漫谈胡佛坝(三)
——坝型辨析
朱诗鳌
对于一座已经建成的水坝来说, 其坝体属于什么坝型, 比如说是土坝还是重力坝, 应该说是不言而喻的。然而对 胡佛坝的坝型,却众说纷纭。总起来有如下几说:
(1) 重力坝 (gravity dam)
由莫加罗布洛夫(Yu.B.Mgalobelov) 等著的《岩基上的非常规混凝土坝》(Non-conventional Concrete Dams on Rock Foundation),1997年版,不仅明言胡佛坝为重力坝,还特称之为“大体积重力坝”(large massive gravity dam)。
(2) 重力坝,在平面上呈曲线形 (gravity dam,curved in plan)
克里盖尔(W.P.Creager) 等所著坝工名著《大坝工程》(Engineering for Dams),1944年版,就是这样称呼胡佛坝的。这种称呼沿袭于近代甚至古代重力坝,众多的坝例不在此一一列举。特别是在法国,自世界第一座近代重力坝富伦斯(Furens)坝之后,大部分重力坝都设计成“在平面上呈曲线形”。
(3) 拱形重力坝 (arched-gravity dam) 或大体积拱形重力坝 (massive arched-gravity dam)
这是胡佛坝的设计单位美国垦务局对胡佛坝的定名,国外绝大多数文献均从此说,如加拿大出版的
《 1970 年世界年鉴》( The 1970 World Almanac ), 以及马其顿的坦塞夫(L.Tancev) 的专著《坝及附属水工建筑物》(Dams and Appurtenant Hydraulic Structures)(2005版)等。在我国用此名的有《中国水利百科全书》,1991年版。
(4) 重力拱坝 (gravity-arch dam) 在我国,大多数文献对胡佛坝取此说。这也许是由于英文中译时产生的误导,如有的英汉词典就将“arched-gravity dam”译成了“重力拱坝”。现在,在互联网上有关胡佛坝的中文网页中,几乎都称之为“重力拱坝”。在外文文献中将胡佛坝称之为“重力拱坝”的情况极少见。
(5) 拱坝 (arch dam) 牵涉到“试载法”时,有些文献将胡佛坝列为“拱坝”的范畴。
(6) 此外,还有“下重上拱 ”一说,即胡佛坝的下部分坝体为重力坝,上部分坝体为拱坝。
那么,如何看待上述莫衷一是的说法呢?
薄拱坝 一般拱坝 重力拱坝 重力坝 拱形重力坝(胡佛坝)
(a) (b) (c) (d) (e)
图1 有关的几种坝型比较
判断坝型的重要标准是坝断面的“厚高比”,即坝底宽度与坝高的比值。众所周知,对拱坝来说,比值小于0.2时属“薄拱坝”[如图1(a)];0.2~0.35时属“一般拱坝”[如图1(b)];大于0.35时属“重力拱坝”[如图1(c)]。而胡佛坝的厚高比为0.9[如图1(e)],远远超出了拱坝的范畴,甚至达到了重力坝厚高比的上限,重力坝为0.7~0.9[如图1(d)]。据此,可以说,胡佛坝在实质上属于“重力坝”范畴。之所以历来都不免将它与“拱坝”联系起来,无非是基于以下两方面的原因:一是用计算拱坝应力的方法——“试载法”计算了其坝体应力;二是其坝轴线呈拱形。其实这两条都改变不了其重力坝坝型的实质。试载法只是一种计算方法而已,关键是看所计算的断面形状如何。勒里亚夫斯基(S. Leliavsky) 在其水工专著《灌溉与水工设计》(Irrigation and Hydraulic Design)一书中曾说到:在用试载法计算拱坝应力时,如果在悬臂梁底部不可避免地出现拉应力,就会迫使设计者加大梁底部的宽度,一直加大到断面形状类似于重力坝断面形状为止。为此,他还特别以胡佛坝的断面为例加以说明。至于拱形坝轴线由来久远,已于前述。除了拱坝以外,不仅是重力坝,土坝、支墩坝的坝轴线设计成拱形的也不乏其例,但并没有因此而改变这些坝坝型的实质。如果坝轴线在呈直线的情况下坝体就稳定,那么,设计成“在平面上呈曲线形”后其优点是明显的:即可增大坝体安全的裕度,不过也增加了工程量。
从上面所列的6种说法也可清楚地看出,前3种说法,实际上都将胡佛坝定位于“重力坝”,而以其中第3种说法,即美国垦务局定名的“拱形重力坝”说法最切实。这可谓“名从主人”——原本就该如此称呼。至于第4种说法“重力拱坝”则不妥,因为它已属于“拱坝”的范畴。至于“拱坝”的说法,当然就更不妥了。
长期以来,人们对胡佛坝褒贬不一。持批评态度的认为坝的设计太保守,坝体断面太庞大——看来其中原因之一可能与批评者对胡佛坝坝型的定位有关,用了拱坝的断面标准来评价胡佛坝的断面大小, 而实际上它是重力坝。
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