混凝土拱坝设计规范的修订和编制6

混凝土拱坝设计规范的修订和编制6

《混凝土拱坝设计规范》的修订和编制 　　　　　　　　　　　　　　　２００３年第４期　

《混凝土拱坝设计规范》的修订和编制

钟源清 柏宝忠

（上海勘测设计研究院，上海　２００４３４）　

摘　　要：叙述了对原《混凝土拱坝设计规范（试行）》（ＳＤ１４５－８５）修订编制的过程，对《混凝土拱坝设计规范》（ＳＬ２８２－２００３）的章节和主要内容作了介绍，着重说明了新规范对原规范修改增补的主要内容。　关键词：混凝土拱坝　　设计规范　　修订　　内容　

１　　前　言　

《混凝土拱坝设计规范（试行）》（ＳＤ１４５－８５）于１９８５年３月由原水利电力部颁布试行，根据水利部１９９７年下达的技术标准制定、修订计划和水利水电规划设计管理局的水规局（１９９７）７号文《关于印发水利水电勘测设计技术标准工作会议有关文件的通知》以及《水利水电技术标准编写规定》（ＳＬ０１－９７），对ＳＤ１４５－８５进行修订。　

规范修订的理论原则，暂不按《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》（ＧＢ５０１９９－９４）的规定修订，仍按定值安全系数法修编。水利部水利水电规划设计管理局，又在水规局技（１９９９）１０号文《关于印发水利水电工程设计可靠度理论应用研讨会会议纪要的函》中，重申了上述原则。并认为对有条件的大型工程，可在设计中用可靠度理论作分析研究，通过工程实践，积累经验，待条件成熟后，在规范再次修编时进行研究。　

规范修订编制组先后提出规范修订编写大纲、初稿、征求意见稿、送审稿及报批稿，除“初稿”进行函审外，其余各稿及大纲均通过会议审查程序，经过各阶段的修改补充，于２００２年７月完成了规范报批稿。水利部于２００３年３月９日批准发布《混凝土拱坝设计规范》（ＳＬ２８２－２００３）为水利行业标准，代替原ＳＤ１４５－８５，于２００３年６月１日实施。　

《混凝土拱坝设计规范》（ＳＬ２８２－２００３）的主编单位为上海勘测设计研究院和长江水利委员会长江勘测规划设计研究院。　

２　　修订编制工作过程　

规范修订编制组自１９９７年２月以来，广泛收

集和整理了我国近二十年来混凝土拱坝工程建设实践经验和国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关的研究成果，对在设计中执行ＳＤ１４５－８５所遇到的问题作了全面调研和分析，在此基础上提出了对ＳＤ１４５－８５进行全面的修订。　２．１　启动阶段　

１９９７年７月编制组经过认真研究和分析，提出了规范修订的《编写大纲》，１９９７年８月２９日至９月２日，由水利部水利水电规划设计总院主持，邀请了电规总院、电口和水口有关设计院、有关省设计院和高等院校等１０个单位的１８位专家，在上海召开了专家讨论会。　

会议明确了规范修订原则和主要内容，一致认为，有必要根据我国近十多年来拱坝技术的发展、工程设计经验的积累和“七五”、“八五”科技攻关研究的成果，把成熟的内容纳入修订的规范中。与会专家表示，积极支持水利部水利水电规划设计总院主持的混凝土拱坝设计规范的修订工作，愿意提供所需技术资料和科研攻关成果。　２．２　初稿阶段　

１９９８年３月编制组完成了《混凝土拱坝设计规范》（初稿）的正文和条文说明，并印发给有关单位和专家进行函审征询意见，广泛地征求了国内有关单位和专家意见，１９９９年３月前收到多个单位和专家个人的书面意见。　２．３　征求意见稿阶段　

１９９９年４月编制组完成了《混凝土拱坝设计规范》（征求意见稿）的正文和条文说明。水利部水利水电规划设计总院于２０００年５月３１日至６月５日在上海主持召开了会议，对《混凝土拱坝设计规

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范》（征求意见稿）进行了讨论。参加会议的有中国水利水电科学研究院、水利部天津水利水电勘测设计研究院、国家电力公司成都勘测设计研究院、武汉水利电力大学、安徽水利水电勘测设计研究院、上海勘测设计研究院及长江水利委员会长江勘测规划设计研究院的１３位专家。会议听取了朱伯芳院士关于拱坝坝体应力控制标准的专题报告。会议认为，本规范分为１１章３个附录的框架总体是合适的，各章中涉及的内容与原规范衔接较好，繁简程度与本行业的其他水工建筑物设计规范相仿。同时建议对部分内容进行调整和补充、完善，对条文提出了一些具体修改意见。　２．４　送审稿阶段　

