拱坝泄水孔 穿过拱坝坝体的泄水孔道。位于坝体半高或更高部位的称为中孔,位于中部偏下的称为底孔(或深孔)。底孔除泄洪外,还可用于排沙和放空水库。拱坝泄水孔一般设有工作闸门和检修闸门(参见坝身孔口泄流)、启闭设备、平压管、通气孔等。
20世纪50年代以前,拱坝泄水孔直径较小,剖面多为圆形,用钢板衬砌,并采用阀门控制。以后通过结构分析和水力学的研究,认为孔口对拱坝的影响是局部的,只要适当布筋,可保证拱坝安全,因而孔口尺寸加大,剖面多改用矩形,并在孔口下游用平面闸门或弧形闸门控制,还可在同一高程上布置几个泄水孔。与坝顶溢流相比,由于流速较大,水流可以抛至下游较远处,对坝体的影响较小。但需预先估算下游冲坑的深度,必要时可建二道坝增加水垫深度,防止泄水影响岸坡稳定。泄水孔内壁、进口门槽和出口鼻坎必须平整光滑。坝脚附近的基岩表面要浇筑混凝土护坦,以防小流量时冲刷基岩。
泄水孔位置根据运用要求布置,并尽量避开高应力区与地基对坝体变形约束区;孔口尺寸根据坝体厚度、应力集中程度、水头大小、闸孔规格等因素确定;孔口数目,根据泄洪量大小及对坝体拱作用的影响程度确定;孔口断面形状,宜采用高宽比略大于1的矩形孔口或方形孔口。
自1957年日本修建殿山拱坝以来,采用在同一高程设置几个泄水孔的逐渐增多。莫桑比克1978年建成的卡博拉巴萨(Kabolabaca)双曲拱坝,坝高171m,底厚23m,坝身设有8个6mx7.8m(宽x高,出口断面尺寸)的泄水孔,最大泄量13000m3/s(见图)。
中国已建的拱坝,设有坝身泄水孔的有:台湾德基坝,高181m,设有5个11mx4.5m的表孔,泄量1400m3/s;浙江紧水滩水电站,坝高102m,设有8.6mx7.5m的表孔和7.5mx7m的中孔各2个,泄量分别为2788m3/s和3 180m3/s;陕西石门坝,高88m,设有6个7mx8m孔口,泄量5 040 m3/S;湖南欧阳海坝,高58m,设有5个11.5mx7m的表孔,泄量6090 m3/S。
拱坝垫座 在拱坝与岩基之间浇筑的大块混凝土基础(见图)。
垫座在上下游方向的宽度比该处的坝厚应适当加大。它可以改善坝底与岩基的力学条件,避免坝体产生局部应力集中,使应力分布趋于均匀;降低基岩的拉应力,保证防渗帷幕不受破坏;减少局部对坝体或地基的变位和应力的不利影响。通常采用垫座的条件是:①当河谷形状不规则时,可选取平均岸坡线作为拱的边线,将凸出部分挖除,在凹进部分回填混凝土,形成垫座。②当河谷有局部深槽时,在深槽部分回填混凝土,形成垫座,以减小上部坝体的变位和应力。③当局部基岩软弱或有大断层通过时,可将软弱部分开挖到一定深度后回填混凝土形成垫座。④设有周边缝的拱坝。
垫座上部设临时的施工缝或永久的周边缝,与上部坝体连接。
拱坝周边缝 拱坝坝体与拱坝垫座之间设置的永久结构缝。拱坝设周边缝后,梁的刚度将有所减弱,相对地加强了拱的作用,改变了拱梁荷载分配的比例。周边缝的存在可以阻止裂缝的发展,改善坝体应力状况;如垫座适当加宽,拱端推力通过垫座较均匀地分布到较大面积的基岩上,可以改善地基的受力状态。
周边缝的做法,一般是垫座表面不凿毛,只铺设水泥砂浆,即在垫座上浇筑坝体混凝土。也有的在上游侧设置止水塞和止水片,止水片后设排水管(见图)。这是意大利爱迪生(Adison)公司设计的形式。
对于拱坝周边缝的认识尚不一致。一种认为周边缝对坝体及地基应力有较大的改善;另一种则认为改善不大,而且周边缝的构造过于复杂,增大施工难度,影响施工工期。1970年以来修建的拱坝,采用周边缝的不多,而采用图中所示形式周边缝的更少。有些拱坝仅在局部岩基上设垫座,不设完整的周边缝。中国有少数低拱坝为了减弱梁的作用,加强拱的作用,设置了周边缝。
拱坝重力墩 设在拱坝端部,承受拱端推力的重力式墩体结构。当岸边基岩高程低于坝顶高程,或当上部岸坡突然变缓时,均可用大体积混凝土重力墩与附近山头相连(见图)。图(a)所示的重力墩将拱端推力直接传到后面的山体,故又称推力墩;图(b)所示的重力墩则是通过重力作用将拱端推力传到墩底的基岩。对于不利的地形条件,重力墩可能较高、较长,有的可达拱坝高度的1/3以上;对于长重力墩,离开拱端一定距离后的墩截面,其工作条件和受力情况与重力坝完全相同,常将靠近拱端的一段按重力墩设计,其余按重力坝设计,见图(b),也可在其上布置溢洪道。
重力墩是坝体的一部分,其位置和尺寸在拱坝体形设计时选定。应力分析可采用有限元法或结构模型试验与拱坝及地基一并分析;也可以近似地先计算拱坝作用力系,再按材料力学法计算重力墩的抗滑稳定和应力。为减小重力墩的弯矩和扭矩,可调整重力墩的几何形状,使外作用力系与自重的合力线靠近重力墩的形心。重力墩的最大推力通常出现在校核洪水位时的水压力加温升的情况;重力墩的最大扭矩(即水平拱的最大弯矩)通常出现在冬季最高水位加温降的情况。重力墩与拱坝坝基的帷幕灌浆和排水孔幕,应连成一体并协调一致。