中美拱坝设计标准的差异分析

饶 宏 玲

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

中美拱坝设计标准的差异分析

饶 宏 玲

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

本文对中美拱坝设计标准在泄洪布置、洪水标准、荷载组合、坝体混凝土强度及控制标准、拱座稳定分析、建基面确定、横缝灌浆、温度控制等拱坝设计主要方面的规定进行了差异性对比，并提出了对这些差异的一些认识，对工程设计及规范修编具有一定参考价值。

中国标准；美国标准；差异性；对比

0 前 言

目前，中国的拱坝设计标准有电力行业标准DL/T5346-2006《混凝土拱坝设计规范》[1]及水利行业标准SL282-2003《混凝土拱坝设计规范》[2]，与拱坝设计相关的美国标准有美国垦务局编著的《拱坝设计》[3]，美国陆军工程师兵团工程师手册的《拱坝设计》(EM 1110-2-2201)[4]，美国联邦能源管理委员会大坝安全检查处的《美国水电项目工程审查评估导则》[5]、美国陆军工程师兵团《泄水建筑物结构的设计与评估》(EM 1110-2-2400)[6]、《溢洪道设计》(EM 1110-2-1603)[7]、《水力设计准则》[8]、美国混凝土学会《混凝土设计手册》(ACI318)[9]、《水工建筑物混凝土的侵蚀》(ACI 210R-93)[10]等。本文对中美拱坝设计标准的对比，中国标准以文献[1]为主，对比的美国标准主要以文献[3][4]为主，也涉及了上述所列其他美国标准的相关内容。

总体而言，从形式上看，文献[1]为设计规范，只对拱坝设计进行了原则性的条文规定，未对拱坝的具体设计进行方法性的具体指导，在条文说明里简要列出了一些工程实例；从内容上，文献[1]主要针对拱坝设计进行了相应的设计规定，其他内容如水文、勘探、施工等方面内容没有涉及。文献[3]、[4]为设计手册，对拱坝设计进行了全方位的指导，手册图文并茂，既有原则性规定，又有具体做法指导，并有大量工程实例，对工程设计的指导性较强；涉及内容较广泛，除对拱坝设计有相应的设计指导及规定外，文献[3]还对水文资料的收集和整理、库容和水库调度资料的收集、气候资料的收集、建筑材料、坝基勘探、施工布置和进度、施工方法、施工导流、施工管理、与工程有关的外界需求、生态和环境卫生问题的考虑等进行了相应指导和规定。文献[4]对地基勘探、施工导流、施工方法等进行了指导和规定。限于篇幅，以下仅对中美拱坝设计标准在拱坝设计的几个主要方面的差异进行比较。

1 拱坝泄洪布置差异比较

中美标准在枢纽泄洪布置上的设计思路有一定差异，文献[1]要求泄洪布置和方式应具有足够的运行灵活性，多套泄洪设施均可独立宣泄常年洪水，联合运行时可宣泄设计及校核洪水；各种泄洪设施采用同样的结构设计标准。美国标准将泄洪设施区分为工作、辅助和紧急三个层次，尤其是文献[5]明确规定，工作泄洪设施经常运行，结构设计标准较高，用于宣泄常年洪水；辅助泄洪设施不经常运行，结构设计标准较低，用于宣泄超过工作泄洪设施泄流能力的那部分洪水，在通过大坝入库设计洪水(IDF)时损失不大是可接受的；紧急泄洪设施不经常运行，结构设计标准最低，用于宣泄特大洪水，或工作、辅助泄洪设施失灵时宣泄洪水。紧急泄洪设施可以最低的费用获得最高程度的洪水安全。

文献[1]强调拱坝泄洪布置宜优先考虑坝身泄洪的方式。根据我国近年来拱坝建设的实践，优先考虑坝身开孔泄洪符合我国大量拱坝工程所具有的坝址处河道狭窄、水头高、泄洪量大的特点，是一条成功的经验，由于水流归槽较好，也有利于减少对下游的冲刷。美方标准则强调优先选择岸边独立式泄水建筑或泄洪隧洞。

2 洪水标准差异比较

文献[1]规定泄水及消能防冲建筑物的洪水标准应按GB50201《防洪标准》[11]执行。按文献[11]规定，不同等级水工建筑物应采用相应频率的洪水标准，并规定了其相应的消能防冲建筑物的洪水标准。如混凝土坝1级挡水、泄水建筑物的校核洪水重现期5 000～2 000年，设计洪水重现期1 000～500年，消能防冲建筑物设计洪水重现期100年。

