拱坝的布置讲解
河海大水利水电工程概论讲义04拱坝
第四章拱坝第一节概述一、拱坝概念拱：在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构叫拱式结构拱坝：是一个三边嵌固在基岩上的变曲率、变厚度的多次超静定空间壳体结构二、拱坝的工作原理●拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂梁的作用传给底部基岩。
它不象重力坝那样依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。
●P=Pa+Pc三、工作特点1.稳定性特点2.应力特点3.拱梁作用的自行调整①拱梁系统的调整②拱圈自身调整为二次拱4.抗震性能好5.温度荷载是主要载之一6.地基变形对坝体应力影响大（2）由于拱是一推力结构，当拱坝以拱的作用为主时，坝体应力以受压为主，因此可以发挥混凝土、砖石等材料的抗压强度高的特点。
（3）拱坝是一整体的空间壳体结构，局部破坏只会导致荷载的转移和应力的重分布，而不会造成严重的失事。
因此说拱坝的安全度较高，同时基于这一原因，拱坝允许出现拉应力。
（4）厚度薄、重量轻、柔度大，抗震性好。
四、拱坝对地形地质的要求1.对地形的要求①河谷狭窄②岸坡平顺无突变③坝两端下游有足够大的岩体支撑拱坝的分类1、按高度分：高（H≥70m）、中、低（H＜30m）●2、按厚高比分：TB/H＜0.2 薄拱坝；0.2—0.35中厚拱坝；＞0.35厚拱坝或重力拱坝●3、按结构分：周边固定拱坝、周边缝拱坝、有重力墩的拱坝、空腹拱坝、铰拱坝、预应力拱坝、拱上拱拱坝、上重下拱拱坝4、按坝体曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝5、按水平拱的形式分：圆弧拱坝，二心圆拱坝；三心圆拱坝；抛物线拱坝；椭圆拱坝；对数螺旋线拱坝；双曲线拱坝。
6、按水平拱的厚度变化分：等厚拱坝；变厚拱坝五、拱坝的发展阶段1、拱坝发展阶段1.1、拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前）1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）1.3、拱坝建设的成熟阶段（1917－1960年）1.4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）世界拱坝之最：已建最高拱坝：前苏联英古力拱坝H=272m,n=2.8 T/H=0.15在建最高拱坝：中国小湾拱坝H=292m,n=2.83,T/H=0.238在设计的最高拱坝：中国锦屏拱坝H=305m ,n=1.6,T/H=0.19二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽，它的坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高240米，是中国已建成的最高坝，它的高度在世界同类型坝中居第四位。
拱坝设计
若坐标原点取在拱冠处，则方程变为：
y x2 / 2Rc （4.2）
抛物线坐标系
y
m
抛物线 y0
xφ
RC φm
抛物线拱坝的设计
在单心圆拱坝里，拱的上游面，
中心线和下游面三条曲线组成同心圆，
通过圆心的径向铅直面正好是三个同 A
C
心圆的法向面，三条线正好重合，它
B
们的中心角都相等。
在抛物线拱坝里，拱的上游面，
• 水平拱曲率半径
水平拱曲率半径的拟定是比较关键的，在利用岩石等 高线的平面图上，分别量得控制高程左右岸的弦长（左右 岸是可以不等的）。根据上面的定义，有：
X A RC tg A
方程中有两个未知量，RC和φA不能同时设定，只能设 定一个再计算另一个，也就是只有一个未知量是独立的， 一半假定φA然后计算Rc。根据在已建的三个工程，顶拱 2φA一般在750-900，底拱φA一般在300左右。
OB
中心线和下游面是三条抛物线，各有
OAOC
各的焦距，所以设计起来要麻烦一些。
由于应力计算用拱的中心线（对于整个坝体则用中曲面）
来进行，所以 设计时我们以中曲面为准。如图4.2，拱圈 的厚度这样确定：以中曲面上任意一点C与其曲率中心O 的连线构成中曲面的曲率半径，它与上下游面交点间的距 离AB作为拱圈的厚度。显然AB点的曲率半径与C 点的曲 率半径是不重合的，它们的似中心角也不相等。
同商定开挖深度，确定地基开挖线。
• 开挖深度
规范规定“一般高坝应尽量开挖至新鲜或微风化 的基岩，中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中、 下部的基岩。”
两岸的开挖，应尽量使岸坡平顺，不要出现凸点。 因为有凸点的地方，有应力集中现象；
两岸地形不对称时，不必强调对称性，根据实际 情况确定开挖线；
拱坝布置实例
第7步：坝面检查，就是对已布置好的拱坝进行坝面光滑 程度，坝面倒悬度，各层拱圈圆心在拱冠梁剖面上的连线是否 光滑，中心角等方面进行检查。凡发现有不妥之处，均应进行 修改，直至符合要求为止。 （1）坝面光滑程度及倒悬度检查。自拱冠向两岸沿顶拱 径向切取若干个悬臂梁断面，现右岸切取5个，左岸切取3个共 8个悬臂断面（见图4），依次绘出各剖面，如图7所示。从图 上可以看出坝体表面是光滑平顺的，倒悬度均在0.3以内，满足 混凝土拱坝对倒悬度的要求。
