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水电站大坝之 --- 拱坝

浙江临安甘溪水电站双曲拱坝

 

  水电站大坝有多种,根据抵抗水头压力的机制不同,可分为重力坝、拱坝与支墩坝。本期介绍拱坝。

 

  拱坝(Arch Dam)

 

  拱坝多建在峡谷地带,利用两岸坚固的岩石来承担拱坝传来的压力。

 

  拱坝的坝面向上游方向凸起,可把上游坝面的水压力、风浪压力等通过拱的作用传给两岸岩体与坝底岩基,利用筑坝材料强度来承担上游水压。

 

  与重力坝(gravity dam)相比,拱坝在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持,主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力,可充分利用筑坝材料的强度。因此,拱坝是一种经济性和安全性都很好的坝型。

 

图1-- 拱坝视图

 

  图1是拱坝的三方向视图。左图是拱坝的侧视图,拱坝的垂直剖面也是弧形,凸起面朝向上游,坝体比起重力坝薄多了。

 

  中间图是从下游方看拱坝,拱坝建在山谷中,两边顶住山体岩石,与拱坝接触的两边岩石称为坝肩( dam abutment),也称拱坝的整个岩石基础为拱座。

 

  右边图是从上方看拱坝,拱坝凸起面朝向上游,上游水压作用到坝面(蓝色箭头线),拱坝两边对坝肩的作用(红色箭头线)。

 

图2-拱坝垂直剖面

 

  如果拱坝是桶形,上游面与地面垂直,见图2左图,只有水平剖面呈弧形,称为单曲拱坝( single-curvature arch dam);拱坝垂直剖面也是弧形的称为双曲拱坝(double-curvature arch dam),坝体较薄的称为双曲薄拱坝(double-curvature thin arch dam),见图2中图,在地质坚硬,峡谷较窄的地段可建双曲薄拱坝;坝体较厚的称为双曲厚拱坝,见图2右图。单曲拱坝与双曲厚拱坝兼有重力坝的特征,也有称之为重力拱坝( gravity arch dam)。

 

图3--拱坝引水与泄水

 

  拱坝的发电厂房建在坝后的,采用管道引水,见图3左图;拱坝的发电厂房建在山体内的,则从上游边坡开挖隧道引水到地下厂房,再由尾水隧道排水到下游,采取哪种方式依地质地势而定。

 

  拱坝的泄水方式同样采用坝顶溢流与坝下深孔泄洪,见图3右图。泥沙大的河流还要在坝下方开冲沙孔。

 

  拱坝是一种推力结构,能充分发挥坝体材料的抗压强度,坝体厚度薄,对于可建拱坝或重力坝的同一坝址,相同坝高的拱坝要比重力坝节省1/3至1/2的材料;拱坝超载能力强、抗震性好,安全度高。但拱坝对地址条件要求高,两边岩基要坚固可靠,而且拱坝的施工复杂。

 

  下面介绍3个拱坝水电站(内容来自网络,仅供参考!)

 

图4 建设中的溪洛渡大坝

 

  四川的金沙江溪洛渡水电站是我国第二大水电站,坝址为峡谷地形,采用混凝土双曲拱坝结构。最大坝高285.5米,坝顶长714米,坝底厚70米,坝体采用表孔、中孔、底孔泄洪。厂房布置在上游侧左右两岸地下,各安装9台单机容量70万千瓦的水轮发电机组,总装机1386万千瓦。图4 是溪洛渡大坝建设照片。

 

图5—建设中的锦屏一级水电站大坝

 

  四川省雅砻江(金沙江支流)锦屏一级水电站是世界第一高拱坝,坝址为峡谷地形,为混凝土双曲拱坝,最大坝高305米,坝顶中心线弧长552米,拱坝底厚63米。坝顶有4个表孔溢洪道,坝中部有5个泄洪深孔,坝体下方有5个导流底孔,2个放空底孔地下厂房建在坝后右侧山体下,6条引水管道从上游取水送往6台60万千瓦水轮发电机,总装机360万千瓦。图5是在建中的锦屏一级水电站,照片中5个导流底孔正在泄水。

 

图6---二滩水电站大坝

 

  四川省雅砻江下游的二滩水电站为混凝土双曲拱坝,最大坝高240米,坝顶弧长775米,坝底部厚度55.74米,坝顶中央有7个泄洪表孔,拱坝坝体中部有6个泄水中孔。地下厂房位于左岸地下洞室群内,装有6台单机容量55万千瓦的水轮发电机组,总装机容量330万千瓦。图6是二滩水电站大坝4个表孔正在溢流泄洪。

 


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