第六章混凝土拱壩設(shè)計(jì)熟練掌握拱壩布置和設(shè)計(jì)基本要求。熟練掌握拱壩泄洪、消能型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。熟練掌握泄水建筑物的水力計(jì)算。掌握拱壩結(jié)構(gòu)、構(gòu)造設(shè)計(jì)和壩體分區(qū)。掌握拱壩應(yīng)力與拱座抗滑穩(wěn)定計(jì)算。掌握壩基（壩肩）處理設(shè)計(jì)。掌握碾壓混凝土拱壩材料性能、構(gòu)造要求與施工特點(diǎn)。了解拱壩壩體溫度控制與混凝土防裂措施。了解拱壩的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)?？荚嚧缶V

6.1拱壩布置和設(shè)計(jì)基本要求（一）拱壩布置設(shè)計(jì)

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.一般規(guī)定1）拱壩宜修建在河谷較狹窄、地質(zhì)條件較好的壩址上。2）拱壩壩軸線應(yīng)選在河谷兩岸較厚實(shí)的山體上。3）拱壩布置應(yīng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、水文等自然條件及樞紐的綜合利用等要求，進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最優(yōu)方案。

4）泄洪方式的選擇，除有明顯合適的岸邊泄洪通道外，宜首先研究采用拱壩壩身泄洪的可行性。5）與拱壩相鄰的其他建筑物布置，應(yīng)分析研究其對(duì)拱壩應(yīng)力及拱座穩(wěn)定的影響。6）應(yīng)分析研究拱壩兩岸山體存在不利結(jié)構(gòu)面、緩傾角節(jié)理、軟弱夾層和下游臨空面等因素對(duì)拱壩布置的影響，以及采用拱座加固措施的可行性。7）應(yīng)分析研究施工導(dǎo)流、工程施工等對(duì)拱壩布置的影響。8）1、2級(jí)拱壩方案，應(yīng)進(jìn)行水工模型試驗(yàn)；9）拱壩設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)體形。

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拱壩泄洪布置常用的拱壩泄流方式有壩頂泄流、壩身孔口泄流、壩面泄流、壩肩滑雪道泄流、壩后廠頂溢流（廠前挑流）等。拱壩壩身泄洪，其溢流段的長(zhǎng)度、孔數(shù)、泄流孔尺寸、位置等，應(yīng)根據(jù)泄洪量和水頭大小、對(duì)壩體應(yīng)力及下游沖刷的影響與后果、樞紐運(yùn)行要求，以及對(duì)相鄰建筑物的影響等方面研究確定。

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其他布置要求當(dāng)采用壩后式或壩內(nèi)式廠房時(shí)，拱壩壩內(nèi)或壩面壓力管道的布置應(yīng)根據(jù)壩體厚度、壓力管道受力狀況、施工與運(yùn)行條件等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究確定。布置型式有下列三種：

1）壓力管道斜向或垂直布置于壩體內(nèi)。

2）壓力管道從進(jìn)水口高程水平穿過(guò)壩體，再沿下游壩面向下“背管”布置。

3）壓力管道貼壩體上游面，垂直下延到機(jī)組高程后，再水平穿過(guò)壩體布置。（二）拱壩設(shè)計(jì)原則

拱壩設(shè)計(jì)遵循技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合最優(yōu)的總原則，（1）拱壩布置應(yīng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、水文等自然條件及樞紐的綜合利用等要求,進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,選擇最優(yōu)方案。（2）壩肩巖體應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。（3）拱壩體形設(shè)計(jì)應(yīng)使壩體應(yīng)力分布盡可能均勻，最大壓應(yīng)力接近混凝土的允許壓應(yīng)力，最大拉應(yīng)力不超過(guò)允許拉應(yīng)力。（4）泄洪消能布置應(yīng)盡可能減少對(duì)拱壩壩肩、壩基穩(wěn)定的不利影響，并保證工程安全。（5）拱壩布置及體形設(shè)計(jì)應(yīng)使施工較為方便。6.2拱壩結(jié)構(gòu)、構(gòu)造設(shè)計(jì)和壩體分區(qū)（一）壩體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造設(shè)計(jì)

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.壩頂布置要求

1）壩頂高程：壩頂高程應(yīng)不低于水庫(kù)最高靜水位。

2）防浪墻高程：壩頂上游側(cè)防浪墻頂高程與水庫(kù)正常蓄水位的高差或與校核洪水位的高差，可按公式（6.2.1）計(jì)算，應(yīng)選擇兩者計(jì)算所得防浪墻頂高程的高者作為最終的選定高程。

3）防浪墻宜采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻身應(yīng)有足夠的厚度，墻身高度宜采用１．２ｍ，在壩體橫縫處應(yīng)留伸縮縫，并設(shè)止水。壩頂下游側(cè)應(yīng)設(shè)置欄桿。