２００１年４月，编制组完成了《混凝土拱坝设计规范》（送审稿）的正文和条文说明。水利部水利水电规划设计总院于２００１年９月２４日至９月２７日在上海主持召开会议，对《混凝土拱坝设计规范》（送审稿）进行了审查。参加审查会议的有中国水利水电科学研究院、天津大学、清华大学、武汉大学、国家电力公司水电水利规划设计总院、成都勘测设计研究院、中南勘测设计研究院、华东勘测设计研究院、贵阳勘测设计研究院、安徽水利水电勘测设计研究院、水利部东北勘测设计研究院、上海勘测设计研究院和长江水利委员会长江勘测规划设计研究院的２４位专家。会议认为规范送审稿（正文和条文说明）基本符合标准修订审查阶段的技术及编制标准格式的要求；规范分为１１章３个附录，符合ＳＬ０１－９７应包括的前引、正文及补充三部分，规范的总体框架合适。规范送审稿遵循技术标准修订原则，对原规范明显落后的内容、不恰当的内容作了修改，对原规范欠缺且有成熟修改意见的内容作了补充，对与相关规范不协调的内容作了修改，各章节所涉及的内容与原规范衔接较好。会议通过了对送审稿的审查，同时对部分条文提出了具体修改意见。并且要求规范修订编制组，参照本次审查会议提出的修改意见，对送审稿作进一步修改和完善，尽快完成报批稿，报送有关部门审批。　２．５　报批稿的形成和新规范的发布实施　

２００２年７月编制组完成了《混凝土拱坝设计规范》（报批稿）的正文和条文说明，由水利部水利水电规划设计总院报水利部国际合作与科技司复读后，２００３年１月完成报批稿修改版。　

经审查，水利部于２００３年３月９日发文批准《混凝土拱坝设计规范》为水利行业标准，予以发

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布，标准编号为ＳＬ２８２－２００３，代替原ＳＤ１４５－８５，

新规范于２００３年６月１日实施。　

３　　ＳＬ２８２－２００３的主要章节内容设置　

ＳＬ２８２－２００３基本上保持ＳＤ１４５－８５的体系和格局，在繁简程度上保持条文规定具体、条文数量与本行业内其他水工建筑物设计规范相仿，并且有２０个条款被列为强制性条文，以黑体字标识。　

ＳＬ２８２－２００３的正文编排次序是扉页后为前言、目次，正文共１１章和３个附录，尾页为规范用词说明。条文说明与正文合订为一册。　

ＳＬ２８２－２００３第２章主要术语与符号，由ＳＤ１４５－８５附录五中部分内容移来，另一部分内容“规范用词”则列入ＳＬ２８２－２００３尾页；第１１章安全监测设计，代替ＳＤ１４５－８５第１０章观测设计；ＳＤ１４５－８５的附录四观测设计要求，被删去，相关要求应符合《混凝土大坝安全监测技术规范（试行）》（ＳＤＪ３３６－８９）的规定；其他各章名称和编排次序，基本保持ＳＤ１４５－８５面貌。新老规范各章节内容、条数设置变化见表１。ＳＬ２８２－２００３的第４章、第７章、第１０章、第１１章、附录Ａ和附录Ｃ由长江水利委员会长江勘测规划设计研究院修订编制，其他均由上海勘测设计研究院修订编制。　

４　　对ＳＤ１４５－８５修改增补的主要内容　

对规范ＳＤ１４５－８５修改增补的主要内容如下：　（１）增加主要术语与符号一章，取消原附录五。　（２）增加拱坝泄洪布置宜首选坝身泄洪方式和强调工程地质因素对拱坝布置的影响。　

对于水头高、泄量大、河谷窄的拱坝工程，宜采取坝身孔口、岸边溢洪道及坝外泄洪洞共同负担泄洪任务，坝身孔口泄洪无疑是较经济的选择；结合水库运行、调度要求，坝身中孔、深孔或底孔的运行机会更多，也更灵活；坝身开孔的应力影响问题，借助有限元法计算分析，已不难解决。因此明确“宜首先考虑拱坝坝身泄洪的可行性”。　

应根据已查明的地质资料、工程地质评价意见，对存在的不利结构面、缓倾角裂隙、软弱夹层及临空面等因素，做出拱座稳定的评价；并把采用的稳定加固措施方案，参与拱坝布置方案的综合技术经济比较。　