综上所述，可取坝底厚度TB=9m。 拱坝的坝顶厚度和坝底厚度确定后，即可选定合适的拱 冠梁剖面。
第6步：布置其它各高程的拱圈。拱冠梁剖面形状尺寸初 步拟定后，自坝顶往下，每隔5~20m绘制一层拱圈，布置原 则与顶拱相同，要求各拱圈左右半中心角应大致相同，相差 不宜超过5°~10°，各层拱圈圆心在垂直剖面上的连线呈光 滑的曲线。 初步采用等中心角布置，中心角均取100°。
开挖到可利用基岩处的新鲜岩石。 因坝顶高程是67m，不是10的整倍数，在地形图上没有该
等高线，需先按比例在60m和70m高程之间点绘出67m高程等
高线（可假设在某处60m到70m高程之间的地面坡高均匀）。
现根据地质剖面图确定各高程开挖深度，画可利用基岩 等高线地形图，只需在地质剖面图上画两岸各高程的水平连 线，量原地面到可利用基岩线之间的水平距离即可得到开挖 后的可利用基岩等高线。可利用基岩等高线地形图如图4所示。
第二，参照类似工程确定，即工程类比法。翻阅有关资 料可知，坝高在40~50m的拱坝底厚度一般为8~12m不等。 第三，河谷处宽高比L1/H=2.13，故适宜修建中厚拱坝。 中厚拱坝的坝体厚高比TB/H=0.2~0.35，现取TB/H=0.2，则 TB=9.4m。坝址处河谷狭窄，且岩石坚硬，加之坝不算太高， 因此可将坝做得较薄。
拱坝的布置步骤(精)
拱坝布置的步骤图1拱坝倒悬的处理拱坝的布置无一成不变的固定程序，而是一个反复调整和修改的过程。
一般步骤如下：（1）根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，定出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图。
（2）在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱轴线的位置。
将顶拱轴线绘在透明纸上，以便在地形图上移动、调整位置，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不小于30°，并使两端夹角大致相同。
按选定的半径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。
（3）初拟拱冠梁剖面尺寸，自坝顶往下，一般选取5~10道拱圈，绘制各层拱圈平面图，布置原则与顶拱相同。
各层拱圈的圆心连线在平面上最好能对称于河谷可利用岩面的等高线，在竖直面上圆心连线应为连续光滑的曲线。
（4）切取若干铅直剖面，检查其轮廓线是否光滑连续，有无倒悬现象，确定倒悬程度。
并把各层拱圈的半径、圆心位置以及中心角分别按高程点绘，连成上、下游面圆心线和中心角线。
必要时，可修改不连续或变化急剧的部位，以求沿高程各点连线平顺光滑。
（5）进行应力计算和坝肩岩体抗滑稳定校核。
如不满足要求，应修改布置及尺寸，直至满足拱坝布置设计的总要求为止。
（6）将坝体沿拱轴线展开，绘成拱坝上游或下游展视图，显示基岩面的起伏变化，对于突变处应采取削平或填塞措施。
（7）计算坝体工程量，作为不同方案比较的依据。
图2为在地形图上布置拱坝的示意图。
图2拱坝布置示意图（a）沿拱坝基座轴线的地形横剖面图；（b）拱冠梁剖面；（c）在某高程处切出的水平拱圈1—原地面线；2—新鲜基岩边界线；3—拱坝支座的周界；4—混凝土垫座标签：拱坝布置的步骤。
06第六章 拱坝
3. 变半径变中心角拱坝（如图6-7）
为避免等中心角拱坝上游面形成过大的倒悬与扭曲，可将中心角 从拱顶向下逐渐减少（约小至70。～90。），即为变半径变中 心角拱坝。它适用于三角形或梯形河谷修建。这种坝应力分布不 够均匀，最大应力发生于下部l/3坝高范围内，且拉应力较大， 坝顶溢流也不便，施工难易及工程量介于前述二者之间。
二、排水设备 由于渗透压力对拱坝的稳定影响很小，一般可不考虑排水设
备，但重力拱坝则需设置排水设备。
三、坝与地基及两岸的连接 根据拱坝的结构及传力特点，坝与地基及两岸的连接应牢
固可靠，在地基及与两岸相接的地方，应将所有破碎的岩石挖 除，对坚固岩石中的裂隙应加以灌浆。基础清至岩面后，应将 岩石表面泥沙污垢冲洗干净，浇筑一层混凝土垫层后，便可进 行坝体砌筑，为了防止基础渗漏在上游面应设置截水齿墙，并 在其下作帷幕灌浆。拱端支撑处的河岸岩石要很好处理，为满 足坝头稳定的要求，拱圈拱轴线与地形等高线的夹角一般不小 于30。拱端与岩石接触面应作成半径方向一致，使拱能支撑在 垂直的径向平面上（图6-22（a））。同时，为减少岩石的开 挖量，宜将拱端支撑处的岩石作成阶梯形（图6-22（b））。
L/H<2.0～3.0时，可修建拱坝； L/H=3.0～3.5时，可修建重力拱坝； L/H>3.5～4.0时，则认为修建拱坝不经济，但也不是绝对 的，目前有的工程在L/H=7～1l时，也有修拱坝的
图6-1 不同地形建坝示意图 （a）河谷一岸较平缓 （b）河谷有部分深槽
当天然地形不够理想时，也可进行人工处理，如河谷一岸比较 平缓时，可作重力坝段或重力墩形成支座，如果河谷部分为一深 槽也可用浆砌石做垫座，上部做成拱坝（图6-1）。
二、拱坝对地形的要求
拱坝受的荷载大部分靠拱的作用传给两岸，还有一部分由垂直 方向的悬臂梁作用传给河底。因此一般要求建在狭窄河谷 （形状最好是对称三角形）。如果河谷过宽时，拱的作用就
拱坝的体型和布置.