4）非溢流段壩頂寬度應(yīng)根據(jù)剖面設(shè)計(jì)，滿足運(yùn)行、交通要求確定，不宜小于3ｍ。壩頂路面應(yīng)有橫向坡度和排水系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)人行道時(shí)，宜高出壩頂路面20～30cm。

5）溢流壩段應(yīng)結(jié)合溢流方式，布置壩頂工作橋、交通橋，其尺寸必須滿足泄流、設(shè)備布置、運(yùn)行操作、交通和監(jiān)測(cè)檢修等要求。壩頂橋梁宜采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋下應(yīng)有足夠的凈空。

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.橫縫和縱縫

1）橫縫和縱縫布置的原則拱壩是整體結(jié)構(gòu)，為便于施工期間混凝土散熱和降低收縮應(yīng)力，防止混凝土產(chǎn)生裂縫，需要分段澆筑，各段之間設(shè)有收縮縫，在壩體混凝土冷卻到年平均氣溫左右，混凝土充分收縮后，再用水泥漿封填，以保證壩的整體性。

2）接縫灌漿

橫縫和縱縫都必須進(jìn)行接縫灌漿。灌漿時(shí)壩體溫度應(yīng)降到設(shè)計(jì)規(guī)定值?？p的張開(kāi)度不宜小于0.5mm。縫兩側(cè)壩體混凝土齡期，在采取有效措施后，不宜小于4個(gè)月。灌漿漿液結(jié)石達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，壩體方能擋水受力。拱壩橫（縱）縫尚未灌漿而需臨時(shí)攔洪時(shí)，必須專門論證。（二）壩體混凝土及分區(qū)設(shè)計(jì)

6.3.1泄水建筑物型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）泄水建筑物型式

泄水建筑物可分為壩身式、岸邊式和隧洞式三類。岸邊式泄水建筑物主要為岸邊式溢洪道，（2）表孔和淺孔壩身表孔和淺孔可設(shè)計(jì)為壩頂挑流或跌流，也可設(shè)計(jì)為沿壩面或滑雪道式泄流。（3）深式（包括中孔、深孔和底孔）泄水孔深式泄水孔(包括中孔、深孔和底孔)宜設(shè)計(jì)成有壓孔。（4）壩身泄水孔結(jié)構(gòu)布置6.3拱壩泄洪、消能建筑物型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.3.2消能型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．消能型式選擇2．消能防沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求3．防空蝕設(shè)計(jì)4．霧化

6.5拱壩應(yīng)力與拱座抗滑穩(wěn)定計(jì)算（一）壩體應(yīng)力分析方法及內(nèi)容拱壩應(yīng)力分析應(yīng)以拱梁分載法或有限元法計(jì)算成果,作為衡量強(qiáng)度安全的主要標(biāo)準(zhǔn)。1、2級(jí)拱壩和高拱壩或情況比較復(fù)雜的拱壩（如拱壩內(nèi)設(shè)有大的孔洞、基礎(chǔ)條件復(fù)雜等），除用拱梁分載法計(jì)算外，還應(yīng)采用有限元法計(jì)算。必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

（二）拱座穩(wěn)定分析方法及計(jì)算

拱座抗滑穩(wěn)定的數(shù)值計(jì)算方法以剛體極限平衡法為主。1、2級(jí)拱壩或地質(zhì)情況復(fù)雜的拱壩還應(yīng)輔以有限元法或其他方法進(jìn)行分析。初步設(shè)計(jì)以后的階段，1、2級(jí)拱壩或地質(zhì)情況復(fù)雜的拱壩除采用數(shù)值分析方法外，必要時(shí)尚應(yīng)輔以地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)。采用剛體極限平衡法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析時(shí)，壩體傳來(lái)的作用力應(yīng)采用拱梁分載法的相應(yīng)計(jì)算成果。6.6拱壩壩基（壩肩）處理設(shè)計(jì)（一）一般規(guī)定混凝土拱壩地基經(jīng)過(guò)必要的處理后，應(yīng)具有整體性和抗滑穩(wěn)定性，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，具有抗?jié)B性、滲透穩(wěn)定性和有利的滲流場(chǎng)，具有在水長(zhǎng)期作用下的耐久性，并通過(guò)地基處理控制地基接觸面形狀對(duì)壩體應(yīng)力分布的不利影響。壩基處理設(shè)計(jì)（包括兩岸拱座和河床段的地基）應(yīng)根據(jù)壩址地質(zhì)條件和基巖的物理力學(xué)性質(zhì)，綜合分析壩體和地基之間的相互關(guān)系、泄洪建筑物的布置、施工技術(shù)等因素，選擇安全、經(jīng)濟(jì)和有效的處理方案。（二）壩基開(kāi)挖