（３）增加体型选择采用变厚度、变曲率拱的几种拱型；增述了合理设计拱冠梁断面与坝顶表孔布置的关系。　

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表１　　新老规范各章节内容、条数设置对照表　

规范框架　前引　第１章　第２章　第３章　

正　　　文　

第４章　第５章　第６章　第７章　第８章　第９章　第１０章　第１１章　１或Ａ　

附　　录　

２或Ｂ　３或Ｃ　４　５　尾　　页　

前言　目次　

总则　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７条　主要术语与符号　　　　　　　　　　　　　２５条　拱坝的布置　　　　　　　　　　　　　　　　　１９条　水力设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３３条　荷载与荷载组合　　　　　　　　　　　　　１６条　拱坝应力分析　　　　　　　　　　　　　　　１１条　拱座稳定分析　　　　　　　　　　　　　　　１８条　坝基处理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３１条　拱坝构造　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２９条　坝体混凝土和温度控制　　　　　　　１１条　安全监测设计　　　　　　　　　　　　　　　１３条　水力设计计算公式　荷载计算公式　

施工期坝体温度和温度应力计算　——　——　

本规范用词说明　

ＳＬ２８２－２００３（新规范）　

简要说明　目录　

总则　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６条　拱坝的布置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１７条　水力设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２７条　荷载与荷载组合　　　　　　　　　　　　　　　　１１条　拱坝应力分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０条　拱座稳定分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　１８条　坝基处理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２６条　拱坝构造　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１８条　坝体混凝土和温度控制　　　　　　　　　　１２条　观测设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６条　——　

水力设计计算公式　荷载计算公式　

施工期坝体温度和温度应力计算　观测设计要求　

拱坝技术名词解释及本规定用词说明　——　

ＳＤ１４５－８５（老规范）　

根据国家“八五”科技攻关对拱坝拱圈线型的优化成果及国内已建拱坝工程的成功经验，提出变曲率拱型的常遇线型，供设计选用。　

对于二次曲线类的拱圈线型从优到劣的次序通常是：统一二次曲线→双曲线或椭圆→抛物线→三心圆→双心圆→单心圆。考虑到国内近十多年设计的高拱坝，大多都在统一二次曲线、椭圆、抛物线、双曲线和对数螺旋线这类变曲率拱型中选择，少部分工程选择三心圆变曲率拱型。增加此内容，旨在拱型优化研究已有规律性的经验可借鉴。　

（４）取消拱坝泄洪布置正文中注⑤“当采用双曲拱坝，泄流量不很大时，也可采用坝身孔口泄流的方式”的内容，其余各注释内容列入条文说明中；放宽坝身孔口高宽比的范围；增补了应重视泄洪雾化造成的不利影响。　

（５）水力设计将洪水标准和泄流能力分别单列；增加了泄洪采用多种泄水建筑物相结合的布置型式以及坝身泄水孔采用组合消能方式的要求。　

（６）增加消能防冲采用人工水垫塘的设计要求和强调消能区下游河道的护岸防冲问题。　

提出人工水垫塘设计的原则性规定，暂不提控制指标。考虑到水垫塘水流条件复杂，结构型式与地形地质条件、水垫塘空间尺寸与水力特性等因素互相关联，水垫塘设计的技术难度较大，是否以冲击动水压力允许值作为水垫塘深度和板块稳定设

计的控制指标，目前尚存在分歧。鉴于国内外拱坝挑流、跌流，采用人工水垫塘的工程较为普遍，故正文中只作原则规定，而在条文说明中把收集的资料及国内几座拱坝工程的控制指标作了介绍。

（７）增加了含设计正常温升的两组基本荷载组合和两组特殊荷载组合；增加了荷载组合表。　

在水库正常蓄水位或设计洪水位条件下，增加了设计正常温升的温度荷载与其他荷载组合的工况。在拱坝设计实践中，大量的计算分析表明，温升组合往往控制了某些部位的应力，甚至控制整个拱坝的设计。　

（８）强调有限元法计算成果也应作为衡量拱坝强度安全的主要标准之一，并增加有限元法计算的应力控制标准。　

近二十年来的实践，有限元法在坝应力分析中得到广泛的应用，并取得较好的成果。尤其在坝体设有大孔口、基础条件比较复杂等情况下，拱梁分载法由于受计算假定的限制，难以取得满意的成果，而有限元法可以反映各种复杂的因素，取得比较接近于实际情况的成果。　

坝体按弹性阶段工作时，有限元法分析成果将在角缘附近引起应力集中，局部应力一般较大，这是有限元法应力控制指标难以确定的主要原因。为避免应力集中问题提出的“有限元等效应力”　法，多年来得到了应用，有些工程就采用了“有限元等

