浅谈关于水电站拱坝设计现状及存在的问题

摘 要：在水电站施工建设的过程中，拱坝设计是十分重要的一个环节，在很大程度上决定着水电站的建设，可以说有着举足轻重的作用。在进行设计时，需要对工程的整体概况进行了解，同时还需要掌握自然以及地质状况。尤其是地质状况，可以说是相当重要的。在实际状况的基础上，只有对坝址的自然情况以及地质情况进行充分的认识，才能令拱坝的设计更加完善。综合上述情况，笔者对拱坝的设计现状以及其中存在的问题进行了分析，希望在今后的设计中可以引起重视，令相关的设计变得更加完整。

关键词：拱坝设计；注意；问题

在进行拱坝设计的过程中，对坝型的选择十分重要，因为在选择的过程中，需要涉及诸多的因素。如果不能充分的考虑到其中所涉及到的复杂性，那么就会对整体的设计产生一定的影响，进而不能正常的开展施工建设。所以说一个优良的拱坝，选择好合适的坝型才是基本前提。对于没有选用到合适的坝型，其所造成的损失将会是十分严重的。综合上述的内容，本文重点对这方面的问题进行了阐述，希望在今后的拱坝设计中可以得到有效的缓解，令水利工程建设变得更加科学。

1 拱坝设计

从当前的设计情况进行分析，要想体现出拱坝设计的合理性，首先就要对定拱轴线的位置加以确认。先要将其描绘在一张透明的纸上，这样做的目的是可以随意进行移动，然后再根据所选定的半径与厚度等将顶拱外的弧线画出来。紧接着要对拱冠梁的剖面尺寸进行划定，从坝顶开始，一直向下，选定至少5个拱圈，将拱圈的平面图绘制出来。具体的布置原则是与拱顶相一致的。最后还要检查外形的轮廓是否具有光滑的特点，是否会出现倒悬的现象，在此基础上再根据相应的高程点连接起来，在必要的情况下，对于急剧的部分可以不做修改，目的是为了确保各个点之间的连线具有光滑的特点。

2 关于拱坝设计中荷载的分析

在水电站的拱坝施工过程中，荷载具有十分重要的意义，如果不能保证拱坝达到相应的荷载要求，那么整体的质量就会受到影响。荷载的ฟ设计可以分为三个部分，一是自重，二是温度荷载，三是地震荷载。在设计自重的过程中，应该对混凝土进行分段的浇筑，然后使用灌浆的方式进行封顶，保证拱坝具有整体性。在此时，其自重变位以及应力都已经达到了相应的要求，整个自重均由悬臂梁承担起来。

对于温度荷载而言，其影响因素主要是封拱的温度。这主要是时间以及位置变化所造成的，要想对其进行精准的计算，是相当困难的一件事。在温度荷载进行测量的过程中，需要充分考虑到坝体最为不利的情况，将温降充分考虑在内，同时也要注意到温升的影响，这样才能保证整体的稳定性，在进行计算的过程中，可以将其与封拱的温差值进行比对，将温度荷载看作是三部分的组合，同时还应该注意的是在中小型拱坝的建设中，需要根据实际情况再对温度荷载加以确定。

此外，地震荷载也是影响水电站拱坝设计的主要因素。对于当前的设计来说，对地震的主要计算方式为拟静力法，这种方法充分考虑到了实际情况的特殊性，在地震荷载中，主要涵盖了动力分析的研究，此外在进行设计时，其中还包括了地震动水压力以及动土压力等内容，这样才能实现地震荷载的有效性设计。

3 工程实例

3.1 工程概况

某水电站工程以发电为主，兼有灌溉、防洪、旅游等综合效益。枢纽建筑物由拦河大坝、坝顶溢洪道、放空底孔、引水隧洞、进水口和发电厂房等组成，拦河大坝为混凝土拱坝，坝底高程148m，坝顶高程232.3m，坝高84.2m，正常蓄水位230m。