拱圈中心角的确定
（3）根据工程经验和规范选择中心角 综上所述，中心角的大小直接影响到应力条件、工程造价和 坝肩岩体的稳定。当中心角较大时，拱圈应力条件较好，坝 体工程量也较小，但拱端处的推力会更接近于平行河岸,对坝 头稳定不利。自玛尔巴塞坝崩垮后，20世纪60年代以来，在 世界范围内，拱坝界的认识有一个飞跃，就是普遍承认拱坝 基础的重要性是第一位的。因此，选择中心角时，应当是在 满足坝肩稳定条件下，尽量加大中心角，水平拱圈最大中心 角应根据稳定、应力、工程量等因素，采用750～1100。而 在坝的底部，由于拱作用实际不大，拱中心角可减小，一般 在500～800之间。
河谷形状不规则或者有局部深槽
可设计成有垫座的拱坝。
单曲拱坝和双曲拱坝
单曲拱坝在U形河谷中造价经济。 这种拱坝一般都有一个直立的筒 形参考面，而且常常是上游面， 体形很简单，便于设计、施工， 泄水、引水布置方便，在一定程 度上具有重力坝泄放大流量比较 方便可靠的优点。因此，虽然双 曲拱坝近几十年来已得到较大发 展，但单曲拱坝仍具有其不能被 替代的适用场所。
1
0.7 0.5
2
0.5 0.4
3
0.4 0.3
（2）绘制可利用基岩面等高线地形图 根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，面布置。
（3）确定坝轴线位置和坝顶中心角 在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱轴线的位置。在 实际工程中常以顶拱外弧线作为拱坝的轴线。如果是圆拱， 顶拱轴线的半径 R轴＝（0.6～0.8）L1 可用，为坝顶高程处 两拱端可利用基岩面的直线距离。 上述半径绘制坝轴线在透明纸上，并在可利用基岩面等高线 地形图上移动调整位置，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端 处的夹角不小于30，并使两端夹角大致相等，进而确定坝轴 线的位置。在此基础上，再调整确定中心角 2 A 。为此， 在地形图上可按选定的半径、中心角、坝顶高程及顶拱厚度 画出顶拱的平面布置图。
《水工建筑物》第三章：拱坝的布置及荷载、应力及稳定分析、坝身构造及优化、地基处理等基础知识
单曲拱坝
双曲拱坝
（3）按构造 周边缝拱坝：在靠近坝基周边设置永久缝的拱坝； 空腹拱坝：坝体内有较大空腔的拱坝。
四、拱坝的发展概况
●最古老拱坝遗址是古罗马时期建于法国南部的鲍 姆拱坝，坝高约12m。13世纪伊朗修建的库力特拱坝， 高达60m，这个记录一直保持到20世纪初。
曲线等于上游面的曲线加上 T(z) 。
■单曲拱坝，拱冠梁上游面是铅直线，下游面 是倾斜直线或几段折线。
三、拱坝布置的步骤和原则
（一）步骤
1.根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，定 出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图。
2.在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱 轴线的位置。以顶拱外弧作为拱坝的轴线。顶拱 轴线的半径可用 ＝0.6L1，或参考其他类似工程初 步拟定。将顶拱轴线在地形图上移动，调整位置 ，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不 小于30°，并使两端夹角大致相近。按选定的半 径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。
图4–12 拱冠梁剖面尺寸示意图 1–凸点；2–拱冠顶点的铅垂线
根据我国对东风、拉西瓦等11座拱
坝的β 1、β 2和S值的敏感性计算分析， 其适合范围是：β 1＝0.6～0.7，β 2＝0.15～0.2，S＝
0.15～0.3。对基岩变形模量较高或宽高比较大的河
谷，β 1、β 2取小值、S取大值。定出A、B、C三点位
L/H=6.0，T/H＝0.29。
2. L/H相同，不同河谷形状的比较
（a）V型河谷；（b）U型河谷
1–拱荷载；2–梁荷载
★V形： 适于发挥拱的作用， 靠近底部水压强度最大，但拱跨 短，因之底拱厚度仍可较薄；
第三节 拱坝的布置
第三节拱坝的布置一、拱坝断面尺寸的初步拟定当坝高已定，坝体待定的基本尺寸主要是：拱圈的平面形式及各层拱圈轴线的半径和中心角，拱冠梁上下游成的形式以及各高程的厚度。
首先要拟定的是平面拱圈的形式及其中心角、半径和厚度，以及拱冠悬臂梁的尺寸。
圆弧形拱圈的中心角、半径和厚度拱坝的水平拱圈以圆弧形最为常用。
图3-10为从拱坝任意高程取的单位高度的等截面圆拱，设拱圈的外半，拱圈中心线半径为，中心角为，在沿外弧均布水压力平衡条件可得“圆简公式”为：径为图3.10 圆弧拱圈水平拱圈的较优形态合理的拱圈形式应当是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀，从工程力学可知，当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，其最合理的形态为圆弧拱。
但是对于拱坝来说，由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系统共同承担外荷载，且水平拱所分担的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少（图3-1c）的。
因此最经济合理的拱圈形大辩论就不一定是圆弧拱，实际采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。
