浅谈砌石坝发展趋势

□于磨转（嵩县木植街乡政府）

□张献卫（嵩县九店乡政府）

在石料丰富的丘陵山区，砌石坝常是中小型水利水电建设工程广泛采用的一种坝型。它不仅能够就地取材、节省投资、节约“三材”，具有明显的经济性。而且它与土坝相比，在枢纽布置上具有较大的灵活性；在施工及超载运行期间具有较大的安全性。同时在导流和溢洪方面，它的优越性又和混凝土坝类同。因此砌石坝已成为一种深受欢迎的、日益广为建造的好坝型。

1.砌石坝地形地质的限制条件有所放宽

砌石坝对地形的要求视各种坝型而有所不同，其中对地形要求较低的主要是砌石重力坝，而对地形要求较高的主要是砌石拱坝。拱坝河谷对称问题多不作严格要求，而在设计上通过工程措施或评算方面加以解决，如采用重力墩、周界缝、深沟中回填混凝土或砌筑石料、调整拱圈圆心及半径等。

地质条件也有所放宽，现在有许多拱坝修建在一般岩基上，也有一些工程在软弱的岩基上或较复杂的地质条件下，经过慎重处理，采取必要的措施后修建了砌石拱坝，而且运用正常。只要地质情况查清，采取适当措施，一般岩基上均可修建砌石拱坝。尽管如此，地基问题仍是砌石坝（尤其是砌石拱坝）安全的关键，必须持慎重态度。

2.坝高逐渐增加，轻型坝愈来愈多

近年来，随着科学水平的提高和群众筑坝经验的丰富，坝的高度也随之增加。截至2000年，坝高在30～70m之间的占40%，坝高>70m的占2.5%，而坝高<30m的却由过去的80%下降到60%。坝高的增加是体现筑坝水平的一个重要标志，而坝型方面，从重力坝过渡到轻型坝（拱坝和支墩坝）又是另一个重要标志。1958年以前，以兴建砌石重力坝为主，1958年以后，轻型坝发展很快，尤其是在轻型坝的地形地质条件放宽后，不少重力坝逐渐被轻型坝代替。轻型坝与重力坝相比，节省工程量，缩短工期，尤其是拱坝，安全度很大，这是明显的优点；缺点是计算及施工均较复杂。克服这个缺点的途径是改进计算方法、利用电子计算机及提高施工水平等，在这方面，目前已取得相当成效。

3.坝体型式日趋合理，坝体结构日益新颖

随着科学水平和筑坝技术的不断提高，各类砌石坝的坝体型式日趋合理。如重力坝突出的问题是扬压力大，材料强度未能充分利用，因而出现了空腹重力坝、干砌石坝、框格填碴坝、宽缝填碴坝及支坝等。这些坝体，既能大大地减少扬压力，又能较好地利用材料强度。其坝体工程量与实体浆砌石重力坝相比，可节省约20%或更多。

拱坝的坝体结构型式日益新颖，坝体断面形状日趋完善。从坝体垂直断面看，现已由直立面（上游面或下游面）正在发展到拱形面，即由单曲拱坝向双曲拱坝发展。水平拱圈上也在开始改进，如已从等厚圆弧拱向变截面拱、多心拱发展。这些改进对改善坝体应力分布和加强坝肩稳定都有利，与等厚圆弧拱相比，工程量可节省约20%～35%。存在的问题是应力计算和施工放样均较麻烦，但这些都可由简化的计算方法或计算机加以解决。大头拱坝在四川省建造较多，并有较简便的计算方法。

坝体的新颖结构还表现在拱坝中的铰拱坝和平底缝拱坝的兴建。铰拱坝即是在坝体与岩石地基接触面处设有周界缝，两岸设铰缝，河床部分设平底缝，而平底缝拱坝仅在河床部分设平底缝。设缝后可大大地减小周界上的坝体拉应力，从而使坝体工程量明显减小。

4.砌石坝的研究进展

目前砌石坝设计主要采用混凝土坝设计理论，按均质弹性体考虑。由于砌石坝一般都设有防渗体，砌石体的种类也各有不同，如浆砌块石、浆砌条石及干砌石等，同时砌石体本身各向的弹性模量也不相同，实际上砌石体不是均质材料。现在采用混凝土坝设计理论，仅是近似借用，因此，必须研究砌石体本身的特性，建立砌石坝设计理论。

近几年，四川、安徽、湖南及湖北等省均已对砌石坝进行科学研究。四川省威远县长沙浆砌条石拱坝及安徽省寨西浆砌石铰拱坝都作过结构模型试验，而且还进行了原型观测，根据长沙坝顶层应变计在坝体开裂时的实测值，反推坝体的极限抗拉强度约为2.2～4.2kg/cm2,平均为2.9kg/cm2，这与一般砂浆的极限抗拉强度值很接近。另外，又从长沙坝原型观测中得出坝体温度变化值的经验公式（△t=12.52—0.672TT为计算高程处拱圈厚度，适用范围：T=5～15m)。武汉水利电力大学进行砌石拱坝模型试验，对砌石及混凝土分别采用不同的弹性模量并提出成层异弹模拱坝应力的换算简化方法，认为混凝土和砌石体交界处的应力比值同它们的弹性模量比值基本相同。

近几年来，在水利水电科研和大中型工程设计方面正在逐步推广应用电子计算机。现在不仅能利用电子计算机进行径向变位一致的拱冠梁法应力计算机，而且也能利用多拱多梁结构体系进行径向、切向和扭转的3向调整应力计算，精度较高。随着科学技术的不断发展，今后将会更广泛地利用电子计算机代替各种手工计算及绘图工作。