中美混凝土重力坝设计“对标”浅议.pdf

西北水电 2 0 1 3年 第 1 期 l 3 文章编号 ： 1 0 0 6 - - 2 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 3 6 中美混凝 土重 力坝设计“ 对标 浅议 冯兴中 ( 中国水电顾 问集团西北勘测设计研 究院 ， 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 文章提出了中美混凝土重力坝设计规范、 标准“ 对标” 的方式； 从总体把握、 关键问题分析、 举例分析等方面进 行了“ 对标” ； i X 为二者内容、 方法基本一致。 关键词： 中美 ； 混凝土； 重力坝； 设计； “ 对标” 中图分类号： T V 6 4 2 3 文献标识码： A Di s c u s s i o n o n Co mpa r i s o n o f Co de s f o r De s i g n o f Co n c r e t e Gr a v i t y Da m b e t we e n Ch i na a n d Am e r i c a F EN G Xi n g - z h o n g ( H Y D R O C H I N A X i b e i E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： i n t h e p a p e r ， me t h o d o f c o mp a r i s o n o f c o d e s a n d s p e c i fi c a t i o n s f o r d e s i g n o f g r a v i t y d a m b e t we e n C h i n a a n d Ame r i c a i s r a i s e d C o d e s a y e c o mp aye d i n t e r ms o f g e n e r a l c o n c e p t ，a n a l y s i s o n k e y p o i n t s a n d an a l y s i s o n e x a mp l e s ，e t c I t c o n c l u d e s t h a t b o t h e o d e s a r e c o n s i s t e n t i n c o n t e n t s a n d me t h o d s Ke y wo r d s ： C h i n a Ame ri c a ；c o n c r e t e； g r a v i t y d a m；d e s i gn ；c o d e c o mp a r i s o n 中国水电工程设计走 出国门， 进入 国际市场承 揽项 目日渐增多。在 国际市场上 ， 由中方贷款建设 的项 目， 业主方一般能够同意按 中国的设计规范设 计， 而非中方贷款建设项 目， 业主方往往会坚持要求 按美国、 英 国或欧洲规范设计 。进入 国际市场 ， 与 国 外水电建设业主的技术顾 问团队交流是重要环节 ， 将 中外相关技术规范 、 标准对照进行 比较分析 ， 简称 “ 对标” ， 是让 国外水 电建设业主的技术顾 问了解中 国规范的好方法 ， 也是中国设计人员了解 、 熟悉 国外 相关规范 ， 做到心 中有数 ， 乃至运用 自如的有效途 径 。 1 “ 对标” 比较分析的方式 如何 “ 对标” ， 有较 大的探讨空间 ， 笔者认为 ， 根 据不同的 目的， “ 对标” 可 以有 3种方式 。 第 1 种， 是为了便于外国人阅看。无论按那种 规范设计 ， 建设方及设计人员都会以自己比较熟悉 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 1 1 4 作者简介： 冯兴中( 1 9 5 5 一) ， 男， 湖北省房县人， 教授级高工， 从 事水工结构科研、 咨询工作 的规范与对方的规范进行 比较 。