四、支墩坝

支墩坝是由一系列顺水流方向的支墩和支承在墩子上游的挡水面板所组成的。支墩坝是一种性能良好的坝型，我国自20世纪50年代以来相继建成佛子岭、梅山连拱坝、磨子潭、柘溪等不同形式的支墩坝。其中梅山连拱坝高达88m，柘溪大头坝高达104m。巴西与巴拉圭合建的伊泰普大头坝高达196m，加拿大的丹尼尔约翰逊连拱坝高达215m。

1.支墩坝的类型

按挡水面板的形式，支墩坝可分为平板坝、连拱坝和大头坝，如图4-44所示。

图4-44　支墩坝的形式

（a）平板坝；（b）连拱坝；（c）大头坝

（1）平板坝是支墩坝中最简单的形式，其上游挡水面板为钢筋混凝土平板，并常以简支的形式与支墩连接。由于简支板的跨中弯矩大，适用于40m以下的中低坝。支墩多采用单支墩，中心距一般为5～10m，顶厚0.3～0.6m，向下逐渐加厚。靠近上游坝面的倾角为40°～60°。

（2）连拱坝由支承在支墩上连续的拱形挡水面板承担水压力的一种轻型坝体。支墩有单支墩和双支墩两种；拱形挡水面板和支墩之间刚性连接，形成超静定结构，温度变化和地基的变形对坝体的应力影响较大。因此，其适用于气候温和的地区和良好的基岩上。

（3）大头坝是通过扩大支墩的头部而起挡水作用的。其体积较平板坝和连拱坝大，也称大体积支墩坝。它能充分利用混凝土材料的强度，坝体用筋量少；大头和支墩共同组成单独的受力单元，对地基的适应性好，受气候条件影响小，因此大头坝的适应性广，在我国应用较多。

2.支墩坝的特点

（1）节省混凝土量。支墩坝利用倾向上游的挡水面板，增加了水重，提高了坝体的抗滑稳定性；支墩间留有空隙，便于坝基排水，减小扬压力，节省混凝土方量。与实体重力坝相比，大头坝可节约混凝土20%～40%，平板坝和连拱坝可节省混凝土30%～60%。

（2）能充分利用材料的强度。支墩可随受力情况调整厚度，充分利用混凝土材料的受压强度，对于平板的抗渗和抗裂要求较高。

（3）部分形式的支墩坝对地质和气候条件要求高。连拱坝和连续式平板坝都是超静定结构，其内力受地基变形和气温变化的影响大，适于基岩好、气候温和的地区。

（4）施工条件不同。一方面，因支墩间存在空隙，减少了地基的开挖量，便于布置底孔和施工导流；施工散热面增加，坝体温控措施简易。另一方面，施工时立模复杂，且模板用量多，施工难度大。

（5）侧向稳定性差。支墩本身单薄又相互独立，侧向稳定性差，当作用力超过纵向稳定临界值时，支墩可能因丧失纵向稳定而破坏；在受到垂直于河流方向的地震力时，其抗侧向倾覆的能力也较差。

工程案例

三峡水利枢纽

1.工程概述

三峡水利枢纽位于中国湖北省宜昌市三斗坪、长江三峡的西陵峡中，距下游宜昌市约40km，具有巨大的防洪、发电、航运等综合利用效益。三峡水利枢纽大坝坝顶高程185m，正常蓄水位175m，对应库容393亿m3。防洪库容221.5亿m3，可以使下游荆江河段防洪标准提高到百年一遇，在遇到千年一遇以上特大洪水时，配合以中游分蓄洪工程等，可以使下游避免发生毁灭性洪灾。发电站装机容量1820万kW，保证出力499万kW，多年平均年发电量846.8亿kW·h，向华中、华东和川东供电。设有双线五级连续船闸，年单向通过能力5000万t，万吨船队可直达重庆。工程1993年开始施工准备，1998年大江截流，2003年第一台机组发电。

坝址地形开阔，河谷宽达1000余m，右侧有中堡岛顺江分布，两岸谷坡平缓。基岩主要为前震旦纪斜长花岗岩，岩性均一、完整、力学强度高。微风化与新鲜基岩饱和抗压强度100MPa，变形模量30～40GPa，岩体透水性微弱。坝区有两组断裂构造，断层规模不大。花岗岩体的风化层分为全、强、弱、微4个风化带。风化壳的厚度在两岸山体地段较大，可达20～40m，漫滩地段较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度较小。库区和坝区地壳稳定。地震基本烈度为Ⅵ度，建筑物按Ⅶ度设防。水库建成后，可能产生水库诱发的地震，估计最高震级为5.5级。水库库岸总体稳定条件较好。