铅直剖面（拱冠梁）的形式和尺寸在拱坝的轴线和拱圈平面形式确定之后，铅直剖面可以拱冠梁为代表，初步拟定其尺寸。
1、坝顶厚度坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行、交通要求，一般不应小于3m。
坝顶厚度还可按下列经验公式估算：式中H——坝高(m)L1——坝顶高程外两拱端新鲜基岩之间的直线距离（m）；R辆——顶拱轴线的半径（m），初估时可取，此时相当于顶拱中心角为113°。
在实际工程中常以顶拱外弧作为拱坝的轴线。
2、坝底厚度拱坝的坝底厚度主要取决于坝高和河谷形状。
设计时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置定出合适的尺寸。
作为拱坝优选的初始方案，坝底厚度可按下式计算：式中K——经验系数，一般可取K=35×10-4——分别为第一层及倒数第二层拱圈处两拱端新鲜基岩面之间的直线距离（m）；3、拱冠梁的形态和尺寸拱冠梁剖面的形态对拱坝的竖直曲率和自重应力有很大影响。
第四章-拱坝
ARCH DAM
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 拱坝的布置 拱坝的荷载 拱坝的应力分析 坝肩稳定分析 拱坝的坝身泄水及 消能防冲 拱坝的构造和地基处理
第一节
概
述
一、问题的提出 二、拱坝的工作原理 三、工作特点 四、拱坝对地形地质条件的要求 五、拱坝的形式 六、拱坝的发展概况
二铰拱 固端拱
拱坝：是一个三边嵌固在基 岩上的变曲率、变厚度的多 次超静定空间壳体结构
平面形状
立面形状
分缝分块
坝身可以泄洪
二.拱坝的工作原理
拱坝是拱向上游三向固定的空间壳体挡水建 筑物,它将水压力、泥沙压力的大部分通过拱 的作用传到两岸岩体，而将另外的通过悬臂 梁的作用传给底部基岩。它不象重力坝那样 依靠自重来维持稳定，而是由两岸岩体的支 撑和砼的抗压强度来维持拱坝的稳定和安全。 P=Pa+Pc
意大利的高桥（Ponte Alto）拱坝于1612年建成时仅4.98米， 以后随着水库不断淤积不断加高，共加高７次，最后一次是 １８８７年加高至39米。
1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）
标 志 ： 1854 年 ， 法 国 工 程 师 左 拉 (Zola)在普罗旺斯地区艾克斯设计 建成４３米高的左拉拱坝。该拱坝 以圆筒公式为指导，主要利用水平 拱的作用来保证大坝的安全。 所用理论：将拱坝坝体比拟成一系 列独立叠置的水平圆弧形拱圈，在 外荷作用下通过水平拱圈的作用， 将其传至两岸，忽略了拱坝上、下 拱圈传力的梁的作用。在对水平拱 圈结构的认识上又可分为“圆筒结 构”和“固端拱”两种。
１９３６年以前：美国代表世界拱坝水平：美国胡佛大坝的 建成，应该说美国代表着世界拱坝建设的水平，对拱坝拱梁 结构概念的形成、应力分析方法的产生和发展以及大体积混 凝土坝成套施工及温控技术的发展作出过巨大的贡献。 1936--1975拱坝建设的先进水平转移到了西欧（法、意、 瑞），其主要贡献在于对双曲拱坝结构等轻、巧、薄拱坝结 构的发展以及拱坝结构模型实验方法的发展。 进入７０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家移至前苏 联，它以高拱坝建设为其主要标志。 ８０年代末期，代表世界拱坝建设水平的国家是中国，其主 要标志有对非圆弧拱型拱坝的发展、体型优化技术、ＲＣＣ 拱坝的实践、复杂自然条件下修建拱坝的技术（包括宽河谷、 大流量、复杂地基等）、特高拱坝的建设、动静力应力稳定 分析方法的完善及其软件的开发、拱坝ＣＡＤ技术的发展等。
第六章拱坝
第四章拱坝主讲：戴全厚第一节概述一、拱坝的特点及类型拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的或向上游弯曲。
坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。
拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图6-1所示。
图6-1 拱坝平面及剖面示意图拱坝在平面上呈拱形，可由混凝土及浆砌石筑成，其荷载主要借助拱的作用传给两岸，拱内主要是压应力，这样能充分发挥材料的抗压强度，故其断面尺寸比重力坝小。
所以，拱坝具有工程量小，投资少、工期短、见效怯等优点，在小流域治理及泥石流防治中应用广泛。
近年来，我国各地修建了不少中小型拱坝，在坝型、材料、地基处理、施工等方面积累了不少经验。
高拱坝也有了很大的发展，河南省某浆砌石拱坝，坝高达95m。
小流域节拦蓄水拱浆砌石重力拱坝金沙江拱坝小流域节拦蓄水拱金沙江拱坝浆砌石重力拱坝⏹坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的反力来维持。
拱坝的坝肩是指拱坝所座落的两岸岩体部分，亦称拱座。
⏹拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁，一般它位于河谷的最大深处。
1.拱坝的结构特点（1）拱作用的结构特点拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。
拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。
对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3～2/3。
双曲砌石拱坝（2）空间整体作用的特点拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。
