一、支墩坝的工作原理

 1、问题的提出

重力坝的二个主要缺点：①材料强度不能充分利用；②底部扬压力大.

宽缝重力坝在一定程度上克服了这两个缺点.

我们设想：①能否最大限度地利用材料强度；

          ②能否最大限度地减小扬压力；

          ③能否充分利用水重来节省砼方量；

2.工作原理

①组成 支墩坝由一系列独立的支墩和挡水面板组成，支墩顺坝轴线排列，上游面设挡水面板，遮断河谷，形成挡水面。

②传力方式  库水压力由面板→支墩→地基

③工作原理:利用水重和自重在坝基面产生的摩擦力来抵抗水平水压力维持稳定.

二、支墩坝的型式

根据挡水面板的形状可将支墩坝分为如下三种型式, 见图4.1：

图4.1 支墩坝的类型

1、平板坝

这是支墩坝的最早型式，常用的是简支式平板坝。它的面板是一个平面，平板与支墩在结构上互不相连。

优点：①平板的迎水面上不产生拉应力；

       ②对温度变化的敏感性差；

       ③地基变形对坝身应力分布影响不大, 对地基要求不十分严格；

适用场合：
①地基不均匀变化较大时；
②适用于坝高40m以下的坝；这是由于面板受力条件的限制(跨中弯矩大1/8ql²)

2、连拱坝

一方面由于平板坝的面板受力条件不好，需将面板的形式加以改进，砼的抗压性能好，所以可以把平面的面板改为圆弧面板(拱)，即连拱坝；

    另一方面在河谷较宽时，若采用拱坝，拱作用得不到充分发挥，且砼方量多(中心角越大，弧长越长)；

    将面板做成拱型的，其受力条件较好能较好地利用材料强度。

如我国的梅山连拱坝1956年建成，坝高88.24m是当时世界上最高的，它比美国1938年建造的巴特勒(Bartlett)坝(87.19m)高1.05m, 见图4.2；佛子岭连拱坝高74.4m, 见图4.3，现在世界上最高的是六十年代初期开始建造的加拿大旦尼尔约翰逊(Daniel Johnson)连拱坝，高214m。它的混凝土体积仅为同等高度重力坝的一半。

图4.2 梅山连拱坝

图 4.3 佛子岭连拱坝

图4.4 大头坝布置图

适用场合：

连拱坝是空间超静定结构，对地基变形、温度变化较敏感，故对地基要求相对要高。

3、大头坝

这是一种较为优越的坝型，它既能充分利用材料的强度，钢筋用量又少。

已建的大头坝有: 

国内: 广东新丰江单支墩大头坝，坝高105m;
      湖南柘溪单支墩大头坝，坝高104m;

国外：巴西--巴拉圭80年代修建的伊太普;

      (Itaipa)双支墩大头坝，坝高185m;

      日本火田薙笫一单双支墩大头坝，高125m.

图4.5 连拱坝示意图

三、支墩坝的特点

  1、稳定性特点

   ①抗滑稳定

   a、因支墩间有空隙渗水易排，扬压力减小；

   b、上游边坡加缓(0.4～0.9)，可利用水重，节省砼；

②侧向稳定
    支墩因本身单薄，又相互分立，侧向刚度比纵向(上下游方向)刚度低，地震时顺坝轴线方向抗震能力明显低于重力坝。

③弹性稳定

    因支墩坝是一块单薄的受压板，当作用力超过临界值时，尽管应力分析所求得的支墩内应力未超过材料的破坏强度，但支墩却因丧失纵向弯曲稳定而失稳。所以对支墩坝还应进行弹性稳定计算。

2、应力特点

    支墩可以随受力情况调整厚度，以充分利用砼的容许抗压强度，连拱坝把盖板做成压力结构。

3、施工特点
①地基开挖  支墩坝的基础一般不需全部开挖，只需开挖支墩部分，特别是在新鲜岩面埋藏较深的情况下，可节省大量的开挖工作量。

②散热条件及模板用量   因与外界接触面增加，施工散热相对容易，故温度收缩应力较小，温控措施简单，可加快坝块上升速度，但模板用量大且复杂(尤以连拱坝为甚)砼标号较重力坝高，单方造价也高。

③施工导流   大头坝、平板坝可利用支墩间隔布置导流底孔或采用梳齿法施工，但遇到意外洪水而未完建之坝体被迫过水时，存在坝体震动，基础冲刷，支墩侧向稳定等方面的问题。

4、溢流特点
   大头坝接近于宽缝重力坝，单宽流量可以较大，随基岩条件而定，如湖南柘溪单支墩大头坝

n为136方/sec，平板顶也可以溢流，但因结构简单，单宽流量较大易引起坝身振动，连拱坝一般不溢流。

连拱坝漫顶: 1969.7.14淮河上游发生大洪水，佛子岭水库溢洪道全部开启，仍不能泄走上游来水，将库水位逼至130.64m，超过坝顶1.08m，时间长达25小时15分钟，测得坝顶最大位移12.1mm。大坝安然无恙。

5、钢筋用量

平板坝、连拱坝钢筋用量较多，达30～40kg/方砼；大头坝不用钢筋，仅在大头局部和洞周边布置2～3kg/(方砼)的钢筋 ，与宽缝重力坝相近。
6、砼方量节省

与实体重力坝相比，大头坝可节省20～40％，连拱坝可节省30～60％。

支墩坝的支墩形式见图4.6.

图4.6 框格支墩坝图