1、1,第四章 支 墩 壩(buttress dam),2,第四章 支 墩 壩(buttress dam),支墩壩是由一系列支墩和支墩支撐的上游擋水蓋板組成。 目的：最大限度地利用材料強(qiáng)度 ；最大限度地減小揚(yáng)壓力 ；充分利用水重來(lái)節(jié)省砼方量 。 一 組成與工作原理 （1）組成 ：支墩壩由一系列獨(dú)立的支墩和擋水面板組成，支墩順壩軸線(xiàn)排列，上游面設(shè)擋水面板，遮斷河谷，形成擋水面。 （2）傳力方式： 庫(kù)水壓力由面板支墩地基 （3）工作原理：利用水重和自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗水平水壓力維持穩(wěn)定。,1 概述,3,二 支墩壩的型式 根據(jù)擋水面板的形狀可將支墩壩分為平板壩、連拱壩、大頭壩三種型式。前二者為

2、輕型壩，后者為大體積壩。 1 平板壩（plat slab buttressed dam） 蓋板是一鋼筋混凝土板，并以簡(jiǎn)支的型式與支墩連接。,4,2 大頭壩 由擴(kuò)大的支墩頭部起擋水作用，能充分利用材料強(qiáng)度。對(duì)地基的適應(yīng)性好。,磨子潭雙支墩大頭壩,桓仁單支墩大頭壩,5,3 連拱壩（multiple arch dam） 擋水面由一系列拱形面板組成，受力條件優(yōu)，能充分利用材料強(qiáng)度，對(duì)地基要求高。,梅山連拱壩,佛子嶺拱壩,6,Danel johnson Dam 高214m，長(zhǎng) 1220m,7,三 支墩壩特點(diǎn) 與其他混凝土壩比 1 混凝土用量省 2 能充分利用材料強(qiáng)度 3 壩身可以溢流：大頭壩、平板壩可以

3、溢流，連拱壩一般不溢流 4 壩身鋼筋用量大 5 對(duì)地基地質(zhì)條件：連拱壩要求高，平板壩要求低。 6 施工條件：溫控改善，模板復(fù)雜 7 側(cè)向穩(wěn)定性差,廣東新豐江單支墩大頭壩,浙江湖南鎮(zhèn)梯形支墩壩,8,9,四 支墩壩的發(fā)展,實(shí)體重力壩 寬縫重力壩 支墩壩 最高平板壩：墨西哥，羅德里格茲，高73m，單 支墩 最高大頭壩：巴西巴拉圭，伊態(tài)普，高196m，雙支墩 最高連拱壩：加拿大，丹尼爾約翰遜，高214m，長(zhǎng) 1220m,揚(yáng)壓力大，體積大，材料強(qiáng)度利用不充分,揚(yáng)壓力減少，體積減小，材料強(qiáng)度利用有改善,減少,再減少,揚(yáng)壓力再減少，體積 再減小，能充分利用 材料強(qiáng)度。,10,（一）平板壩 1體形和構(gòu)造 平板

4、壩由支墩和面板組成。面板支撐于支墩，有簡(jiǎn)支式（適應(yīng)地基變形，較常用）和連續(xù)式兩種 （1）面板 要滿(mǎn)足氣候、構(gòu)造和施工要求 （2）支墩 多采用單支墩，上下游坡由抗滑 穩(wěn)定和應(yīng)力條件決定。 （3）壩頂可以溢流 （4）適用：中、低水頭，氣候溫和地區(qū)。,支墩,2 平板壩,11,2 平板壩的結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn),包括平板內(nèi)力計(jì)算、墩肩力計(jì)算、支墩應(yīng)力計(jì)算和配筋計(jì)算。 （1）平板內(nèi)力 簡(jiǎn)支式平板壩： 單位寬度板條簡(jiǎn)支梁計(jì)算。 板厚a，自重ac,12,簡(jiǎn)支式平板壩面板的底部實(shí)際上用齒墻與地基相嵌固以增強(qiáng)壩的防滲與抗滑能力。故作較精確的分析時(shí)，可考慮按底邊固接而兩側(cè)簡(jiǎn)支的三邊支承板計(jì)算內(nèi)力。,連續(xù)式:可垂直上游壩面截

5、取單寬連續(xù)梁或多跨框架進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)連續(xù)平板擱置于支墩時(shí)，按連續(xù)梁計(jì)算； 當(dāng)連續(xù)平板與支墩剛性連接時(shí)，按多跨框架計(jì)算。,13,（2）墩肩力 面板傳來(lái)力、水壓力等,設(shè)為三角形分布，合力R。 面板和墩肩的摩擦力（溫度變化面板伸縮引起） F=Rf ，f為摩擦系數(shù),墩肩寬bc ，R和F產(chǎn)生的AD面上彎矩 MR(2/3)Rbc MF=(1/2)Fh AD上： 總彎矩MMR+MF 剪力Q=R 軸力N=F,14,因此，AD上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。需配受力鋼筋。為減小此拉應(yīng)力有時(shí)可把墩肩做成削肩斜面，使R傾向墩頭內(nèi)部、可適當(dāng)減小拉應(yīng)力，但仍需配置受拉鋼筋。,15,3 大頭壩,大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩（平板壩、