3.2 拱坝设计中应注意的几个问题

3.2.1 拱坝布置与坝肩开挖

从地质勘探结果上看，坝轴线受横切区域性大断层的影响，两岸岩石风化层较深，拱坝工程量明显偏大，从经济上考虑不优越；下坝轴线右岸为一突出的小山包，由于小山包下游峡谷明显变宽，要使工程在经济上可行，就必须利用这个小山包作为拱座，从坝肩稳定角度考虑，由于小山包较单薄，右坝肩要尽量往上游靠，但靠近冲沟又会遇到卸荷岩体，这就造成可布置拱坝的区域较小，同时由于地形不对称，对拱坝的布置造成了极大的困难。下坝轴线地质勘探结果表明左岸岩石风化深度浅，右岸岩石风化深度深，为了减少拱圈的不对称程度，在满足坝基设计要求的前提下应尽量浅挖右坝肩。左岸拱端下游处平均嵌深约8m（5～12m），右岸拱端下游处平均嵌深20m（15～26m），大部分坝基置于微风化岩体上，少部分利用弱风化岩体。由于左岸山坡陡峭，如按拱端实施全径向开挖，则开挖方量很大，为了尽量减小开挖量，全部采用半径向开挖。右岸拱端布置在小山包的凸部，其上游靠近冲沟，大大减少了工程开挖量。由于右岸小山包山顶高程低于峡谷顶部，右坝肩高程218m以上岩体属全พ风化岩体，不能作为坝基。

3.2.2 基础及基础处理

（1）坝基开挖。坝基开挖过程中还应注意拱端应嵌入岸坡内，最好开挖成径向，同一坝体采用两种开挖形式时，自上而下应平缓过度，河床端基岩面的上下游高差不宜过大，且尽可能略向上游倾斜。整个坝基，可利用岩面在垂直水流方向平顺，避免突变，也不宜开挖成台阶状。基岩面的起伏差应小于0.3-0.5米。拱座基岩面的等高线于拱端内弧切线的夹角不宜小于300。当开挖到接近设计的岩面时应保留0.3-0.5米厚度。用风铲撬挖，挖至检验合格为止。

（1）固结灌浆和接触灌浆。拱坝坝基的固结灌浆孔一般按全坝段布置。对于比较坚硬完整的基岩也可以只在坝基的上游侧和下游侧设置数排固结灌浆孔。对节理、裂缝发育的基岩，为了减少地基变形增加岩体的抗滑稳定性，还需在坝基外的上下游侧扩大固结灌浆的范围。对于坝体陡于500-600的岸坡间和上游侧的坝基接触面以及基岩中所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，均需进行接触灌浆，以提高接触面的强度，减少渗漏。接触灌浆应在坝体混凝土浇注到一定高度，混凝土充分收缩，钻排水孔之前进行。

（3）防渗帷幕。防渗帷幕应依据地质、水文地质等资料和现场灌浆实验来进行。拱坝的帷幕灌浆孔原则上应深入相对隔水层以下3-5米；若相对隔水层埋藏较深，孔深可采用（0.3-0.7）倍坝高；对于地质条件特别复杂的地段孔深可达1倍坝高以上。帷幕位置与拱座及坝基应力情况有关，一般布置在压应力区并尽可能靠近上游坝面。防渗帷幕一般采用水泥灌浆，在水泥灌浆达不到防渗要求时，可采用化学材料灌浆。

4 总结

拱坝设计的好坏甚至成败，地质条件尤其重要。设计师必须认真向地质师了解地质条件，并深人实际，在对坝址自然和地质条件自我认识的基础上，才能深人领会地质师的地质结论并抽象出Σ要点用于设计。拱坝的经济性源于拱坝的整体性，拱坝整体性的保证来源于设计师对坝址地质情况的全面掌握、良好的大坝设计、施工和坝基处理。

参考文献

[1]郑春有，✘杨延文.拱坝设计方法浅析[J].吉林水利，2011（4）.

[2]李军.拱坝设计的步骤与方法研究[J].企业技术开发，2011（18）.

[3]陈晓年，常晓林.拱坝体形优化研究进展[J].湖北水力发电，2008（3）.♥