支墩坝

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。①平板坝：面板为平板,通常简支于支墩的托肩（牛腿）上，面板和支墩为钢筋混凝土结构；②连拱坝:上游为拱形面板，常采用圆拱,与支墩连成整体,一般为钢筋混凝土结构；③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。

支墩的基本剖面呈三角形，按结构形式可分为两种类型。①单支墩：支墩为一变厚的，上游边承压、下游边自由、底边嵌于弹性地基的受压板。为了提高其侧向劲度以抵抗侧向地震作用，并增强其上游承压时的纵向弯曲稳定性，必要时可在支墩侧面布设加劲肋、加劲梁（直梁或拱梁）或加劲墙。②双支墩：支墩由两片受压板组成，中间可用隔墙连接。双支墩的侧向劲度大，适用于高坝。

特点

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。

设计

面板的计算见连拱坝、平板坝和大头坝。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。

参考书目

Μ.Μ.格里申着，水利水电科学研究院译：《水工建筑物》,水利电力出版社,北京,1984。

参考资料

支墩坝 平板坝 引水式水电站·泉州市水利局信息网