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拱壩是中國的一個科技名詞。

漢字是世界上最古老的文字之一[1],已有六千多年的歷史。從倉頡造字的古老傳說到公元前1000多年前甲骨文的發現,漢字有着深厚的歷史底蘊。後來的演變經歷了幾千年的漫長曆程,在形體上逐漸由圖形變為筆畫,象形[2]變為象徵,複雜變為簡單;在造字原則上從表形、表意到形聲。

名詞解釋

拱壩是一種建築在峽谷中的攔水壩,做成水平拱形,凸邊面向上游,兩端緊貼着峽谷壁。是指一種在平面上向上游彎曲,呈曲線形、能把一部分水平荷載傳給兩岸的擋水建築,是一個空間殼體結構。

設計情況

拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建築物,藉助拱的作用將水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基岩。與重力壩相比,在水壓力作用下壩體的穩定不需要依靠本身的重量來維持,主要是利用拱端基岩的反作用來支承。拱圈截面上主要承受軸向反力,可充分利用築壩材料的強度。因此,是一種經濟性和安全性都很好的壩型。

平面上呈拱形並在結構上起拱的作用的壩。拱壩的水平剖面由曲線形拱構成,兩端支承在兩岸基岩上。豎直剖面呈懸臂樑形式,底部座落在河床或兩岸基岩上。拱壩一般依靠拱的作用,即利用兩端拱座的反力,同時還依靠自重維持壩體的穩定。拱壩的結構作用可視為兩個系統,即水平拱和豎直梁系統。

水荷載及溫度荷載等由此二系統共同承擔。當河谷寬高比較小時,荷載大部分由水平拱系統承擔;當河谷寬高比較大時,荷載大部分由梁承擔。拱壩比之重力壩可較充分地利用壩體的強度。其體積一般較重力壩為小。其超載能力常比其他壩型為高。拱壩主要的缺點是對壩址河谷形狀及地基要求較高。

拱壩的基礎處理要慎重對待。務必查明地質條件的薄弱環節。在工程措施上要不惜代價徹底解決。不能輕率處理。對水文、試驗等工作應按規程規範辦理,這樣才能提高設計精度,不然將造成工程失事的遺留病害。所以應保證在安全的前提下求經濟合理。

拱壩壩址地質條件,一般是上部岩石比下部差,左右岸岸坡均有軟弱夾層。為了使拱壩傳給基岩的推力分散,易於保持穩定,中小型拱壩工程,擴大其拱端尺寸,即將壩布置為變截面圓拱成大頭拱壩是有效的。但相對於重力壩,拱壩對壩址岩石基礎的要求相對重力壩要少一些。

歷史沿革

人類修建拱壩具有悠久的歷史。早在一、二千年以前,人們就已意識到拱結構有較強的攔蓄水流的能力,開始修建高10餘米的圓筒形圬工拱壩。13世紀末,伊朗修建了一座高60米的砌石拱壩。到20世紀初,美國開始修建較高的拱壩,如1910年建成的巴菲羅比爾拱壩,高99m。20~40年代,又建成若干拱壩,其中有高達221m的胡佛壩(Hoover Dam)。與此同時,拱壩設計理論和施工技術也有較大的進展,如應力分析的拱梁試何載法、壩體溫度計算和溫度控制措施、壩體分縫和接縫灌漿、地基處理技術等。

50年代以後,西歐各國和日本修建了許多雙曲拱壩,在拱壩體形、複雜壩基處理、壩頂溢流和壩內開孔泄洪等重大技術上又有新的突破,從而使拱壩厚度減小,壩高加大,即使在比較寬闊的河谷上修建拱壩也能體現其經濟性。進入70年代,隨着計算機技術的發展,有限單元法和優化設計技術的逐步採用,使拱壩設計和計算周期大為縮短,設計方案更加經濟合理。水工及結構模型試驗技術、混凝土施工技術、大壩安全監控技術的不斷提高,也為拱壩的工程技術發展和改進創造了條件。目前世界上已建成的最高拱壩是前蘇聯英古里(HHFYPH)雙曲拱壩,高271.5m,壩底厚度86m,厚高比為0.33。其次是意大利的瓦依昂拱壩(Vaiont),高261.6m,壩底厚22.lm,厚高比為0.084。最薄的拱壩是法國的托拉拱壩,高88m,壩底厚2m,厚高比為0.023。

近40多年來,中國修建了許多拱壩。據不完全統計,至1985年底,全國①已建壩高15m以上的各種拱壩總數達800餘座,約占全世界已建拱壩總數的1/4強。在拱壩設計理論、計算方法、結構型式、泄洪消能、施工導流、地基處理及樞紐布置等方面都有很大進展,積累了豐富的經驗,目前中國已建成的最高拱壩是台灣省德基雙曲拱壩(高180m)和青海省龍羊峽重力拱壩(高178m),最高的砌石拱壩是新疆石河子拱壩,高112m;正在施工的四川省二灘拋物線雙曲拱壩,高240m,居世界第四位,標誌着中國在高拱壩的勘測、設計、施工和科研方面已達到一個新的水平。 [1] 2010年8月中國雲南小灣水電站建成以後,成為當時世界上最高的拱壩---壩高292M,壩頂高程1245M,壩頂長922.74M,拱冠梁頂寬13M,底寬69.49M。

工作特點

1、拱與梁的共同作用;

2、穩定性主要依靠兩岸拱端的反力作用,因而對地基的要求很高;

3、拱是一種推力結構,承受軸向壓力,有利於發揮砼及漿砌石材料的抗壓強度;

4、拱梁所承受的荷載可相互調整, 因此可以承受超載;

5、拱壩壩身可以泄水;

6 、不設永久性伸縮縫;

7、抗震性能好;

8、幾何形狀複雜,施工難度大。

參考文獻