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大头坝

[拼音]:datouba

[外文]: ssive head buttress dam

由支墩上游部分向两侧扩展形成面板(上游头部)的支墩坝。

墨西哥于1927年修建的唐马丁坝是世界上最早的大头坝。20世纪30年代以后大头坝发展较快。1962年日本建造的畑薙第一坝,坝高125m,是当时世界上很高的大头坝。巴西与巴拉圭于1975年合建的伊泰普水电站大头坝,坝高196m,是世界上很高的大头坝。我国自50年代以来也修建了很多座大头坝。如1958年建成的磨子潭水库双支墩大头坝,坝高82m(见彩图);1960年修建的新丰江大头坝,坝高105m。

分类

大头坝头部有以下三种形式。

(1)平板式(图a):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(图b):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(图c):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(图a)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

与其他形式的支墩坝比较,大头坝的主要特点是:

(1)为大体积混凝土结构,不用或只用少量钢筋;

(2)坝段与坝段之间有伸缩缝,可适应地基变形,对地基条件的要求不是很高,必要时可以设置基础板,以减轻支墩对地基的压应力;

(3)坝体厚度大,防寒性能好,坝身溢流条件也好,单宽泄量可适当提高。

设计

设计时首先根据工程经验初步给定坝体基本尺寸,再进行稳定和强度分析。坝段宽度与坝高有关,单支墩常采用9~18m,双支墩当坝高在80m以上时采用18~27m。上游坝面的坡度越缓,利用的水重越多,可以节省混凝土,但上游面易产生拉应力。大头坝的上下游坡度一般采用1:0.4~1:0.6。支墩厚与坝段宽度及坝高有关。坝越高、坝段越宽,支墩承受的水压力越大,为满足强度要求,应增大支墩厚度。

大头坝的应力分析可采用材料力学方法,计算时可粗略考虑计算截面宽度变化的影响(见宽缝重力坝)。头部应力比较复杂,且易产生拉应力,可沿坝面法向截取平面,采用差分法分析头部应力。也可采用二维或三维有限元法进行大头坝的应力分析。自50年代以后便开始应用动力学理论进行大头坝的抗震计算,计算时假定坝体为一维多质点体系,根据假定的地面运动规律计算坝体的动力反应。自60年代以来,开始采用动力问题有限单元法,可以更好地反映坝体的动力特性。

计算表明,穿过头部的渗流体积力可产生较大的拉应力。因此,头部两侧伸缩缝中的止水应尽量靠近头部的下游面,以增大侧压力,减小或消除拉应力。有的大头坝在头部中心设排水孔,以改善渗流的作用。为防止施工期产生温度裂缝,支墩应设直立的或倾斜的收缩缝。在支墩达到稳定温度以后,收缩缝应进行灌浆,以保证支墩的整体性。在头部与支墩相接处,也常常设收缩缝以防止因厚度突然变化引起的裂缝。对于大头坝,应注意防止头部表面的温度裂缝,以免水库蓄水后缝内进水,使裂缝继续向纵深发展,危及大坝安全。

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