（三）固結(jié)灌漿和接觸灌漿一般要求對(duì)拱壩壩基進(jìn)行全面的固結(jié)灌漿，對(duì)于比較堅(jiān)硬完整的基巖，也可以只在壩基的上游側(cè)和下游側(cè)設(shè)置數(shù)排固結(jié)灌漿孔。對(duì)節(jié)理、裂隙發(fā)育的基巖，為了減小地基變形，增加巖體的抗滑穩(wěn)定性，還需在壩基外的上、下游側(cè)擴(kuò)大固結(jié)灌漿的范圍。斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶，應(yīng)加強(qiáng)固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿孔的孔距、排距，應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖以后的地質(zhì)條件，并參照灌漿試驗(yàn)確定，宜為３～４ｍ。固結(jié)灌漿孔的孔深，應(yīng)根據(jù)壩高和開(kāi)挖以后的地質(zhì)條件確定，宜采用５～８ｍ。（四）防滲帷幕防滲帷幕應(yīng)符合下列基本要求：1）控制滲漏對(duì)壩基及兩岸邊坡穩(wěn)定的不利影響；2）控制壩基軟弱夾層、斷層破碎帶、巖體裂隙充填物以及抗水性能差的巖層不產(chǎn)生管涌；3）控制壩基面滲透壓力和滲流量；4）具有可靠的連續(xù)性和足夠的耐久性。壩基和兩岸的防滲帷幕宜采用水泥灌漿；在水泥灌漿達(dá)不到設(shè)計(jì)防滲要求時(shí)，可采用化學(xué)材料補(bǔ)充灌漿，但應(yīng)防止污染環(huán)境。（六）斷層破碎帶、軟弱夾層的處理對(duì)于壩基范圍內(nèi)的斷層破碎帶或軟弱夾層，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)狀、寬度、充填物性質(zhì)、所在部位和有關(guān)的試驗(yàn)資料，分析研究其對(duì)壩體和地基的應(yīng)力、變形、穩(wěn)定與滲漏的影響，并結(jié)合施工條件，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理。一般情況下，位于壩肩部位的斷層破碎帶比位于河床部位的對(duì)拱壩的安全影響大；緩傾角比陡傾角斷層的危害性嚴(yán)重；位于壩趾附近的比位于壩踵附近的斷層破碎帶對(duì)壩體應(yīng)力和穩(wěn)定更為不利；斷層破碎帶寬度愈大，對(duì)應(yīng)力和穩(wěn)定的影響也愈嚴(yán)重。6.7壩體溫度控制與混凝土防裂措施（一）收集資料要求當(dāng)日平均氣溫２～３ｄ連續(xù)下降不小于６℃，稱之為“氣溫驟降”，對(duì)壩體防裂不利。設(shè)計(jì)應(yīng)搜集整理壩址地區(qū)溫度資料，并對(duì)年平均氣溫和變幅、多年月平均和旬平均氣溫、氣溫驟降的幅度和歷時(shí)及出現(xiàn)的頻率、水庫(kù)水溫、壩基地溫、日照等資料進(jìn)行分析。（四）

表面保護(hù)及溫控措施選用（1）表面保護(hù)混凝土裂縫大多數(shù)是表面裂縫，在一定條件下表面裂縫可發(fā)展為深層裂縫，甚至為貫穿性裂縫，因此加強(qiáng)混凝土表面保護(hù)至關(guān)重要。氣溫驟降是引起混凝土表面裂縫的最不利因素之一，低溫季節(jié)內(nèi)外溫差過(guò)大或混凝土表面溫度梯度過(guò)大，也是引起混凝土表面裂縫的原因之一，因此應(yīng)特別注意氣溫驟降期間及低溫季節(jié)混凝土表面保護(hù)。（1）溫度控制措施選用溫控措施的選用應(yīng)符合以下要求：應(yīng)采用合適的混凝土原材料，改進(jìn)混凝土施工管理和施工工藝，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。應(yīng)合理安排混凝土施工程序，在有利季節(jié)澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土，并控制相鄰塊、相鄰壩端高差?；A(chǔ)約束區(qū)混凝土應(yīng)連續(xù)均勻上升，不得出現(xiàn)薄層、長(zhǎng)間歇情況?？刂苹炷寥甑臐仓?，高溫季節(jié)宜利用夜間澆筑，嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)避免在冬季澆筑混凝土。6.8碾壓混凝土拱壩碾壓混凝土拱壩的材料性能要求、構(gòu)造要求、溫控要求、施工特點(diǎn)等與混凝土重力壩大