以混凝土重力坝设 计为例， 将 中国 混凝土重力坝设计规范 D L 5 1 0 8 -1 9 9 9 ( 简称 ： 中国 D L 5 1 0 8规 范) 与美 国 重 力坝设计 E M 1 1 1 0 2 2 2 0 0手册 ( 简称 ： 美 国手 册 ) 作为比较分析 的基本 文本 ， 比较 的顺序及 内容 以美 国手册 中的顺序 、 内容为准。虽然这样会将 中 国D L 5 1 0 8 规范条文拆散， 显得有点凌乱， 但外国人 看 自己熟悉的美国手册就方便 了。 为了有利于总体把握 ， 对美国手册基本不漏章 节 ， 但对于两者对应论述基本一致 ， 且一看就知道区 别所在的内容只扼要介绍 ， 不进行 比较分析。对 中 国 D L 5 1 0 8规范里有论述 ， 而美 国手册却没有对应 内容 的部分 ， 视重要程度详略得当地扼要说 明。对 美国手册里论述较详细 ， 中国 D L 5 1 0 8规范却没有 相应条文的情况， 对认为重要的部分重点分析。如 美国手册“ 4 5 抗倾覆稳定性” ， 中国 D L 5 1 0 8 规范 里仅一句话“ 8 1 2必要时进行抗浮、 抗倾验算” ， 应 回答“ 必要时” 验算公式采用的依据。 把各 自只有原则规定 ， 设计 时要引用其它规范 的相关内容纳人比较， 以便有利于设计配套。特别 是当美国手册里有具体规定， 中国 D L 5 1 0 8规范里 1 4 冯兴 中 中美混凝 土重力坝设计 “ 对标 ” 浅议 是要求引用其它规范 时， 应重点 引用来 对 比分析。 如美国手册里对地震作用及分析规定较多且具体 ， 而中国 D L 5 1 0 8规范在 9 1 2规定 ： 地震作用组合 下的偶然状况应符合 水工建筑物抗震设计规范 D L 5 0 7 3的有关规定 。这就需将规范 D L 5 0 7 3里的 条文与美 国手册对应 比较分析。 当中国 D L 5 1 0 8规范里是具体规定 ， 美 国手册 里是要求引用其它规范时 ， 由于我们掌握 的美国规 范较少 ， 难免会 出现对应该引用的内容却无法纳入 比较的情 况。如美 国手册里对 “ 基础处理” 要求 引 用其它规范。我们也应 尽量收集相关规 范进行 比 较。 美国手册里有对 已建坝的复核等 ， 虽然 中国 D L 5 1 0 8规范里没有 ， 因其不影 响重力坝设计 ， 就不必 解释。二者都有碾压混凝土坝 ， 但都不是重点 ， 也就 不纳人 比较。 这种“ 对标” 几乎是两本规范合成一本 ， 且有 比 较分析 ， 无疑是页数较多的一本小册子 。 第 2种 ， 仅向外 国技术人员介绍 、 解释二者 的特 色 、 共同点和相异之处 ， 不 需要逐章逐节对应 的 内 容 。 第 3种 ， 在逐章逐节对应分析的基础上 ， 为了中 国工程技术人员 自己心里清楚 ， 使用方便。本文 的 “ 对标” 就属这一种类型。 2 对中美规范 、 手册的总体把握 2 1 对不同篇章结构、 表述方式的比较 中国 D L 5 1 0 8 规范内容： 重力坝布置； 坝 体结构和泄水建筑物型式 ； 泄水建筑物的水力设 计； 结构计算基本规定； 坝体断面设计； 坝 基处理设 计 ； 坝体 构造 ； 坝体 防裂及温 度控 制 ； 观测设计。 美国手册内容 ： ( 1 )一般设计考虑 ； ( 2 )设计基础数据( 包括荷载) ； ( 3 )稳定性分析( 荷载组合、 坝体剖面、 稳定性 标准、 抗倾覆稳定性、 抗滑稳定性、 基底压力) ； ( 4 )应力分析( 静力和动力) ； ( 5 )大体积混凝土温度控制 ； ( 6 ) 重力坝的布置、 设计及施工考虑( 收缩缝 及施工缝、 止水、 溢洪道、 溢洪道桥、 溢洪道闸墩、 泄 水工程、 基础灌浆及排水、 廊道、 检测仪器) 。 二者涉及 内容基本一致 。其篇章结构不 同、 表 述方式不同之处为 ： 中国 D L 5 1 0 8规范由布置开始 ， 结合有 利于布置。