文献[3]拱坝设计入库设计洪水采用可能发生的最大洪水PMF。文献[3]中关于确定入库设计洪水(IDF)论述的总体思路是：应进行风险分析，同时规定, 可能最大洪水(PMF)是确定IDF的上限。大坝或其它蓄水建筑物洪水过程线的IDF用于大坝及其附属建筑物的设计，特别是确定溢洪道和泄水工程的尺寸，确定大坝的最大高度，超高和临时蓄水要求等。美国标准未对下游消能防冲建筑物规定洪水标准。

3 荷载组合差异比较

中美标准关于荷载组合最大的差异体现在水位和温度荷载的对应关系上。文献[1]不考虑水位和温度荷载的时段对应关系，按最不利组合考虑进行包络，如规定持久状况正常组合，需考虑:

(1)正常蓄水位加温升；

(2)正常蓄水位加温降；

(3)设计洪水位加温升；

(4)死水位加温升；

(5)死水位加温降情况。

但具体工程中如果经论证，上述某种组合情况实际上不可能发生，也可不需计算那种组合。美国标准考虑水位与温度荷载的时段对应关系，先确定其中一项，然后根据水库运行调度计划，确定另外一项，如文献[3]规定正常荷载组合需计算的情况为:

(1)最小寻常混凝土温度和同时发生的最可能出现的库水位；

(2)最大寻常混凝土温度和同时发生的最可能出现的库水位；

(3)正常设计库水位和同时发生的寻常混凝土温度影响；

(4)最低库水位和同时发生的寻常混凝土温度影响。

4 坝体混凝土强度及控制标准差异比较

4.1 坝体混凝土强度

文献[1]规定坝体混凝土抗压强度标准值应由标准方法制作养护的边长为150 mm立方体试件，在90 d龄期，用标准试验方法测得的具有80%保证率的抗压强度确定。混凝土抗拉强度标准值为0.08倍抗压强度标准值。同时，条文说明中还指出，根据拱坝工程的规模、施工期长短和重要性，经论证，强度保证率亦可采用85%，设计龄期亦可采用180 d或更长的龄期。

文献[3]规定混凝土的抗压强度由6×12英寸(152.4 mm×304.8 mm)圆柱体试件进行试验确定，通常的设计龄期为365 d，但各个建筑物可根据建筑物受载时间采用不同的龄期。混凝土抗拉强度为抗压强度的4%～6%。文献[4]规定大体积混凝土的设计龄期通常是90 d到1年之间。混凝土的抗拉强度根据劈裂拉伸试验结果确定。如无试验结果，在初步设计阶段，抗拉强度可按抗压强度的10%考虑。

综上所述，中美标准虽然都提出了混凝土设计龄期的概念，但均未对龄期作出强制性要求，强调的是设计龄期可根据坝体受载时间灵活选用，并且在某些规定的龄期时应具有设计所要求的抗压强度。对抗拉强度大小的初步确定,中国标准介于文献[3]、文献[4]之间。混凝土试件尺寸有差异，中国标准为150 mm立方体试件，美国标准为6×12英寸(152.4 mm×304.8 mm)圆柱体试件。根据国内外一系列试验资料统计，150 mm×300 mm圆柱体试件的抗压强度约为150 mm立方体试件抗压强度的0.83倍。两国标准的混凝土强度保证率基本一致。

4.2 坝体混凝土强度控制标准

文献[1]规定拱坝坝体应力计算分析方法以拱梁分载法为主、线弹性有限元-等效应力法为辅、兼顾非线性有限元以及其他数值仿真手段的方法体系；美国目前逐渐过渡到以线弹性有限元为主，拱梁分载法为辅，兼顾非线性有限元等其他方法的方法体系；从手段方法上，中美两国采用的基本一致。

文献[1]强度安全控制标准采用了分项系数的表达式，美国标准均采用单一安全系数的表达式，为便于对控制标准进行对比，将文献[1]的结构重要性系数、设计状况系数、结构系数、材料性能分项系数乘起来，即可转化为单一安全系数，换算后的安全系数见表1～3。