根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的5～11倍。
实例：意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。
拱坝讲义(河海大学水工建筑物课件)
一 、拱坝的特点
4、抗震性能好；
已建拱坝经历地震考验情况统计
（注：**表示无损伤）
坝名
修建 年代 1914 1958 1902 1949 1938 1953 2002 1998
坝高 (m) 40 38 36 36 30 24 130 240
库容 （亿m3） 0.09 0.22
地震日期
烈度
震级
受损情况 **
1963.7.26 1954.3.1
5.4 5.5 8.0 11 5.4 6.6 8.0 6.1
烈度 6 -
震级 8.0 8 4.5 3
受损情况 ** 渗漏增大 ** 渗漏增大 ** ** 局部破坏
1963 1969.2.28 19714/1994
5.5 8.0 6.6/ 6.8
意大利
智利 日本
1949
1968 1955
112
112 110
6.84
68 0.92 1968.3.3 1961.2.27
8、设计、施工技术要求高；
二、拱坝的类型
1、按高度分 可分为高坝、中坝和低坝。水利行业和电力行业 的混凝土拱坝设计规范在坝高的划分存在一些差异。 200m及以上称超高拱坝，300m及以上称为特高拱坝。
坝高划分
坝高分类 高坝 电力行业规范[2] H＞100m 水利行业规范[3] H＞70m
中坝
低坝
H=50m～100m
等效线性温度td：
对薄拱坝影响较大，中小工程可不考虑，见图（c）； 产生原因： 蓄水后，库水温度变化幅度小于下游气温变幅， 所以，沿坝厚产生温度梯度；
拱坝的构造
拱坝的构造（一）坝体分缝、接缝处理拱坝是整体结构，不设置永久性横缝，为便于施工期间混凝土散热和降低收缩应力，防止混凝土产生裂缝，需要分段浇筑，各段之间设有收缩缝，在坝体混凝土冷却到年平均气温左右，混凝土充分收缩后再用水泥浆封堵，以保证坝的整体性。
拱坝横缝一般沿径向或接近径向布置。
对于定中心拱坝，径向布置的横缝为一铅直平面，对于变半径的拱坝，为了使横缝与半径方向一致，必然会形成一个扭曲面。
有时为了简化施工，对不太高的拱坝，也可用仅与1/2坝高处拱圈的半径方向一致的铅直面来分缝。
横缝间距一般为15~20m。
横缝上游侧应设止水片，止水的材料和做法与重力坝相同。
横缝底部缝面与地基面的夹角不得小于60O，并应尽可能正交。
缝内设铅直向的梯形键槽，以提高坝体的抗剪强度。
拱坝厚度较薄，一般可不设纵缝。
对厚度大于40m的拱坝，经分析论证，可考虑设置纵缝。
相邻坝块间的纵缝应错开，纵缝的间距约为20~40m。
为方便施工，一般采用铅直纵缝，到缝顶附近应缓转与下游坝面正交，避免浇筑块出现尖角。
纵缝内一般应设水平向键槽以提高铅直向抗剪强度，键槽形状一般为三角形，键槽的一个面应和一个主应力方向接近垂直。
收缩缝按封拱时填灌方式不同可分为窄缝和宽缝两种。
窄缝是两个相邻的坝段相互紧靠着浇筑，因混凝土收缩而自然形成的缝，缝中预埋灌浆系统（如图3-36），坝体冷却后进行接缝灌浆，混凝土拱坝一般都采用这种窄缝。
宽缝又称回填缝，是在坝段之间留的宽度，缝面设键槽，上游面设钢筋混凝土塞，然后用密实的混凝土填塞。
宽缝散热条件好，坝体冷却快，但回填混凝土冷却后又会产生新的收缩缝。
（二）坝顶坝顶宽度应根据剖面设计和满足运行、交通要求确定。
当无交通要求时，非溢流坝的顶宽一般不小于3m。
溢流坝段坝顶布置应满足泄洪、闸门启闭、设备安装、交通、检修等的要求。
（三）坝体防渗和排水拱坝上游面应采用抗渗混凝土，其厚度约为（1/10~1/15）H，H为坝面该处在水面以下的深度。
第十章拱坝分解
保证坝体承载能力还是存在的。根据国内外拱坝 结构模型试验研究表明，拱坝的超载能力可以 达到设计荷载的5~11倍。
在抗震性能上，由于拱坝是整体性的空间结 构，坝体比较轻韧，弹性较好，只要基岩稳定， 拱坝抗震能力是比较好的。意大利的柯尔费诺拱 坝，高40m，曾遭受破坏性地震，附近市镇的建 筑大都被毁，这个坝却没有裂缝和伤损。我国河 北省邢台地区峡沟水库的浆砌石拱坝，高78m， 在满库情况下曾经受1966年3月的强烈地震，震 后检查坝体，并未发现任何裂缝和损坏。
对于底部狭窄的V形河谷，为了不致降低拱的效 应，宜将各层拱圈的外半径从上到下逐步减小， 使各层拱圈的中心角基本上保持一致。但要使中 心角完全保持一致很难实现，所以在实标工程中 广泛采用上下拱圈的外半径和中心角都不相等的 “变半径、变中心角”式的拱坝坝型。
三、拱坝的泄水方式
拱坝的泄水方式主要有：自由跌流式、鼻坎 挑流式、坝身泄水孔等方式 。
§10-2 拱坝的布置
拱坝布置的任务是结合坝址地形、地质、水 文和施工条件选择坝型，拟定坝体基本尺寸，作 为坝体应力公析的依据。然后反复修改以求得安 全可靠、经济合理的设计方案。
一、拱坝的几何尺寸
现取单位高度的等截面圆拱来说明坝体几何
尺寸的特点。在沿外弧均布的压力p的作用下，设
拱圈厚度为T，外弧拱半径为Ru，拱形中心角为 2φA。假定拱圈两端与河岸的支承条件为滚动支 座，拱圈内部只存在沿拱轴线方向的均轴y为
拱圈的对称轴，沿y轴方向按力的平衡条件可列出
下列平衡方程：
2N sinA
A 0
pRu
cosd
即
N pRu
如坝体的容许应力为 [σ] ，按强度条件 N/A≤[σ]，可得出所需要的拱圈厚度T为：
第二章 拱 坝
第二章拱坝第一节拱坝的特点、类型一、特点1、拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。
2、拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。
