支墩坝

向上游倾斜的挡水面板及一系列三角形支墩所组成的坝型

支墩坝，是指由向上游倾斜的挡水面板及一系列三角形支墩所组成的坝型。水荷载由面板传给支墩，再由支墩传给地基。由于利用倾斜面板上的水重帮助坝体稳定，以及支墩基底受较小的扬压力，使坝的体积大为减少。

简史

16世纪西班牙修建的埃尔切砌石连拱坝，坝高23m,是世界上第一座支墩坝。进入20世纪以后，连拱坝有较大发展，1968年加拿大修建的马尼克五级连拱坝，坝高214m，是当前世界上最高的支墩坝。

大头坝是F.A.内茨利在1926年首先提出的。1975年巴西和巴拉圭修建的伊泰普水电站大头坝，坝高196m，是当前世界上最高的大头坝。

1903年安布生设计并建造了第一座有倾斜盖面的平板坝。1948年阿根廷建造了艾斯卡巴坝,坝高83m，是当前世界上最高的平板坝。中国自1949年以来也建造了很多高支墩坝。

1956年建成的梅山连拱坝,坝高88.24m。1958年建成的金江平板坝,坝高54m。1960年建成的新丰江大头坝，坝高105m。1980年建成的湖南镇梯形坝，坝高129m，是中国最高的支墩坝。

类型

根据面板的形式，支墩坝可分为三种类型。

平板坝

由平板面板和支墩组成的支墩坝。自1903年修建了第一座有倾斜面板的安布生平板坝以后，世界各国修建了很多中、低高度的平板坝。阿根廷在1948年修建的埃斯卡巴平板坝，坝高83m,是世界上最高的平板坝。苏联修建了一些土基上的溢流平板坝。中国在1958及1973年分别建成高54m的金江平板坝和高42m的龙亭平板坝。

面板与支墩的连接有以下三种形式分类:

①简支式：面板简支在支墩托肩（牛腿）上，接缝涂沥青玛蹄脂等柔性材料，并设置止水。简支式能适应地基和温度变形，采用最多。

②连续板式：面板跨过支墩，每隔两三跨设一道伸缩缝。连续式可以减小板的跨中弯矩，但在跨过支墩处产生负弯矩，易在迎水面产生裂缝，所以较少采用。

③悬臂式：面板与支墩刚性连接，在跨中设缝，要求变形小，以防接缝漏水，只能用于低坝。平板坝支墩有单支墩和双支墩两种形式，双支墩用于高坝。

连拱坝

由拱形面板和支墩组成的支墩坝。

与其他形式的支墩坝比较，连拱坝有下列特点：

①拱形面板为受压构件，承载能力强，可以做得较薄。支墩间距可以增大。混凝土用量最少，但钢筋用量较多。混凝土平均含钢筋量可达30～40kg/m3。施工模板也较复杂。混凝土单位体积的造价高。

②面板与支墩整体连接，对地基变形和温度变化的反应比较灵敏，要求修建在气候温和地区，且地基比较坚固。

③上游拱形面板与溢流面板的连接比较复杂，因此很少用作溢流坝。

大头坝

面板由支墩上游部分扩宽形成，称为头部。相邻支墩的头部用伸缩缝分开，为大体积混凝土结构。对于高度不大的支墩坝，除平板坝的面板外，也可用浆砌石建造。

大头坝与宽缝重力坝结构体型相似，其区别为

①大头坝支墩间的空距一般大于支墩厚度，而宽缝重力坝则相反；

②大头坝上游面的倾斜度一般较宽缝重力坝大；

③大头坝支墩下游部分可以不扩宽，坝腔是开敞的，而宽缝重力坝则是封闭的。

大头坝头部有以下三种形式：

①平板式：上游面为平面,施工简单。但在水压力作用下,上游面易产生拉应力,引起裂缝。

②圆弧式:上游面为圆弧。作用于弧面上的水压力向头部中心辐集,应力条件好,但施工模板较复杂。

③钻石式:上游面由三个折面组成，兼有平板式和圆弧式的优点，最常采用。大头坝支墩有单支墩和双支墩两种形式，高坝多采用双支墩以增强其侧向稳定性。为了提高支墩的侧向劲度或为了防寒，也可将下游部分扩宽，使坝腔封闭，这时在结构体形上接近宽缝重力坝。

特点介绍

与其他坝型比较，支墩坝特点是

①面板是倾斜的，可利用其上的水重帮助坝体稳定；

②通过地基的渗流可以从支墩两侧敞开裸露的岩面逸出，作用于支墩底面的扬压力较小，有利于坝体稳定；

③地基中绕过面板底面的渗流，渗透途径短，水力坡降大，单位岩体承受的渗流体积力也大，要求面板与地基的连接以及防渗帷幕都必须做得十分可靠；

④面板和支墩的厚度小，内部应力大，可以充分利用材料的强度；

⑤施工期混凝土散热条件好，温度控制较重力坝简单；

⑥要求混凝土的标号高，施工模板复杂，平板坝和连拱坝的钢筋用量大，因而提高了混凝土单位体积的造价；

⑦支墩的侧向稳定性较差；在上游水压作用下，对于高支墩，还存在纵向弯曲稳定问题；

⑧平板坝和大头坝都设有伸缩缝，可适应地基变形，对地基条件的要求不是很高；连拱坝为整体结构，对地基变形的反应比较灵敏，要求修建在均匀坚固的岩基上；

⑨坝体比较单薄，受外界温度变化的影响较大，特别是作为整体结构的连拱坝,对温度变化的反应更为灵敏，所以支墩坝宜于修建在气候温和地区；

⑩可做成溢流坝，也可设置坝身式泄水管或输水管。

支墩坝是一种轻型坝，可较重力坝节省20%～60%的混凝土，宜于修建在气候温和、河谷较宽、地质条件较好、运输条件差、天然建筑材料缺乏的地区。平板坝适用于中、低坝，连拱坝和大头坝适用于中、高坝。

支墩的计算

包括：①抗滑稳定分析。可取一个坝段进行整体计算,见重力坝。复杂地基中的深层抗滑稳定分析,可采用非线性有限单元法，考虑软弱结构面的非线性特性，计算其失稳过程。②应力分析。可采用材料力学方法,也可采用二维或三维有限单元法，有限单元法可以更精确地反映结构的几何条件及地基特性对支墩应力的影响。③抗震分析。支墩的侧向劲度较小，所以除上、下游方向外，还应进行侧向抗震计算。④纵向弯曲稳定分析。一般假定支墩由互相独立的斜柱组成，采用欧拉法或能量法计算失稳的临界荷载。更精确的计算，应考虑支墩的整体作用。支墩的稳定和强度分析，必要时还可以采用模型试验方法：①光弹试验，包括普通光弹和激光全息光弹；②结构试验，包括脆性材料和相似材料。

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