表1 持久工况中美标准抗压强度安全系数比较

注：表中所列安全系数为统一采用15 cm立方体试件后的安全系数。

表2 短暂工况中美抗压强度安全系数比较

注：表中所列安全系数为统一采用15 cm立方体试件后的安全系数。

表3 偶然工况中美抗压强度安全系数比较

注：表中所列安全系数为统一采用15 cm立方体试件后的安全系数。

文献[1]规定坝体混凝土抗压强度安全按表1～3的安全系数进行控制，即对不同等级建筑物、不同设计状况，应力控制指标不同；对拉应力除规定了不同等级建筑物、不同设计状况的应力控制指标外(见文献[1]，此处略)，还作出特别限制：规定采用拱梁分载法计算时，当采用分项系数极限状态表达式计算出的拉应力控制指标大于1.2 MPa时，基本作用组合，要求拉应力不得大于1.2 MPa。采用弹性有限元计算时，基本组合情况下，经等效处理后的坝体最大拉应力不应大于1.5 MPa；另外，文献[1]还规定，为保证拱坝的安全，对超过拉应力控制指标的拱坝，应通过拱坝体形的调整来减小拉应力的作用范围和拉应力的数值，或提高采用的混凝土强度直至满足标准的要求；在坝体横缝灌浆以前，按单独坝段用材料力学方法分别进行验算时，坝体容许拉应力不得大于0.5 MPa；如仅有坝面个别点的拉应力不能满足上述要求，则应研究坝体可能开裂的范围，评价裂缝的稳定性和对坝体的影响，任何情况下开裂不能扩展到坝体上游帷幕线。文献[1]规定坝体混凝土强度不应低于C9015。

文献[3]对坝体混凝土强度的控制标准见表1～3，并规定正常、非常荷载组合情况下，混凝土的最大容许压应力不超过1 500磅/英寸2(10.35 MPa)、2 250磅/英寸2(15.17 MPa)。同时规定，只要可能，应该对结构重新设计以避免拉应力。但在正常荷载组合情况下，上游面局部范围内可以根据设计者的斟酌，容许存在有限的拉应力。在任何情况下，对于正常荷载组合，这一拉应力不能超过150磅/英寸2(1.035 MPa)，对于非常荷载组合，不能超过225磅/英寸2(1.517 MPa)。在施工期或最低水位和最高温度荷载的组合下，下游面局部地区各浇筑层面上可容许有等于混凝土抗拉强度的拉应力。静荷载的合力作用点必须位于垂直断面以内,以维持施工期内的稳定。对于包括最大可信地震的极端荷载组合，当抗拉强度被超过后，应假定混凝土开裂，并假定裂缝扩展到0应力点。在极端荷载组合下，如果考虑了开裂影响后，应力小于混凝土的规定抗压强度，结构能维持稳定，则结构物可认为是安全的。

文献[4]规定的抗压强度安全系数见表1～3，规定的抗拉安全系数为1.0，并要求拱坝设计应通过体形调整或者改变大坝设计，以尽最大可能减小拉应力，或将拉应力局限在一定区域内。同时说明，在水库低水位、高温度条件下，以及在施工期间或在完工时，在保证悬臂梁的稳定前提下，不必将拱坝下游面的拉应力看成一个很大的问题。当水库水位上升时，悬臂梁下游面上的拉应力会在不同程度上有所降低。即使发生了开裂，增加的静水荷载和产生的向下游变位将会使裂缝闭合。对坝上游面上的拉力应给予更多的关注，其主要原因是，如果裂缝发展，并且延伸贯通坝的整个厚度，便有可能形成穿过坝体的渗漏通道。悬臂梁开裂并不意味着坝的破坏。当拉应力超过混凝土的抗拉强度，发生裂缝时，悬臂梁的未开裂部分将趋向于承担更多的压应力，余下的荷载将由拱来承担。如果由于拉应力而产生的裂缝广泛蔓延开来，则由拱承担的荷载将会过多。随后，悬臂梁的未开裂部分的压应力可能会超过混凝土的抗压强度，引起混凝土的破坏。因此，由于压应力是拱坝破坏的主要模式，文献[4]在确定容许压应力时比较保守，而对拉应力的控制相对宽松。

文献[5]规定正常、非常、极端情况下，抗压安全系数分别为2.0、1.5、1.1，均低于文献[3]、[4]，拉应力安全系数为1.0，即拉应力控制指标与文献[4]一致，均为混凝土的抗拉强度。

