勢

□于磨轉（嵩縣木植街鄉政府）

□張獻衛（嵩縣九店鄉政府）

在石料豐富的丘陵山區，砌石壩常是中小型水利水電建設工程廣泛采用的一種壩型。它不僅能夠就地取材、節省投資、節約“三材”，具有明顯的經濟性。而且它與土壩相比，在樞紐布置上具有較大的靈活性；在施工及超載運行期間具有較大的安全性。同時在導流和溢洪方面，它的優越性又和混凝土壩類同。因此砌石壩已成為一種深受歡迎的、日益廣為建造的好壩型。

1.砌石壩地形地質的限制條件有所放寬

砌石壩對地形的要求視各種壩型而有所不同，其中對地形要求較低的主要是砌石重力壩，而對地形要求較高的主要是砌石拱壩。拱壩河谷對稱問題多不作嚴格要求，而在設計上通過工程措施或評算方面加以解決，如采用重力墩、周界縫、深溝中回填混凝土或砌筑石料、調整拱圈圓心及半徑等。

地質條件也有所放寬，現在有許多拱壩修建在一般巖基上，也有一些工程在軟弱的巖基上或較復雜的地質條件下，經過慎重處理，采取必要的措施后修建了砌石拱壩，而且運用正常。只要地質情況查清，采取適當措施，一般巖基上均可修建砌石拱壩。盡管如此，地基問題仍是砌石壩（尤其是砌石拱壩）安全的關鍵，必須持慎重態度。

2.壩高逐漸增加，輕型壩愈來愈多

近年來，隨著科學水平的提高和群眾筑壩經驗的豐富，壩的高度也隨之增加。截至2000年，壩高在30～70m之間的占40%，壩高>70m的占2.5%，而壩高<30m的卻由過去的80%下降到60%。壩高的增加是體現筑壩水平的一個重要標志，而壩型方面，從重力壩過渡到輕型壩（拱壩和支墩壩）又是另一個重要標志。1958年以前，以興建砌石重力壩為主，1958年以后，輕型壩發展很快，尤其是在輕型壩的地形地質條件放寬后，不少重力壩逐漸被輕型壩代替。輕型壩與重力壩相比，節省工程量，縮短工期，尤其是拱壩，安全度很大，這是明顯的優點；缺點是計算及施工均較復雜?？朔@個缺點的途徑是改進計算方法、利用電子計算機及提高施工水平等，在這方面，目前已取得相當成效。

3.壩體型式日趨合理，壩體結構日益新穎

隨著科學水平和筑壩技術的不斷提高，各類砌石壩的壩體型式日趨合理。如重力壩突出的問題是揚壓力大，材料強度未能充分利用，因而出現了空腹重力壩、干砌石壩、框格填碴壩、寬縫填碴壩及支壩等。這些壩體，既能大大地減少揚壓力，又能較好地利用材料強度。其壩體工程量與實體漿砌石重力壩相比，可節省約20%或更多。

拱壩的壩體結構型式日益新穎，壩體斷面形狀日趨完善。從壩體垂直斷面看，現已由直立面（上游面或下游面）正在發展到拱形面，即由單曲拱壩向雙曲拱壩發展。水平拱圈上也在開始改進，如已從等厚圓弧拱向變截面拱、多心拱發展。這些改進對改善壩體應力分布和加強壩肩穩定都有利，與等厚圓弧拱相比，工程量可節省約20%～35%。存在的問題是應力計算和施工放樣均較麻煩，但這些都可由簡化的計算方法或計算機加以解決。大頭拱壩在四川省建造較多，并有較簡便的計算方法。

壩體的新穎結構還表現在拱壩中的鉸拱壩和平底縫拱壩的興建。鉸拱壩即是在壩體與巖石地基接觸面處設有周界縫，兩岸設鉸縫，河床部分設平底縫，而平底縫拱壩僅在河床部分設平底縫。設縫后可大大地減小周界上的壩體拉應力，從而使壩體工程量明顯減小。

4.砌石壩的研究進展

目前砌石壩設計主要采用混凝土壩設計理論，按均質彈性體考慮。由于砌石壩一般都設有防滲體，砌石體的種類也各有不同，如漿砌塊石、漿砌條石及干砌石等，同時砌石體本身各向的彈性模量也不相同，實際上砌石體不是均質材料。現在采用混凝土壩設計理論，僅是近似借用，因此，必須研究砌石體本身的特性，建立砌石壩設計理論。

近幾年，四川、安徽、湖南及湖北等省均已對砌石壩進行科學研究。四川省威遠縣長沙漿砌條石拱壩及安徽省寨西漿砌石鉸拱壩都作過結構模型試驗，而且還進行了原型觀測，根據長沙壩頂層應變計在壩體開裂時的實測值，反推壩體的極限抗拉強度約為2.2～4.2kg/cm2,平均為2.9kg/cm2，這與一般砂漿的極限抗拉強度值很接近。另外，又從長沙壩原型觀測中得出壩體溫度變化值的經驗公式（△t=12.52—0.672TT為計算高程處拱圈厚度，適用范圍：T=5～15m)。武漢水利電力大學進行砌石拱壩模型試驗，對砌石及混凝土分別采用不同的彈性模量并提出成層異彈模拱壩應力的換算簡化方法，認為混凝土和砌石體交界處的應力比值同它們的彈性模量比值基本相同。

近幾年來，在水利水電科研和大中型工程設計方面正在逐步推廣應用電子計算機?，F在不僅能利用電子計算機進行徑向變位一致的拱冠梁法應力計算機，而且也能利用多拱多梁結構體系進行徑向、切向和扭轉的3向調整應力計算，精度較高。隨著科學技術的不斷發展，今后將會更廣泛地利用電子計算機代替各種手工計算及繪圖工作。