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效应力”　法进行计算和控制，即对有限元法分析所得的坝体应力进行面积分求出截面内力，再用材料力学法求出截面应力，转化为有限元等效应力，这样得出的上、下游面应力，可以消除局部应力集中问题。应力集中问题得到缓解后，就可以提出相应的控制标准。ＳＬ２８２－２００３在国内许多工程的“有限元等效应力”　法的成果基础上，给出了有限元法分析混凝土拱坝应力的等效应力控制标准。　

（９）对于平面曲率较小、岸坡较平缓或岸坡有顺坡节理等复杂地质构造的拱坝，不再强调沿建基面滑动作为控制条件进行校核计算。明确拱坝在正常工作状态下，不存在沿建基面滑动的危险性，淡化其作为设计控制工况的要求。　

依据有关专家的专题研究成果及历次审查会议意见，本次修编对拱坝沿建基面滑动问题进行了淡化处理，不强调校核沿建基面的滑动作为控制条件，只要求注意坝基浅层抗滑稳定问题，降低了对这一问题的重视程度；指出了可能存在这一问题的特定条件，且不提控制标准。目前研究这一问题时，可根据实际情况，适当降低拱坝沿建基面抗滑稳定控制标准。　

（１０）增加岩溶地区坝基处理的原则和防渗帷幕要求；放宽建基面开挖对基岩风化深度的要求；增加断层破碎带、软弱夹层处理时，宜将坝体与岩基连同一起研究的内容；增补高压水泥灌浆、高喷冲洗灌浆等断层破碎带的处理措施。　

（１１）强调坝顶最低高程的要求；放宽横缝和纵缝的设置间距；提出圆弧形横缝键槽型式和塑料拔管的施工方法；增加消防的要求；增补了坝体和基础止水的要求。　

（１２）取消对坝体混凝土的一般性能要求，明确混凝土标号分区设计应以强度控制指标为主；增加制定温控标准及温控措施的依据；增补浇筑层厚度通过计算确定；增补基础约束区的规

定和温控具体措施。　

（１３）　将“观测设计”一章名称改为“安全监测设计”；取消原规范附录四；修正观测任务的性质划分；明确规定工程监测范围，增补安全监测设计遵循的原则；调整专门监测项目的内容；增加主要监测设施布置要求。　

明确混凝土拱坝安全监测范围，包括坝体、坝基、坝肩，以及对拱坝安全有重大影响的近坝区岸坡和其他与大坝安全有直接关系的建筑物和设备。　

明确拱坝安全监测应设置监测项目，其仪器监测应和巡视检查相结合，并提出了巡视检查的要求。鉴于以往大坝出现缺陷危及安全的先兆，５０％～７０％是被专业人员在现场巡视检查过程中发现的，强调巡视的重要性。　

针对拱坝的特点，根据国内外工程经验，增列对环境量、变形、渗流、应力应变及温度等监测项目，提出了监测布置的参考性意见。　

（１４）附录Ａ挑流消能冲坑水垫厚度计算中，增加计入水流分散程度影响的估算公式；增加水垫塘底板上的脉动压力估算公式和增述水垫塘底板上其他水力要素的估算公式。　

（１５）附录Ｂ荷载计算中，作用于坝基面的扬压力增加了坝基仅设防渗帷幕未设排水孔和坝基未设防渗帷幕和排水孔两种计算情况；浪压力的计算采用了对内陆峡谷水库的官厅水库公式，计算波浪要素后直接计算浪压力；温度荷载的水库坝前水温计算采用了荷载规范规定的公式进行。　

（１６）附录Ｃ施工期坝体温度和温度应力计算中，增加了混凝土初期温度计算中的双向差分法计算公式；增加了坝体混凝土块后期温度冷却水管降温计算中，用有限元网格计算层面和水管共同散热问题的计算方法。　

其他修改补充内容。详见新规范ＳＬ２８２－２００３条文说明。　

ËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËËË　

（上接第１２页）　管理状态。项目设计总负责人或者现场设计代表作为技术生产人员，联系着业主和设计单位，是单线信息。　

技术管理对于施工配合而言，不应该是次数极少的工程回访，或者接受由现场设计人员带回的季报表的过程，而应该是单位技术产品实现过程中的技术考查、技术监督和技术总结。其管理的要点在　

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于设计图纸与工程建设实际情况的吻合程度、图纸

是否变更、设计是否有遗漏情况等，这需要建立技术管理与业主单位的直接联系。这会增加部分管理成本，单位决策时一般以设代人员取代，涉及设代人员在技术问题上的责任时，可能因为种种原因而简单的与业主处理，发现、总结及解决技术问题的技术管理目标达不到。　

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