3、拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。
4、拱坝的抗震性能好。
(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。
5、拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。
6、近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。
7、温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。
但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。
因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。
二、拱坝的适用条件(一)地形条件1、理想的地形条件：河谷断面狭窄对称，山体雄厚，坝址上游较为宽阔，顺河流方向河谷逐渐变窄，呈“漏斗”状。
2、地形条件指标——河谷宽高比Ｌ/Ｈ<2.0时，薄拱坝Ｌ/Ｈ＝2.0～3.0时，中厚拱坝Ｌ/Ｈ>3.0时，厚拱坝虽然目前已认为L/H=5～7左右，拱坝仍可能有较好的经济性。
但到1990年为止，国外高于120米已建的拱坝中，L/H＞5的仅3座，L/H＞3的仅21座，说明拱坝(特别是高拱坝)应选在河谷狭窄处，中低拱坝的应力较小，L/H可放宽一些。
３、Ｕ形河谷与Ｖ形河谷的区别Ｕ形河谷大部分荷载由梁承担，坝体较厚。
Ｖ形河谷大部分荷载由拱承担，坝体较薄。
(二)地质条件理想的地质条件是：构造简单、岩体坚硬、完整、均一、有足够的强度、透水性小、抗风化能力强。
三、拱坝发展现状120m以上高拱坝中，以瑞士，美国，意大利，西班牙等国较多。
第三章 拱坝
第三章拱坝第一节概述一、拱坝的特点●结构特点：拱坝是一空间壳体结构,坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。
坝体结构既有拱作用又有梁作用。
其所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。
拱坝两岸的岩体部分称作拱座或坝肩；位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁，一般位于河谷的最深处。
拱坝示意图拱坝平面及剖面图●稳定特点：拱坝的稳定性主要是依靠两岸拱端的反力作用。
●内力特点：拱结构是一种推力结构，在外荷作用下内力主要为轴向压力，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度，从而坝体厚度就越薄。
拱坝是一高次超静定结构，当坝体某一部位产生局部裂缝时，坝体的梁作用和拱作用将自行调整，坝体应力将重新分配。
所以，只要拱座稳定可靠，拱坝的超载能力是很高的。
混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5—11倍。
●性能特点：拱坝坝体轻韧，弹性较好，整体性好，故抗震性能也是很高的。
拱坝是一种安全性能较高的坝型。
●荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，其周边通常是固接于基岩上，因而温度变化和基岩变化对坝体应力的影响较显著，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。
●泄洪特点：在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流，而且可以在坝身开设大孔口泄水。
目前坝顶溢流或坝身孔口泄水的单宽流量已超过200m3/（s.m）。
●设计和施工特点：拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大，因而对筑坝材料强度、施工质量、施工技术以及施工进度等方面要求较高。
二．拱坝对地形和地质条件的要求（一）对地形的要求左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。
坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定以“厚高比”T/H来区分拱坝的厚薄程度。
当T/H<0.2时，为薄拱坝；当T/H=0.2~0.35时，为中厚拱坝；当T/H>0.35时，为厚拱坝或重力拱坝。
坝址处河谷形状特征用河谷“宽高比”L/H及河谷的断面形状两个指标来表示。
拱 坝PPT
第三章 拱坝（Arch Dam）
-4-
3、影响因素
自然条件、施工、运用。
4、具体方法
拱坝CAD，利用编制好的计算机软件自动进行。 半自动化方法。 人工方法。
第三章 拱坝（Arch Dam）
-5-
5、原则
①满足安全要求 ②满足运用要求：泄洪，引水，交通，厂房布置 ③满足施工要求： – 模板制作 – 倒悬度：浆砌石（1:0.1～1:0.16，最大1:0.25）；
TB
H K ( L1 L12 1 )
压
美国垦务局的经验公式：
H
TB
00012HL1L2
H 122
122
③拱冠梁的形态和尺寸
第三章 拱坝（Arch Dam）
-24-
龙羊峡
白山
凤滩
响洪甸
第三章 拱坝（Arch Dam）
-25-
（3)坝顶厚度 ⅰ) 考虑因素
a、强度要求：如水压力、冲击力、温度荷载等。 b、施工要求≧2m c、运用要求：交通，起闭机设备。 d、经济上要求 e、美观上要求 ⅱ) 确定方法 a、工程类比 b、经验公式 ⅲ) 影响 Tc决定顶拱的刚度，对荷载分配、顶拱及梁向应力有明 显的影响。2 A 0 NhomakorabeaP.
