漿砌石拱壩地基處理技術探討

汪德

【摘要】漿砌石拱壩由于在材料、施工、設計等方面的優越性，近年來在我國發展迅猛，在各地中小水利工程中應用廣泛。因此，漿砌石拱壩地基處理技術成為現階段具有實際意義和理論價值的重要問題。本文分析了漿砌石拱壩的特點，進而從平面布置、應力分析和拱壩體型三個方面對漿砌石拱壩的地基設計做出了解答。

【關鍵詞】漿砌石拱壩；地基處理技術；特點

1、砌石拱壩的概念及特點

砌石壩又名烤工壩，它是由一定規格的石料經漿砌或干砌而成的一種擋水建筑物。在平面上呈拱型，起到拱的傳力作用的砌石壩，即為砌石拱壩；漿砌的砌石拱壩，即為漿砌石拱壩。從20世紀70年代起，我國拱壩建設邁入了全新的發展階段，中小型砌石拱壩得到了迅速發展，截至80年代末，世界范圍內共興建高度15m以上的拱壩達1592座，其中我國753座，占總數47.3 %；截至2000年年底，我國壩高15m以上的砌石壩共有2683座，其中砌石拱壩為1538座，占總數的57.3%。這些砌石拱壩工程在當地的國民經濟發展中發揮了巨大的作用。

拱壩是壩體向上游凸出，在平面上呈拱形，拱端支承于兩岸上的混凝土或漿砌石的整體結構。作用于砌石拱壩上的荷載，大部分都由其壩體拱的作用傳遞到兩岸壩肩巖體上，小部分則通過豎向懸臂梁的作用傳至壩基。拱壩的自身調節能力非常強，即使在局部受力過大時，也能自行調整，只要壩肩穩定可靠，就不致影響其整體的安全性。拱壩的穩定性不像重力壩那樣主要依靠自重來維持，而是主要依靠兩岸壩肩巖體的反作用力來維持。一般來說，拱的作用越強，壩體的厚度就越能減小，壩體體積也就越小。大壩采用現代技術理論進行設計和施工的歷史約近150年，在這段時期內，實踐證明拱壩是各種擋水壩中最為安全的一種砌石拱壩除了它的安全性、經濟性外，還存在著因地制宜、就地取材、施工簡易，初期工程量小、便于改善勞動條件，便于導流和度汛等諸多特點。

綜上所述，砌石拱壩是一種工作條件好，超載能力極強的壩體結構形式，其抗震性能好、具有可靠的抵御意外洪水及涌浪翻壩的能力，而且垮壩事故率低、耐久性能好，其綜合安全性和經濟性都非常的優越。

2、漿砌石拱壩地基處理技術

2.1平面布置

在拱壩平面布置中，壩頂中心角的選擇直接影響到壩身應力的分布和兩壩肩的穩定，根據《漿砌石壩設計規范》規定：漿砌石拱壩頂部拱圈最大中心角以80度一110度為宜。拱圈中心角確定后，園弧拱冠梁斷面的選取，意味著該壩應力情況及壩體方量的確定，在拱冠梁斷面體型的初選中，應根據地形條件及壩高情況確定。壩頂厚度T如選擇較厚，工程量相應增大；壩頂厚度T太薄，壩頂又易出現徑向裂縫，不利于穩定。

挺南漿砌石拱壩位于浙江省蒼南縣挺南村，處在南港流域橫陽支江的支流上， 建壩地基斷層節理不發育、巖石大部分裸露，分化不深，相對不透水層埋藏較淺， 工程規模為小（1）型，主要建筑物級別為4級，正常蓄水位為147m，相應庫容800萬立方米，校核洪水位149.88m， 壩址選在“S”型河段的直線段上，河谷呈“V”型，河谷寬高比2.38，壩區天然石料豐富，適于修建漿砌石拱壩。