如前述分析，将美国标准Φ15 cm×30 cm试件抗压强度换算成中国的15 cm立方体试件抗压强度，采用折减系数α= 0.83；由于中美标准均未对坝体混凝土设计龄期作出强制要求，强调的是根据坝体受载龄期可灵活选用，而中美标准的安全系数比较均是指达到设计龄期时坝体混凝土强度应满足的标准。因此，对两国标准强度指标的比较，可以抛开龄期的影响，比较都达到设计龄期时坝体混凝土强度应满足的指标的差异；同时，两国的坝体混凝土强度保证率取值是一致的，因此比较时可不考虑保证率的差异。

中美两国拱坝强度安全控制指标的差异主要表现在：

(1)文献[1]对不同安全级别的建筑物控制指标不一样，美国标准采用统一的指标;

(2)文献[1]对拱梁分载法及有限元法分别制定了不同的控制指标，美国标准则用同样的指标;

(3)文献[4]对持久工况规定了较高的压应力控制指标，主要原因在于其认为压应力是拱坝破坏的主要模式，因此控制指标要求较高;

(4)短暂工况和偶然工况文献[1]控制指标高于美国标准控制指标;

(5)两国标准都强调拉应力的控制以及可能开裂范围的控制，但在拉应力控制指标以及拉裂区的控制上有差异，文献[1]和文献[3]相对较严格，文献[4]、[5]相对宽松。

5 拱座稳定分析差异比较

5.1 抗剪参数取值上的差异

文献[1]只原则上规定坝基岩体力学性质的取得需进行试验，未对参数如何取值进行规定。文献[3]、[4]则做出了一些相关规定。参考我国相关规范[2-3]，从抗剪参数的试验及选取上，中美两国标准存在以下差异：

(1)两国标准中岩体及结构面的物理力学参数的确定都以室内直剪试验及野外大剪试验的成果作为主要依据。但文献[4]推荐的室内直剪试验是在人为锯开的表面上进行的，通过这样的直剪试验可以得到岩体的残余摩擦角，岩体抗剪强度是该残余摩擦角加上粗糙角。粗糙角可在野外用弦线对地基内具有代表性的节理进行量测后得到。文献[12]规定的直剪试验是将同一类型的一组试体，在不同法向荷载下进行剪切，根据库仑-纳维强度准则确定抗剪强度参数。

(2)我国的抗剪强度参数统计方法一般采用图解法、点群中心法、最小二乘法、优定斜率法等直线法。文献[3]认为，对于有节理裂隙的岩石，抗剪强度基本是由滑动摩擦产生的，而且通常不与法向荷载呈直线关系。因此，应当用曲线来表示抗剪力与法向荷载的关系，曲线中的某一段可以用线性变化来表示。当试验证明在有限的法向荷载范围内，抗剪强度与法向荷载呈线性关系时，可以采用固定的tgφ(φ为摩擦角)。但如果法向荷载变化幅度较大，则可能需要考虑不同的tgφ的值。

(3)文献[3]强调非均值岩基中确定每一种岩石抗剪力时，计入变形的重要性。由库仑公式或抗剪力-法向力曲线得出的抗剪力，通常是指不考虑变形时的最大值，不同材料在达到最大抗剪强度时，其变形是不相同的。剪切带或节理达到最大抗剪强度时变形大于完整岩石。在由完整岩石和剪切带、节理构成的滑动面上，对于同一变形，完整岩石和剪切带、节理达到的抗剪强度不一样，完整岩石可能已达到其极限抗剪强度，而剪切带、节理则还未能达到其最大抗剪强度，即滑动面上的总抗剪力低于岩石、剪切带、节理直接加起来的最大抗剪强度，如果此时简单认为滑动面上的所有材料都达到其极限抗剪强度，会高估滑动面上的总抗剪力。