sin
.Ru
d
PRu (1 cos 2A )
，
第三章 拱坝（Arch Dam）
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，
T
T
sin(2A
2
)
T (1 cos 2A)
PRu T
T
PRu
，
Ru
R
T 2
l
sin A
T 2
T
2lP
(2 P) sin A
等半径拱坝平面布置(最全)word资料
等半径拱坝拱坝平面布置形式一般有：等半径拱坝，等中心角拱坝，变半径、变中心角拱坝，双曲线拱坝的布置。
等半径拱坝水平拱圈从上到到下采用相同的外半径R U，拱坝上游坝面为铅直圆筒面，拱圈厚度随水深逐渐加厚，下游面为倾斜面，各层拱圈内外弧的圆心均位于同一条铅直线上，即为等半径拱坝[图1（a）]，又称定圆心等外径拱坝。
它适用于U形或较宽的梯形河谷，各层拱圈均能采用较大的中心角，有利于拱作用的发挥和减小坝体厚度，同时还具有结构简单、设计、施工方便，直立的上游面便于进水口或泄水孔控制设备的布置等优点，中、小型拱坝采用较多。
图1拱坝的平面布置（a）定圆心等外径拱坝；（b）双曲拱坝当需坝顶溢流时，为使泄水跌落点离坝趾较远，也可采用定圆心等内半径变外半径的布置形式，使坝的下游面为铅直圆筒，上游面为倾斜面。
标签：等半径拱坝标题：图1单根避雷针滚球法计算保护半径示意图篇名：智能建筑雷电电磁脉冲防护系统探讨说明：接闪器金属体(或者单根避雷针)在hx高度的水平面上的保护半径。
rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx)式中:rx为避雷针在hx 高度的水平面上的保护半径(m);hCJFD2001标题：图1折线法确定的避雷针保护范围2滚球法确定避雷针的保护范围篇名：折线法和滚球法确定避雷针保护范围的安全性分析说明：以单支避雷针的保护范围为例进行分析说明。
单支避雷针的保护范围如同一顶草帽,由折线构成上下两个圆锥形的保护空间[1],如图1所示。
若避雷CJFD2001标题：图2滚球法确定的避雷针保护范围3折线法与滚球法保护范围比较篇名：折线法和滚球法确定避雷针保护范围的安全性分析说明：单支避雷针的保护范围按下列方法确定[4](见图2):若避雷针高度为h,在距地面高度hr(hr为滚球半径,根据不同建筑物的防雷等级而确定,第一类防CJFD2001标题：图2“滚球法”单支避雷针的保护范围篇名：避雷针保护范围的计算方法说明：应用滚球法,避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图2。
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对V型山谷，若采用等外半径形式拱坝，势必使底部Φ A 太 小，而不能满足应力要求，为此需要加厚坝体，不经济、不利于 发挥拱坝的优点，这时可将各层拱圈的外半径从上到下逐渐减小， 而使各层拱圈的Φ A基本相等，布置成定角式拱坝。 适于：V型河谷。 优点：应力较好，经济。可以比等外半径式节约30%的工程量。 缺点：两岸倒悬，对施工不利，空库时坝体应力和稳定有问题。 改进：①梁向弯曲，布置成双曲拱坝。 ②改用变半径，变中心角拱坝。 解释：倒悬及倒悬度,n=△y/△x ， △y：△x =1：△x.