6、連拱壩）之間，屬于大體積混凝土。 1 體形和構(gòu)造 （1）頭部 平頭型、圓弧型和鉆石型。 （2）支墩 有開(kāi)敞式單支墩、封閉式單支墩、 開(kāi)敞式雙支墩、封閉式雙支墩等四種。,應(yīng)力狀態(tài)不好,立模不便,介于兩者之間,16,（3）基本尺寸 包括大頭跨度、支墩平均厚度和上下游坡度。 跨度大小對(duì)壩體總方量影響不大?？缍却?，支墩的數(shù)目少，厚度增大，有利于側(cè)向穩(wěn)定，便于施工。但支墩過(guò)厚，有溫控問(wèn)題。 壩高Hm 45 4560 100 跨度Lm 912 1216 1618 墩厚可根據(jù)壩高、跨厚比S=L/B（1.42.4）擬定 支墩在豎直向自上向下可做成等厚的或變厚的，高、中壩一般采用變厚的。 根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度要求選定

7、上、下游壩坡坡率。放緩上游邊坡，可多利用水重，對(duì)穩(wěn)定有利，但過(guò)緩，對(duì)應(yīng)力不利（壩踵應(yīng)無(wú)拉應(yīng)力）； 同時(shí)底寬加大，開(kāi)挖量增加 上下游壩坡大多為 1：0.41：0.6,17,大頭壩的支墩一般不致發(fā)生壓曲失穩(wěn)。百米以上的高壩，要進(jìn)行縱向壓曲穩(wěn)定驗(yàn)算。 采用歐拉法或能量法計(jì)算。 假定：支墩為由一系列被分割開(kāi)的柱條所組成，忽略支墩的整體作用。 計(jì)算工況：選擇最有可能失穩(wěn)的柱條作為分析對(duì)象。 對(duì)于開(kāi)敞式支墩，鄰近下游邊最長(zhǎng)的柱條最為危險(xiǎn)；封閉式支墩，取離下游頭部稍遠(yuǎn)的根較長(zhǎng)的柱條來(lái)驗(yàn)算（此處相鄰支墩互不相靠）。 計(jì)算方法：柱條軸心受壓的作縱向彎曲穩(wěn)定問(wèn)題。,（2）支墩縱向壓曲穩(wěn)定,2 穩(wěn)定分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算要

8、點(diǎn) （1）穩(wěn)定分析 抗滑穩(wěn)定同重力壩,18,19,歐拉統(tǒng)一公式 臨界荷載,一般要求K23,變厚支墩兼計(jì)頂部集中力及自重分布力時(shí)，要用能量法才能得到臨界荷載。,能量法,詳見(jiàn)水工設(shè)汁手冊(cè)(策5卷),20,（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算,包括頭部應(yīng)力分析、支墩應(yīng)力分析、抗震計(jì)算、強(qiáng)度與剛度校核等。,劈頭裂縫：運(yùn)行過(guò)程中滲透壓力與溫度的不利組合作用，施工期表面裂縫發(fā)展形成。滲透壓力起關(guān)鍵作用。,由0得 E、B與d之間關(guān)系：,按偏心受壓公式，求上游邊緣應(yīng)力（E面上的上游點(diǎn)）,21,3 構(gòu)造特點(diǎn),（一）伸縮縫：適應(yīng)溫度變化和地基不均勻沉陷，保持各壩段工作獨(dú)立性。 （二）縱縫：適應(yīng)澆筑能力；溫控防裂；防止斷面急劇變化影響。 （三）灌漿廊道：雖揚(yáng)壓力較小，但仍需帷幕灌漿。 為減小壩頭內(nèi)的滲透壓力，防止產(chǎn)生劈頭裂縫，壩面設(shè)防滲層，大頭水平排水孔幕。 （四）過(guò)水：壩頂溢洪，壩身泄水管。,22,4 連拱壩,擋水蓋板呈拱形的輕型支墩壩。 1 特點(diǎn) （1）溫度變化和壩基不均勻變形對(duì)壩體應(yīng)力影響顯著。 （2）充分利用材料強(qiáng)度，拱殼可很薄，混凝土方量小。 （3）施工復(fù)雜，鋼筋用量大。 2 基本尺寸 包括支墩間距、墩厚、上下游邊坡、拱中心角和拱厚等。 3