然后与美国手册的( 3 ) ( 4 ) 对应。 美国手册的( 1 ) 中“ 2 5确定基础强度参数” 要 引用3个其它规范。( 2 ) 中讲材料选择和荷载规 定 ， 在( 2 ) 中“ 3 1 混凝土性质 ， 3 2基础性质” 的内 容 ， 与中国 D L 5 1 0 8规范表达方式不同。 2 2 对各重点详述部分的比较 ( 1 )中国 D L 5 1 0 8规范有具体规定， 美国手册 里只原则规定 ， 要引用其它规范的内容 中国D L 5 1 0 8 规范的“ 坝体结构和泄水建筑物 型式、 泄水建筑物 的水力设计” 两章， 在美 国手册 中 除“ 一般设计考虑” 章节的一段话 “ 泄水工程和溢洪 道 的尺寸与型式。在设计初期 ， 泄水工程 和溢洪道 的尺寸与型式的设定应考虑到所有相关专业 。这些 要素会很 大 程度 上 影 响到 坝 的轮廓 以及施 工 顺 序。 ” 在“ 设计及施工考 虑” 章节中有 “ 溢洪道 、 溢洪 道桥 、 溢洪 道 闸墩 、 泄水 工程”的原则 性规定 。在 “ 3 3 荷载中当溢洪道设计采用 的水头 明显低 于可 能最大水头时” 及“ 7 4溢洪道中要求引用 E M1 1 1 0 2 1 6 0 3 ( 溢洪道水力设计 ” 。 中国 D L 5 1 0 8规范对“ 坝基处理设计” 用 了一 章 的篇幅 ， 给予具体规定。美 国手册 在“ 设计及 施 工考虑” 章节对 “ 基础灌浆及排水 ” ， 要求引用其它 专业规范。 与中国 D L 5 1 0 8规范“ 8 4作用及材料性能标 准值” 对应 的美 国手册“ 2 5 、 3 1 、 3 2均要 引用其 它规范” 。 中国 D L 5 1 0 8规范第 1 2章不仅对温控定性规 定多且具体 ， 而且在附录 G给出了计算方法 。美国 手册温控 “ b 一 3热量研究 ” 虽然论述不少 ， 但具体设 计步骤要见 A C I 2 0 7 。 ( 2 )美 国手册有具体规定 ， 中国 D L 5 1 0 8规范 只原则规定 ， 要引用其它规范的内容 美 国手册对地震作用及分析规定较多， 而 中国 D L 5 1 0 8规范在 9 1 2规定 ： 地震作用组合下 的偶 然状况应符合 D L 5 0 7 3 ( 水工建筑物抗震设计规范 的有关规定 。 美国手册对荷载规定较多 ， 而 中国 D L 5 1 0 8规 范在8 4 1 款要求： 作用标准值和偶然作用的代表 值， 应按照 D L 5 0 7 7 水工建筑物荷载设计规范 的 西北水电 2 0 1 3年 第 1 期 l 5 规定确定。 ( 3 )按照同等重要程度 ， 将各必须引用的规范 集中在表 1中。 表 1 使用 中、 美两规范分别需要引用 的其他规范 表 规范 种 类 需 要 I用的 其他 主 要 规 范 2 - 5 确 定 基础 强 度 参 数d 设 计 抗剪 强度， 初 步设 计阶 段抗 剪强 度日 I 用 美国垦务局报告s P 一 3 9 3 1 混凝主 性质， 参见A S T N C 9 确定强度混凝土抗压强度 3 - 3 荷 载， 溢 流 坝 段 设计 g 用E M 1 1 1 0 2 一 l 6 o 3 溢 洪 道 水力 设i 十 美国手册 3 3 荷载h 地震， 弓 【 用E R 一 1 l 1 O 一 1 8 0 6 ( 工程师团项目 采用的地震设计 和分析 6 - 4 温 度 控 制 法， 引 用A C I 2 0 7 1 大 坝 和 其 它 大 体 积 混 凝 士 7 7 泄 水 工 程 的 结 构 设 计， 参 见E M I I 1 0 2 - 2 4 0 0 7 - 8 基 础 灌 浆 及 排 水， g I 用E M l 1 1 O 一 2 3 5 嘶 基 础 灌 浆 导 则 D L s o 7 3 水工 建筑物抗震 设计规范 及水电 顾闽 集鄹“ 水电规计 中 国D L 5 1 0 8 2 0 0 8 2 4 附 件 水 电 工程 防 震抗 震研 究 设计 及专 题报 告编 制暂 行规 规范 定 D L 5 0 7 7 ( 水工建筑物 荷载设计规范 2 3各 自的特色 中国 D L 5 1 0 8规范第 6， 7章对泄水建筑物及其 型式与坝体关系、 水力计算论述详 细。