响洪甸等外半径重力拱坝
凤滩
• ③优点：形式简单、施工方便、直立的 上游面有利于布置进水口，或泄水建筑 物的控制设备。 • ④缺点：下部拱中心角必然减小，拱的 应力分布不均匀，因此所需断面较大， 极不经济。 • ⑤改进：采用定外圆心，定外半径，而 变内圆心，变内半径的变厚拱形式。
2、等中心角拱坝：
• ② 对泄洪有利----渗气 • ③布置灵活：可较好的解决倒悬度问题 • 缺点：结构复杂，设计、施工较难。
二）圆弧拱坝基本尺寸的拟定：
• 1、基本尺寸包括 • ①悬臂梁尺寸：a、坝顶、底及各个高程的厚度
b、上下游面曲线的方程 ②拱圈尺寸：a、中心角2φ A b、半径R。
φ
A
ΦA
2、悬臂梁尺寸的初步拟定
② TB
• (ⅰ) 考虑因素： a、坝高；b、坝型；c、 河谷地形；d、地质；e、荷载及材料 • (ⅱ) 确定方法：反复试算 • a、 工程类比 • b、 经验公式: • 朱伯芳公式
• • 美国垦务局公式 即（4－15） 任德林公式：
③悬臂梁剖面： ⅰ)常见形状
a、 单曲： 龙羊峡 白山 风滩 响洪甸
§3-3 拱坝的布置
• • • • 要求： ① 掌握几种典型的圆弧拱坝的布置方法 ②掌握ΦA对应力、稳定、经济各方面的影响 ③ 掌握拱坝布置的原则及步骤。
Ⅰ) 拱坝布置的任务：
• 根据拱坝的自然条件，施工条件和运用要求选 择拱坝的坝型，拟定坝体的基本尺寸，并进行 平面布置，然后经过应力、稳定分析，反复修 改，最后确定一个既安全又经济的设计方案。 • 由于拱坝的类型很多，不同的类型，其基本尺 寸和平面布置均有一定的差别，但布置的方法 及考虑问题的出发点是一致的。因此，本课程 主要讲授圆弧拱坝的布置。对其他类型的拱坝 布置同学们以后找有关资料自学。
ⅲ)各高程厚度 T（y）可以是y的一次 二次 三次曲线变化 ⅳ)下游面方程由：x(y)及T(y)得到
2、拱圈尺寸：
• ①几何关系：φ A、R、L、T
• 其中：T由悬臂梁剖面设计得到 • L 河谷宽度为已知 • φ 、R、L具有如下关系 • R=L/(2sinφ A)
• 因此要确定拱圈尺寸，只需确定φ A或R即可，其他可 以由几何关系求得，常选择φ A作为要确定的参数。
b、 双曲：如：东风、东江、紧水滩、石门、泉水
世界知名拱坝拱冠 梁剖面 19－胡佛H=223m 28－莫瓦桑H=237m 30－瓦依昂H=262m
世界知名拱坝拱冠梁剖面
34－格兰峡H=217m 37－柯恩布赖茵H=200m 38－英古里H=272m 39－萨扬舒申斯克H=245m
中国知名 拱坝拱冠 梁剖面
ⅱ)双曲拱坝上游面的曲线方程
y y 2 x A ( ) B( ) H H
A、 B两个常数可以由下列条件确定
x | y H 2 TB dx dy | y 1H 0
2TB B 2 2 1 A 2 B 1
1 0.6 ~ 0.65 其中一般： 2 0.3 ~ 0.6
• • • • • •
• 如广东泉水拱坝
广东泉水定角式拱坝
3、 变半径，变中心角拱坝
• 在▽形和接近▽的梯形河谷，为了使拱 圈更好的适应河谷断面形状，既克服等 Φ A 式的倒悬问题，又不象等外半径式 那样的不经济，常布置成变半径变中心 角式拱坝。 • 优点：比等 R 外 应力好，比等 ΦA 式倒悬 要小，较经济，比R外式省20% • 适于：▽或
• ①Tc
• ⅰ)考虑的因素 • a、 强度要求：如坝顶承受较大的水压力、冲击力、 温度荷载等。 • b、 施工要求>=2 • c、 运用要求：交通，起闭机设备。 • d、 经济上要求 • e、 美观上要求 • ⅱ) 确定方法： • a、 工程类比 • b、 经验公式 见书上两个 • ⅲ) 影响： Tc决定顶拱的刚度，对荷载分配、顶拱及 梁向应力有明显的影响
Ⅱ) 重要性： 直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。 Ⅲ) 影响因素： 自然条件，施工、运用 Ⅳ) 具体方法： a 、拱坝 CAD ，利用编制好的计算机软件自动 进行。 b、半自动化方法。 c、人工方法。
一)圆弧拱坝的几种典型布置方式
• 1、 等外半径拱坝又叫圆筒形拱坝。 • ①适于：U型或接近U型的梯形河谷， • ②做法：各层拱圈的外半径相同，中心角 2Φ A 基本接近或变化较小，为了适应水压力的增长， 坝厚从上到下逐渐加厚，因此内半径从上到下 逐渐减小。 • 即：⑴内外、圆心同线。 • ⑵外半径不变。 • ⑶内半径逐渐缩小 • 如：我国新修建的风滩，)考虑的因素：a应力；b稳定; c经济； d自然条件。 • ⅱ)φ A对应力的影响及其对应的最优中心角[Φ a] • A、“圆筒公式”及其[Φ a]
•
从拱坝中取出一单位高度 • 的水平拱圈,受均匀水压力P, • 假设该拱圈是圆筒的一部分, • 因此，任一断面的内力可以近似的为
4、 双曲拱坝：
• 对变半径、变中心角，定角式拱坝如果在坝体 1/5~1/3处向上游突出，使悬臂梁也成为弯曲的形状， 就成了双曲拱坝。 • 优点：① 具有壳体作用 安全度高。 • a、各层拱圈的φ A 均能接近理想的角度，拱向应力好。
• • • • • b、梁的弯曲。外荷→水平位移→竖向位移→受阻→ M↘和N↗，改变梁的应力。 c、外荷在梁中部产生的应力与自重应力正好相反， 可改善梁中部应力。 d、增加拱座的垂直压力，改善稳定