淺談砌石壩發(fā)展趨勢(shì)

□于磨轉(zhuǎn)（嵩縣木植街鄉(xiāng)政府）

□張獻(xiàn)衛(wèi)（嵩縣九店鄉(xiāng)政府）

在石料豐富的丘陵山區(qū)，砌石壩常是中小型水利水電建設(shè)工程廣泛采用的一種壩型。它不僅能夠就地取材、節(jié)省投資、節(jié)約“三材”，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。而且它與土壩相比，在樞紐布置上具有較大的靈活性；在施工及超載運(yùn)行期間具有較大的安全性。同時(shí)在導(dǎo)流和溢洪方面，它的優(yōu)越性又和混凝土壩類(lèi)同。因此砌石壩已成為一種深受歡迎的、日益廣為建造的好壩型。

1.砌石壩地形地質(zhì)的限制條件有所放寬

砌石壩對(duì)地形的要求視各種壩型而有所不同，其中對(duì)地形要求較低的主要是砌石重力壩，而對(duì)地形要求較高的主要是砌石拱壩。拱壩河谷對(duì)稱(chēng)問(wèn)題多不作嚴(yán)格要求，而在設(shè)計(jì)上通過(guò)工程措施或評(píng)算方面加以解決，如采用重力墩、周界縫、深溝中回填混凝土或砌筑石料、調(diào)整拱圈圓心及半徑等。

地質(zhì)條件也有所放寬，現(xiàn)在有許多拱壩修建在一般巖基上，也有一些工程在軟弱的巖基上或較復(fù)雜的地質(zhì)條件下，經(jīng)過(guò)慎重處理，采取必要的措施后修建了砌石拱壩，而且運(yùn)用正常。只要地質(zhì)情況查清，采取適當(dāng)措施，一般巖基上均可修建砌石拱壩。盡管如此，地基問(wèn)題仍是砌石壩（尤其是砌石拱壩）安全的關(guān)鍵，必須持慎重態(tài)度。

2.壩高逐漸增加，輕型壩愈來(lái)愈多

近年來(lái)，隨著科學(xué)水平的提高和群眾筑壩經(jīng)驗(yàn)的豐富，壩的高度也隨之增加。截至2000年，壩高在30～70m之間的占40%，壩高>70m的占2.5%，而壩高<30m的卻由過(guò)去的80%下降到60%。壩高的增加是體現(xiàn)筑壩水平的一個(gè)重要標(biāo)志，而壩型方面，從重力壩過(guò)渡到輕型壩（拱壩和支墩壩）又是另一個(gè)重要標(biāo)志。1958年以前，以興建砌石重力壩為主，1958年以后，輕型壩發(fā)展很快，尤其是在輕型壩的地形地質(zhì)條件放寬后，不少重力壩逐漸被輕型壩代替。輕型壩與重力壩相比，節(jié)省工程量，縮短工期，尤其是拱壩，安全度很大，這是明顯的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是計(jì)算及施工均較復(fù)雜。克服這個(gè)缺點(diǎn)的途徑是改進(jìn)計(jì)算方法、利用電子計(jì)算機(jī)及提高施工水平等，在這方面，目前已取得相當(dāng)成效。

3.壩體型式日趨合理，壩體結(jié)構(gòu)日益新穎

隨著科學(xué)水平和筑壩技術(shù)的不斷提高，各類(lèi)砌石壩的壩體型式日趨合理。如重力壩突出的問(wèn)題是揚(yáng)壓力大，材料強(qiáng)度未能充分利用，因而出現(xiàn)了空腹重力壩、干砌石壩、框格填碴壩、寬縫填碴壩及支壩等。這些壩體，既能大大地減少揚(yáng)壓力，又能較好地利用材料強(qiáng)度。其壩體工程量與實(shí)體漿砌石重力壩相比，可節(jié)省約20%或更多。

拱壩的壩體結(jié)構(gòu)型式日益新穎，壩體斷面形狀日趨完善。從壩體垂直斷面看，現(xiàn)已由直立面（上游面或下游面）正在發(fā)展到拱形面，即由單曲拱壩向雙曲拱壩發(fā)展。水平拱圈上也在開(kāi)始改進(jìn)，如已從等厚圓弧拱向變截面拱、多心拱發(fā)展。這些改進(jìn)對(duì)改善壩體應(yīng)力分布和加強(qiáng)壩肩穩(wěn)定都有利，與等厚圓弧拱相比，工程量可節(jié)省約20%～35%。存在的問(wèn)題是應(yīng)力計(jì)算和施工放樣均較麻煩，但這些都可由簡(jiǎn)化的計(jì)算方法或計(jì)算機(jī)加以解決。大頭拱壩在四川省建造較多，并有較簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。

壩體的新穎結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)在拱壩中的鉸拱壩和平底縫拱壩的興建。鉸拱壩即是在壩體與巖石地基接觸面處設(shè)有周界縫，兩岸設(shè)鉸縫，河床部分設(shè)平底縫，而平底縫拱壩僅在河床部分設(shè)平底縫。設(shè)縫后可大大地減小周界上的壩體拉應(yīng)力，從而使壩體工程量明顯減小。

4.砌石壩的研究進(jìn)展

目前砌石壩設(shè)計(jì)主要采用混凝土壩設(shè)計(jì)理論，按均質(zhì)彈性體考慮。由于砌石壩一般都設(shè)有防滲體，砌石體的種類(lèi)也各有不同，如漿砌塊石、漿砌條石及干砌石等，同時(shí)砌石體本身各向的彈性模量也不相同，實(shí)際上砌石體不是均質(zhì)材料。現(xiàn)在采用混凝土壩設(shè)計(jì)理論，僅是近似借用，因此，必須研究砌石體本身的特性，建立砌石壩設(shè)計(jì)理論。

近幾年，四川、安徽、湖南及湖北等省均已對(duì)砌石壩進(jìn)行科學(xué)研究。四川省威遠(yuǎn)縣長(zhǎng)沙漿砌條石拱壩及安徽省寨西漿砌石鉸拱壩都作過(guò)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，而且還進(jìn)行了原型觀測(cè)，根據(jù)長(zhǎng)沙壩頂層應(yīng)變計(jì)在壩體開(kāi)裂時(shí)的實(shí)測(cè)值，反推壩體的極限抗拉強(qiáng)度約為2.2～4.2kg/cm2,平均為2.9kg/cm2，這與一般砂漿的極限抗拉強(qiáng)度值很接近。另外，又從長(zhǎng)沙壩原型觀測(cè)中得出壩體溫度變化值的經(jīng)驗(yàn)公式（△t=12.52—0.672TT為計(jì)算高程處拱圈厚度，適用范圍：T=5～15m)。武漢水利電力大學(xué)進(jìn)行砌石拱壩模型試驗(yàn)，對(duì)砌石及混凝土分別采用不同的彈性模量并提出成層異彈模拱壩應(yīng)力的換算簡(jiǎn)化方法，認(rèn)為混凝土和砌石體交界處的應(yīng)力比值同它們的彈性模量比值基本相同。

近幾年來(lái)，在水利水電科研和大中型工程設(shè)計(jì)方面正在逐步推廣應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在不僅能利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行徑向變位一致的拱冠梁法應(yīng)力計(jì)算機(jī)，而且也能利用多拱多梁結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行徑向、切向和扭轉(zhuǎn)的3向調(diào)整應(yīng)力計(jì)算，精度較高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，今后將會(huì)更廣泛地利用電子計(jì)算機(jī)代替各種手工計(jì)算及繪圖工作。