1、一、基本资料一、基本资料 设在某一山区性河流上的狭谷地段，岩石坚硬，性质均一，具有修建拱坝的理想地形地质条件。该处的河谷地形图和地质剖面图分别如图1和图2，比例为1:1000，由水库调洪演算已定出水库设计洪水位和校核洪水位，继而根据坝的级别及库区风速和水库吹程等因素定出坝顶高程为67m，河床底高程为20m，且河床底处为可利用基岩，不需开挖，但两岸均需开挖，现要求进行拱坝的平面布置。二、拱坝布置基本步骤二、拱坝布置基本步骤 第第1步：步：根据坝址地形图定出顶拱弦线位置，如图1的A-A线。定顶拱弦线的原则是使拱坝正好卡在沿水流方向呈漏斗形等高线的进口处。这样可使拱端受力较好，充分利用两岸雄厚的山体
2、来维持稳定。 第第2步：步：根据坝址地形图，地质剖面图和有关的地质查勘资料定出开挖深度，画出可利用基岩等高线地形图，一般要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。 第第3步：步：确定拱坝的对称中心线。拱坝的对称中心线即为各层拱
3、圈圆心在水平面上的轨迹线，一般分两种情况来确定：当河谷断面对称时，即以河谷对称中心线作为拱坝的对称中心线，这是最理想的情况；当河谷断面不对称时，可用顶拱或1/3坝高处拱圈弦线的垂直平分线作为该拱坝的对称中心线，其它拱圈可稍有偏差，但左、右半中心角相差不应超过510，否则将会使坝休应力不均匀。 该例属于河谷断面不对称的情况，因此，暂且取顶拱弦长的垂直平分线作为拱坝的对称中心线，如图4中的B-B线。 第第4步：步：布置顶层拱圈。可按如下几步进行布置： （1）根据坝顶高程和可利用基岩线在地形图上或地质剖面图上量出顶拱弦长L1，这里在地形图上量得L1=100m。 （2）选定顶拱中心角2A ，中心角选择
4、原则见教材。现暂取顶拱中心角为100。 （3）计算顶拱内半径R内，确定顶拱厚度即坝顶厚度TC，再计算顶拱外半径R外。110065.32sin2sin50ALmRm内 一般坝顶厚度TC可按如下三点来确定： 第一，按坝顶有无交通要求确定。若坝顶无交通要求，则取TC35m；若坝顶有交通要求，则按交通要求确定。现按无交通要求，且坝高只有47m，故取TC=3m。 第二，用经验公式计算。计算坝顶厚度TC的经验公式多，现取其中的两个进行计算。0.0145(2)0.0145(2 0.7 10047)2.7CTRHm轴或10.01(1.2)0.01(47 1.2 100)1.7CTHLm 为了保证顶部拱圈的刚度
5、，现取TC=3m。 第三，参照类似工程确定，即工程类比法。这就要查看已建成大坝的统计资料，一般坝高在4050m的拱坝坝顶厚度为14m不等。 综上所述，现取坝顶厚度TC=3m。 顶拱外弧线即为拱坝的坝轴线，顶拱外弧半径68.3CRRT外内 顶拱圆心O点到顶拱弦线之间的水平距离1cot422ALSOBm 据以上的各项计算数据可用圆规在可利用基岩等高线地形图（图4）上画出顶拱内、外弧线，布置出顶拱圈。如图4所示。 第第5步：步：确定拱冠梁形状尺寸，绘制拱冠梁断面图。拱冠梁断面是对其它拱圈进行布置的依据，其绘制首先要确定坝顶厚度TC和坝底厚度TB。TC已定出。坝底厚度TB是拱坝剖面设计的一项控制数值，
6、一般可按如下三点来确定： 第一，经验公式计算。 朱伯芳公式：120.359.8 BLLTH式中，L1、L2分别为顶层（即67m高程）及倒数第二层拱圈（即30m高程）处河谷开挖后的宽度。从可利用基岩等高线地形图上量得L1=100m，L2=47m。为坝体混凝土允许压应力，应取偏低值，本工程取2MPa，所以100470.3547 9.811.82000BTm 任德林公式：0.26912/0.132/1000BHTHLH0.2692 470.132 100/474712.01000BTm 美国垦务局公式：/12231247/12230.0012(/122) 0.0012 47 100 47 (47/1
7、22)5.7HBTHL L Hm 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4050m的拱坝底厚度一般为812m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=0.20.35，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。 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。 第第6步：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520m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
8、同，相差不宜超过510，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。 第第7步：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。 （2）从图6中可以看出，各层拱圈圆心的连线是光滑的
9、，满足要求。 （3）从中心角情况看，没有超过110，各层拱圈内弧线切线与可利用基岩等高线之间的夹角均大于30。但从表2可以看出，40m高程拱圈和30m高程拱圈左右半中心角相差分别为12和18超过了规定范围，这是不允许的，必须修正。 （4）从图4上可看出，拱坝与基岩之间的接触线在右岸不太平顺，这对拱坝的工作将产生不利影响，必须修改。 （5）具体修改办法。因坝面和圆心连线均满足要求，现只需将左右岸的基岩在局部进行开挖和填补来使中心角和坝与基岩之间的接触线能满足要求。即将右岸60m高程在拱端附近略开挖，使其拱圈半径和67m高程拱圈半径在平面上大致相平行；将右岸30m高程等高线在该拱端附近做混凝土重力
10、墩进行填补，和在40m高程的等高线拱圈的拱端附近进行适当开挖，以增大该两高程拱圈的左半中心角。按此重新画出开挖后可利用基岩等高线地形图，再进行拱坝平面布置。在布置时各层拱圈的圆心和半径均按表2中的数据进行。修改后的拱坝平面布置见图9，各层拱圈的中心角见表3。从表3可以看出经修改以后各层拱圈左右半中心角相差均在510以内，且左右半中心角之和没有超过110，满足要求。从图9可以看出，拱坝与基岩间的接触较平顺。 第第8步：步：校核坝体应力和稳定性。通过以上七步得出了一个拱坝，这个拱坝是否可行，则还有待于进行坝体稳定和应力计算来判断。若计算得出满足稳定和应力条件，则这个拱坝的平面布置可行，否则就又要重新修改尺寸，进行布置。
