一、前言
?。ㄒ唬┕こ谈艣r花溪拱壩是平和花溪水電站水庫攔河壩，位于九龍江流域花山溪支流中游?？刂屏饔蛎娣e201km2，水庫總庫容358.36萬m3，工程屬Ⅳ等小型，建筑物級別為4級。拱壩設計最大壩高44.1m.大壩按30年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。拱壩泄洪采用壩頂自由溢流方式。壩頂高程166.1m，堰頂高程159.5m，設計洪水位164.14m，校核洪水位165.36m.
?。ǘ┕こ痰刭|(zhì)壩址段河流較平直，壩址河谷地形呈“V”字型谷，河床水面寬26.0m，岸坡不平順，坡度52°～80°。巖性為晚侏羅世次花崗斑巖，河邊巖石弱風化，向坡高處風化巖石漸厚，有順河向與垂河向壓性小斷層通過，寬0.3～1.0m.右岸裂隙發(fā)育但閉合，左岸規(guī)模較大的裂隙垂直河向和平行河向延伸，并有緩傾角裂隙。工程地質(zhì)評價為“右岸工程地質(zhì)條件好、河中段較好、左岸一般”。拱壩可置基于弱風化巖層。
二、設計前期分析
?。ㄒ唬┕叭€型的選擇壩址河谷地形深切呈“V”字型谷，較狹窄。弦高比為2.17，屬較規(guī)則窄谷，這種地形建壩，拱作用占優(yōu)勢，選用圓拱較合適。本拱壩屬中低壩，從設計、施工便捷和結(jié)構(gòu)簡單角度考慮，應首先考慮選用圓形拱壩。
?。ǘ﹫A拱形態(tài)的選擇據(jù)設計開挖線，拱壩建基面河谷開挖后略呈梯形。兩岸稍不對稱。參照國內(nèi)外專家觀點與工程實踐，認為狹窄梯形河谷（弦高比小于3），單心圓拱壩最好，有實例分析顯示應力情況比三心拱好許多。對于不對稱河谷問題，有觀點主張采用二心圓拱，由于本壩河谷不對稱程度并不嚴重，考慮設計及施工簡便，宜采用單心等厚圓拱。
?。ㄈ┢矫娌贾玫倪x擇壩址段河流較平直，壩址處河谷平面呈小喇叭口型，左岸向下收縮較大，右岸收縮較小，左右岸稍不對稱，壩基開挖立面略顯梯形。在平面布置時可考慮三種處理方式：1.可用砼回填澆筑“改造”地形，使河谷大體對稱；2.將河谷挖成對稱或大體對稱的壩基；3.不做任何河谷整形（回填或開挖），只進行一般情況下的壩基開挖，將拱壩壩身設計成自然不對稱。由于壩址處屬窄谷，低部兩岸巖石裸露，呈弱風化。采用大量開挖整形方式欠妥。采用回填改造又顯不經(jīng)濟。且兩岸不對稱程度不嚴重，因此，本拱壩在平面布置時宜采用第三種方式，讓拱圈呈自然不對稱。布置時應“兼顧左右岸”保證滿足規(guī)范“30°要求”。讓大壩圓心線與河道中心線不完全平行，如此，各拱圈內(nèi)弧面與各高程可利用巖體等高線間均可獲得較大夾角，具有穩(wěn)定的壩肩工作條件。
（四）拱中心角的選擇處于喇叭口型的拱壩，建壩后如“自緊式”的塞子，在荷載作用下，愈壓愈緊，且開挖量不大，拱中心角可以選大一些。另一方面，建基立面為梯形河谷，頂、底拱宜選用較大的中心角。中心角大應力條件好，拱端較拱冠更易發(fā)生拉應力，在壩體設計調(diào)整中更易達到要求，取得良好的力學效果和經(jīng)濟效果。
?。ㄎ澹┕肮诹盒螒B(tài)的選擇雙曲拱壩從拱冠剖面上看大體分三種形態(tài)：前傾雙曲拱壩、后傾雙曲拱壩和自然雙曲拱壩。拱壩前傾雖可利用重心前移減少上游壩踵的拉應力或增加壓縮趨勢，但相應會在壩下游面低部或壩趾出現(xiàn)較大拉應力，且上游面下部倒懸度較大，施工不便。拱壩后傾雖對抗震特別有利，但上游面下部及壩踵會出現(xiàn)較大拉應力，且下游面倒懸度較大，施工不便?；ㄏ皦胃鶕?jù)河谷形狀、地質(zhì)情況及壩高等因素，宜采用介于上述兩者之間的自然型雙曲拱壩，即拱冠梁前傾或后倒不明顯的一般雙曲拱壩，這種拱壩較適合梯形河谷，在倒懸度、拱圈半徑和應力三者之間調(diào)整時，較好控制，且容易達到要求。
?。┕肮诹簠?shù)選擇，拱冠梁特征值除已擬定的壩頂厚Tc，壩底厚Tb外，還包括上游面最大外挺值X.及最大外挺高度α2H，下游面最凹值X0′及最凹點高度α3H，壩基外挺值α1Tb及各層拱圈厚度等。這些特征值關系到大壩的工程量，拱冠梁底的拉應力及兩岸懸臂梁倒懸度的大小等有關設計質(zhì)量的問題。
從花溪拱壩的河谷形狀及寬度情況看，拱冠梁底拉應力值較易滿足，主要應控制拱冠梁上游下部的倒懸度，以免引起兩岸懸臂梁上游倒懸度過大，影響施工。因此，α1在初值選取時擬取大值，即拱冠梁略顯后傾。
上游面最大外挺高度α2H和下游面最凹點高度α3H，根據(jù)通常經(jīng)驗α2＝0.2～0.4、α3＝0.5～0.8，在壩頂和壩底厚度已定的前提下，此兩高度值對壩體工程量大小起著主要影響作用，高度上升，拱冠梁中部顯厚，高度下降，拱冠梁中部顯薄。根據(jù)本壩自身情況，兩高度系數(shù)α2、α3宜取小值，既能滿足應力和穩(wěn)定要求，又能獲得良好的經(jīng)濟效果。
考試大相關鏈接：平和花溪拱壩設計前期分析及施工調(diào)整（二）