5.2 拱座抗滑稳定分析方法的差异

(1)中美标准都将刚体极限平衡法作为拱座抗滑稳定分析的基本方法，但文献[3]提出了分块法作为对刚体极限平衡法的一种修正。刚体极限平衡法不允许块体有变形，这是该方法的最基本假定之一。但由于该假定的存在，在垂直滑动方向的潜在滑动面上不产生剪切荷载。垂直滑动方向的剪切将减少法向荷载，从而减少可能产生的抗剪力。也就是说，该假定使得刚体极限平衡法求得的抗剪力为可能抗剪力的上限，可能会导致计算出的安全系数比真实情况偏大。而文献[3]的分块法正是针对这点进行修正，用该方法求得的抗剪力为可能抗剪力的下限，也就是说该方法可能会导致计算出的安全系数比真实情况偏小，相对刚体极限平衡法，是一种偏于安全的计算方法。

(2)文献[1]列出了以分项系数形式表达的剪摩及纯摩安全系数的计算公式，并明确表明1、2级拱坝及高拱坝应进行剪摩分析，其他坝则只需进行纯摩分析。但在我国实际工程设计时，所有坝都需进行剪摩及纯摩的验算。文献[3]只对剪摩公式进行了安全控制指标的规定，但文献[3]同时指出，在某些情况下，几种不同材料组成的可能滑动面，在任何一种完整岩石被剪断后，可能仍有较大的总抗剪力。例如，如果完整岩石的凝聚力强度低，而作用在整个面上的法向荷载大，则各材料的组合抗滑摩擦强度可能超过岩石被剪断前测定的抗剪力，由于这个原因，应该再采用仅考虑表面抗滑摩擦强度的第二种分析方法进行分析，但文献[3]未对该方法进行安全控制指标的规定。文献[4]、[5]则均只规定了采用纯摩计算公式进行稳定分析的控制指标。

(3)文献[3]将平面有限元法及三维有限元法作为抗滑稳定分析的计算方法，文献[1]未将有限元法作为坝肩抗滑稳定分析的一种方法。

5.3 抗滑稳定分析控制指标的差异

文献[1]采用分项系数形式分析剪摩稳定时，抗力特性分为两项处理，主要考虑f、C是不同的抗力，其不确定性有较大差异，f值不确定性小一些，C值不确定性大一些[14]。因此，文献[1]要求的用分项系数表达的稳定安全度，随凝聚力与摩擦力所占权重不同而变化，当凝聚力权重增加时，由于其变异性大于摩擦力，分项系数计算的结果，要求的安全度要高一些；反之，要求的安全度会适当下降，即随凝聚力及摩擦力所占权重不同，所要求的安全度不是一个恒定值，而是在一个范围内变化。为便于控制指标的对比，将文献[1]的分项系数转化为单一安全系数见表4。由于上述原因，文献[1]所要求的安全系数在一定范围内变动，下限为凝聚力权重为零时所要求的安全系数，上限为摩擦力所占权重为零时的安全系数。

表4 中美标准抗滑稳定控制标准差异比较

从表4看出，文献[1]的控制指标除了与荷载组合有关外，还跟建筑物级别有关，建筑物级别越高，控制标准越高。而美国标准的控制指标只与荷载组合有关，与建筑物级别无关。中美标准在抗剪参数试验方法、取值方法、统计方法上存在差异，可能导致同一工程抗剪参数取值上的差异，而参数的取值直接影响抗滑稳定计算结果，因此，此处无法直接对中美两国标准的抗滑稳定控制指标孰高孰低进行比较。但总体而言，相对文献[1]，美国标准持久工况控制指标较高，偶然工况控制指标相对较低。

5.4 坝与地基联合作用的受力分析差异

文献[1]强调对高拱坝或地质条件复杂的拱坝，需对坝与地基整体体系进行联合受力分析，更全面地反映出坝和地基联合受力情况下的拱坝地基体系的应力变形情况，即整体稳定情况。对拱坝整体稳定性的判定，通过拱坝与地基在正常作用和超载作用下的三维非线性有限元分析、地质力学模型试验手段和工程类比，从坝与地基开裂、变形、屈服等破坏状态进行综合评判。美国标准未对此进行规定。

5.5 其他

文献[1]、[5]均对坝基浅层稳定分析有专门要求，文献[3]、[4]没有进行相应规定。分析原因，文献[1]、[5]发布时间相对较晚，吸取了1759号工程DIKFF[5]和中国华东地区的梅花拱坝[5]失稳模式，均对坝基浅层稳定提出相应的要求。文献[5]较重视该失稳模式，详细介绍了上述两个失稳案例和分析方法。