坝址以上流域面积100万km2，多年平均年径流量4510亿m3，多年平均年输沙量5.3亿t，正常蓄水位175m时库容393亿m3，防洪限制水位145m时相应库容171.5m3，防洪库容221.5m3。枯季消落低水位155m，库容228亿m3，调节库容165亿m3。主要建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水加10%校核，相应洪峰流量分别为98800 m3/s和124300m3/s，相应水位为175m和180.4m。

2.枢纽布置和建筑物

枢纽布置由左至右顺序为双线五级连续船闸、升船机左侧非溢流坝段、升船机、临时船闸、左岸非溢流坝段、左岸厂房坝段及右岸厂房坝段、右岸非溢流坝段等（图4-45）。大坝轴线总长度为2335m（不包括双线五级船闸）。

图4-45　三峡工程枢纽平面布置图

溢流坝段长383m，分为23个坝段。共设23个7m×9m（宽×高）的深孔和22个净宽8m的表孔。深孔布置在坝块的中部，进水口底部高程90m。

大坝段典型剖面图如图4-46、图4-47所示。

图4-46　深孔坝段剖面图（高程单位：m；尺寸单位：cm）

水电站厂房为坝后式，布置于泄流坝段两侧，左右厂房分别安装14台和12台70万kW机组，厂房中部各设一个安装场，左右岸端各设高、低安装场2个。厂房总高度为93.8m，机组间距为38.3m，在主厂房上下侧为副厂房，分别布置中央控制室、主变压器和六氟化硫封闭开关。

永久通航建筑物包括永久船闸和垂直升船机，均布置在左岸。永久性船闸总水头113m，按设计水平2030年单向水货运量5000万t的要求，采用双线船闸，闸室有效尺寸为280m×34m×5m（长×宽×栏上水位），可通过万吨级船队。船闸结构长度为1607m，上游引航道长度2113m，下游引航道长度2722m。输水系统采用侧向取水的方式，每线设有5个6m×7m（宽×高）的进水孔，进水口下接10m×10m的进水廊道，在第一级闸前，进水廊道分成两支，分别与左、右船闸两侧的输水主廊道相接。

图4-47　溢流坝表孔及导流底孔坝段剖面图（高程单位：m；尺寸单位：cm）

升船机为垂直平衡重式，承船厢尺寸为120m×18m×3.5m（长×宽×船厢水深），一次可通过一条3000t级客、货船或一条1200马力轮顶推的1500t级驳船。升船机由上游引航道、上闸首、升船机主体、下闸首及下游引航道等主要部分组成。

三峡工程被列为全球超级工程之一，有世界“八大之最”：

（1）世界防洪效益最为显著的水利工程。三峡水库总库容393亿m3，防洪库容221.5亿m3，水库调洪可消减洪峰流量达2.7万m3/s，能有效控制长江上游洪水，增强长江中下游抗洪能力。

（2）世界最大的电站。三峡水电站总装机1820万kW，年发电量846.8亿kW·h。

（3）世界建筑规模最大的水利工程。三峡大坝坝轴线全长2309.47m，泄流坝段长483m，水电站机组70万kW×26台，双线5级船闸和升船机，无论单项、总体都是世界建筑规模最大的水利工程。

（4）世界工程量最大的水利工程。三峡工程主体建筑土石方挖填量约1.34亿m3，混凝土浇筑量2794万m3，钢筋46.30万t。

（5）世界施工难度最大的水利工程。三峡工程2000年混凝土浇筑量为548.17万m3，月浇筑量最高达55万m3，创造了混凝土浇筑的世界纪录。

（6）世界级数最多、总水头最高的内河船闸。三峡工程的双线五级船闸，总水头113m。

（7）世界规模最大、难度最高的升船机。三峡工程升船机有效尺寸为120m×18m×3.5m，最大升程113m，船厢带水重量达11800t，过船吨位3000t。

（8）世界水库移民最多、工作最为艰巨的工程。三峡工程水库动态移民最终达113万人。