以挺南漿砌石拱壩為例，由于壩址河谷不對稱且左緩右陡，左岸高程130m以上，巖石風化程度較深，微風化巖面出露高程較低，因此初步設計大壩平面布置偏于左岸，以減少平面布置的不對稱，但是頂拱左岸半中心角仍高達68.3度，比右岸半中心角大15度之多，致使高程130m以上的拱圓弧切線與地形交角較小（均小于30度），對左岸壩肩的穩定極為不利， 這種布置使拱壩受力偏于左岸，而從兩岸下游拱座比較來看，左岸地形較平緩，拱座顯得較單薄，因此初步設計大壩平面布置明顯不合理，對本工程的優化設計，首先從調整大壩的平面布置入手， 拱壩中心線調整到基本與河流深弘線一致的位置，即在初步設計的位置上向右岸移動約4米，其方位為NW8.82度，頂拱圓弧半徑60米，中心角104.5度（左半中心角56度，右半中心角48.5度），高程130m以下兩岸基本對稱，以上左右岸半中心角差值大致控制在8度左右，這樣減小了平面布置上的不對稱。

2.2拱壩體型優化

優化設計的目的，是使得拱壩在給定的應力等約束條件下，通過計算分析充分發揮材料的潛力，從而得到壩體工程量最小的結構。設計的銀坪水電站攔河壩位于連山縣上帥鎮陳屋村委會上游2.5公里的上帥河榮昌水，壩高30米（含基礎3米），總庫容為28萬立方米，工程規模屬小（二）型，主要承擔銀坪一級電站發電任務。該大壩在初步設計時為漿砌石重力壩，經工程技術人員多方案論證，根據地形地貌的有利條件。壩型由原來的漿砌石重力壩變為現在的單曲拱壩。以下銀坪水電站漿砌石單曲拱壩為例，其砌石拱壩的體型優化適合采用滿應力法，該方法通過容許應力來控制壩身各部最大應力，并使得應力分布均勻，從而達到結構最輕的目的。

其計算方法是：初擬壩體斷面，通過應力計算，反算新的拱圈厚度T（用公式：-N/T±6M/T2=[δ]），反復迭代，最終得出最優拱壩體型。銀坪水電站漿砌石單曲拱壩頂寬取1.2m，底寬取5.4m，計算高度為30m，厚高比B/H=0.18，通過應力計算分析，在570高程截面拱端上游面出現較大的拉應力，超出規范值0.979kg/Cm2。其余應力值均符合規范要求，導致570m高程截面拱端拉應力超出規范值的原因有：（1）水庫大壩左、右中心角偏大，（2）初擬壩的斷面尺寸過小。解決這一問題方法有：A、對左壩肩進行削坡，放緩坡度，使左右中心角減小2度；B、重新擬定壩體尺寸，進行應力分析計算，直到應力值均在規范要求內為止；C、對壩體尺寸做局部調整，使應力值在規定范圍內。綜上分析，對左、右壩肩削坡，工程量太大，且易破壞巖石完整性，不易采納；重新擬定尺寸，必將使大壩斷面尺寸增大，壩體工程將增大，不經濟，也不予采納；對壩體局部尺寸存進行調整，使超出部位值在規范以內，從而優化壩體設計，使之既經濟，又安全，采用此種方法較宜。銀坪日調節水庫大壩應力只有局部一處超出允許應力0.979kg/Cm'，鑒于此情況，最后在570m高程截面上1米處，上游坡做成直立壁，經優化計算（用公式：（-N/T±6M/T2=[δ]），在570高程截面左、右半角拱端最大拉應力6=1Okg/Cm。，符合規范要求，從而達到了大壩優化設計的目的，使水庫大壩穩定、經濟、可行。

3、結束語

漿砌石拱壩地基處理技術的應用，在我國的水利提防工程中發揮了重要的作用，有效的抵御了洪水的侵襲，對社會的穩定和經濟發展有重要的促進作用。在漿砌石拱壩地基處理技術應用的過程中，需要不斷的提升施工技術，加強質量監督，提升施工人員的質量意識，保證工程的質量，為我國水利工程事業的發展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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