6 拱坝建基面确定的差异比较

文献[1]规定，高坝应开挖至Ⅱ类岩体，局部可开挖至Ⅲ类岩体。中低坝可适当放宽。文献[3]规定在地基内的最大容许应力应小于地基材料的抗压强度除以安全系数4.0、2.7和1.3，分别相当于正常、非常和极端荷载组合。文献[4]规定如果变形模量值低于500000磅/英寸2(3.4 GPa)，应当采用合理的变形模量值进行充分的应力分析。如果在各种假定条件下，坝的应力都在允许应力范围之内，则设计是可以接受的。综上，文献[1]采用岩体质量分级标准确定建基面可利用岩体；文献[3]用地基内的最大容许应力确定建基岩体质量；文献[4]则更强调用坝体的应力来判定建基面是否合适。

对比而言，美国标准对于高拱坝坝基岩体质量要求没有文献[1]严格。从我国实践经验看，二滩、溪洛渡、锦屏一级、大岗山等一批200～300 m级特高拱坝都已经大量或者部分利用弱风化的Ⅲ类岩作为拱坝坝基，文献[1]要求坝高100 m以上的高拱坝坝基“开挖至Ⅱ类岩体，局部可开挖至Ⅲ类岩体”显得过于严格，高拱坝坝基岩体质量标准有进一步下调的空间。

7 拱坝横缝及接缝灌浆的差异比较

(1)文献[3]指出，拱坝的收缩缝不一定都要设置键槽，拱坝是否设置键槽需进行研究。要研究沿坝长各界面上的相应推力和剪力，如剪切强度不足时，就需要设置键槽。在双曲拱坝中，至少在坝的较低部位，需要设置键槽以保持准直和在施工期间块体的稳定。文献[1]、[4]则没有要求对横缝面是否应设置键槽进行研究，而是直接列出了横缝面设置键槽的形式。

(2)文献[3]从受力分析原理提出设置键槽的标准方法，要求键槽面为倾斜状，大约与满库水荷载时的主应力线一致。由于坝下游面下部的垂直剪力最大，故要求根据此处主应力线的一般方向，确定单个键槽的方向，以简化键槽模板。文献[4]采用的键槽形式有垂直抗剪键(可延长上、下游面之间的渗径)、凹纹形、华夫饼形等。文献[1]根据近年来的工程经验，提出采用梯形、球形或圆弧形键槽。

(3)对于接缝灌浆区高度，文献[3]、[4]规定每层宜为50～60英尺(15.2～18.3 m)，大于文献[1]中规定的9～15 m。关于灌浆压力，文献[3]规定排气口一般为30～50磅/英寸2(0.21～0.34 MPa), 文献[1]规定灌浆压力宜采用0.3～0.6 MPa。关于横缝张开度，文献[4]规定为1/16 ～3/32 英寸(1.58～2.38 mm)，文献[1]规定不宜小于0.5 mm。文献[1]规定灌浆区上部盖重层不宜小于6 m，盖重层与灌浆区的混凝土温度宜一致，缝两侧坝体混凝土龄期不宜小于90 d，盖重层混凝土龄期不宜小于28 d。美国标准中未查到相关规定。

8 混凝土温度控制的差异比较

(1)文献[1]明确提出混凝土基础温差及上下层温差控制标准，并要求根据计算分析，确定出内外温差、最高温度及表面温度的控制标准，文献[3]只提出了基础温差控制标准，且控制标准与文献[1]有一定差异；文献[1]将边长在40 m以上的浇注块划分为通仓长块，文献[3]对通仓长块的划分为大于61 m以上，规定对大于61 m的通仓长块要分纵缝，文献[1]未对通仓长块设置纵缝提出强制要求。根据我国近年来工程实践经验，采取可靠的混凝土温度控制措施，可实现大面积通仓浇筑。锦屏一级拱坝工程坝体浇筑块达80 m(加贴角)，由于采取了可靠的温控措施，未设置纵缝，坝体混凝土浇筑质量良好。

(2)文献[1] 、[3]均未明确规定混凝土浇筑层厚度，文献[1]仅提出基础约束范围以内的浇筑层厚度宜采用1.5～2.0 m，基础约束范围以外宜采用2.0～3.0 m，经论证可选择适合工程特性的浇筑层厚度。文献[4]规定典型的浇筑层高度为5英尺、7.5英尺或10英尺(1.524 m、2.286 m、3.048 m)，从基底开始浇筑后，施工过程中此高度应是不变的。

(3)文献[1]对相邻高差统一规定按不超过12 m控制，未对最大高差进行明确限制。文献[3]通过对坝体温度的均匀分布、施工进度、浇筑计划几方面通盘考虑，对不同的浇筑层厚度分别提出了相邻高差控制标准，同时对最大高差进行了严格限制。当采用5英尺(1.524 m)浇筑层，相邻高差25英尺(7.62 m)，最大高差40英尺(12.192 m)；采用7.5英尺(2.286 m)浇筑层，相邻高差30英尺(9.144 m)，最大高差52.5英尺(16.002 m)。

(4)文献[1]未明确提出降低坝体混凝土内部温度分几期进行冷却的要求，要求通水冷却时坝体降温速度不宜大于1 ℃/d，通水时坝体混凝土温度与冷却水之间温差不宜超过20～25 ℃。文献[3]、[4]均明确提出降低坝体混凝土内部温度要求采用初期、中期及后期三期冷却。文献[3]规定初期冷却温度下降的速率一般限制在每天0.5～1℉(0.28～0.56 ℃)之内，中期和后期冷却降温速率一般维持在每天1 ℉(0.56 ℃)以下，最好是每天1/2 ℉(0.28 ℃)到3/4 ℉(0.42 ℃)。文献[4]规定初期冷却最好不要每天降低超过1/2 ℉(0.28 ℃)～1 ℉(0.56 ℃)。中期冷却和后期冷却，冷却速度一天不得超过1/2 ℉(0.28 ℃)。美国标准对温度控制的要求较细、较严，体现了施工期全程冷却、小温差、缓慢冷却的温控理念，根据近年来我国高拱坝的实践经验，这些规定对坝体混凝土浇筑质量具有重要意义。

9 结 语

本文对中美拱坝设计标准的主要差异进行了比较，限于篇幅，文中未对两国标准的一些具体差异进行比较，并未对差异可能造成的对设计的影响进行比较。笔者认为，总体而言，文献[1]在拱坝设计方面的规定、要求较系统、全面，且根据以往的工程经验总结出了一系列经验数据可供直接借鉴采用，优点是设计人员可操作性较强，在设计资料缺乏的情况下，或工程师经验不足的情况下，仍可根据标准规定及一些经验数据做出工程设计；美国标准除对一些涉及安全的设计准则(如强度、稳定、温控标准等)进行了严格规定外，对很多方面没有做出强行规定，更强调设计方法和设计原则的正确性，要求对工程输入条件进行大量的调查，采用正确的设计方法和原则，根据具体工程条件进行因地制宜的设计。

[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5346-2006《混凝土拱坝设计规范》[S].2007.

[2] 中华人民共和国水利部.SL282-2003《混凝土拱坝设计规范》[S].2003.

[3] 美国垦务局.拱坝设计翻译组校，潘家铮校.拱坝设计[M].水利电力出版社，1984.

[4] 美国陆军工程师团.拱坝设计(EM1110-2-2201)[S].1994.

[5] 美国联邦能源管理委员会大坝安全检查处.美国水电项目工程审查评估导则[S].1999.

[6] 美国陆军工程师兵团.泄水建筑物结构的设计与评估(EM 1110-2-2400)[S].2003.

[7] 美国陆军工程师兵团.溢洪道设计(EM 1110-2-1603)[S].1990.

[8] 美国陆军工程师兵团.王诘昭,张元禧等译.张长高校.水力设计准则[S].水利出版社，1982.

[9] 美国混凝土学会.混凝土设计手册(ACI318)[S].2008.

[10] 美国混凝土学会.水工建筑物混凝土的侵蚀(ACI 210R-93)[S].2008.

[11] 国家技术监督局.中华人民共和国建设部GB50201《防洪标准》[S].1994.

[12] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5386-2007《水电水利工程岩石试验规程》[S].2007.

[13] 中华人民共和国建设部.GB50287-2006《水力发电地质勘察规范》[S].2006.

[14] 饶宏玲.拱坝拱座稳定的刚体极限平衡法的分项系数分析[J].水电站设计，2005(3).

2015-10-15

饶宏玲(1963-)，女，四川成都人，教授级高级工程师，从事水工设计工作。

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1003-9805(2017)02-0063-06