泄水建 筑物 与坝体布置有内在关系， 详细论述、 具体规定有利于 布置 ； 第 1 0章坝基处理设计 ， 论述详细 ； 第 1 1章坝 体构造 ， 各节均有详细规定 ， 特别是 “ 1 1 5大坝混凝 土材料及分区” 和“ 1 1 5 4大坝混凝土抗渗 等级 ” 便于设计人员操作 。均不需另找其它规范。 美国手册对荷载有具体规定。对扬压力 、 地震、 抗倾覆稳定性进行 了详细论述和规定。抗滑稳定性 分析分别按“ 多楔体” “ 单平面破坏” 论述 。第 5章 对静 、 动力分析也论述得很具体 。 中国 D L 5 1 0 8规范编写顺序与设计对应。美 国 手册把泄水部分 ( 溢洪道 、 溢洪道桥 、 溢洪道 闸墩 、 泄水工程 ) 放在后面， 且要引用 3个其它规范。 3 对几个关键 问题 的 比较分 析 3 1 混凝土强度等级的比较 中国 D L 5 0 7 3 2 0 0 0 水 工建筑物抗 震设计规 范 6 1 7 ： 地震作用下重力坝的抗压强度有较大安 全裕度， 对坝体混凝土等级并不起控制作用。 文献 3 指出： 美国重力坝混凝土 的压应力通 常都远小于混凝土的抗压强度。因此抗压强度极少 有 问题 。但是抗拉强度一般要有 限制标准。 美 国混凝土强度没有标准值与设计值的说法 ， 以规定 的混凝土抗压强度 确定凝土强度等级 ， 通 过取用的系数调节混凝土强度的裕度 。混凝土等级 是抗力的基础 ， 了解二者 的区别 ， 许 多内容 就易相 通。所以， 混凝土强度等级的比较是最基本的部分 。 在美国垦务局发布的 混凝土手册 ” 里， 规 定 的抗压强度 = 2 0 0 0 6 0 0 0 p d i 共 9个等级 ， 每 个级差为 5 0 0 p d i 。 = 3 0 0 0 p d i ( 磅 平方英寸 ) 约 为 2 0 6 8 MP a ； 中国 的 是 混凝 土强度 等级 ， 如 = 2 5 MP a以 C 2 5表示。不同等级的 与中国的 混凝土强度等级 C I OC 6 0对应关系要考虑 4个方 面。即 与混凝土强度等级 的关 系； 与 中国 2 8 d轴心抗压标准值 的关系； 与中国 2 8 d轴心抗压 设计值 的关系； 与中国9 0 d 轴心抗压标准值 ： 的 关系。在 中国规范里 ， 虽然在 9 3 2里出现 了设计 值符号 ， 但没 给出 9 0 d轴心抗 压设计值 ， 且 又明 确“ 核算坝址抗压强度 时， 应按材料 的标准值 和作 用 的标准值” 。 二者的区别 ， 美国混凝土强度等级 是 由圆柱 体试件 01 5 0 m m 3 0 0 mm得到， 中国是 由 1 5 0 mm立 方体试件 的抗压强度 得到。由于在设计中采用 的是轴心抗压强度 ， 而圆柱体试件与立方体试件相 比， 前者得 出的直接是轴心抗 压强度 ， 后者 需要转 换。转换关 系 可 近似按 下列公 式 确定 0 8 。即， 将立方体试件抗压强度转换成轴心抗压强 度 ， 要折减 0 8 。如美国 = 3 0 0 0 p d i 2 1 MP a， 按 2 1 MP a =0 u - k ， 可 得 u - k =2 1 0 8=2 6 2 5 M P a 。 所 以， 与 = 3 0 0 0 p d i 接近的混凝土强度等级是0 8 C 25。 就 目前看到的资料 而言， 美 国的 是 2 8 d强 度 l l 。美国手册表 4 1的备注说 明， 混凝土重力 坝采用的是 1年期混凝 土的无侧 限抗压强度 ， 但没 给出数据。若从 按保证 率要 求 的强度 折减 比较 ， 0 8 相当于 中国的混凝土标准强度； 美国 9 0 保 证率 的 = 3 0 0 0 p d i 比中国 9 5 保证率的 0 8 C 2 5 值略大。 。 。二者关系见表 2 。 美国手册没有 象 中国 D L 5 1 0 8规范 的分 区规 定 ， 中国 D L 5 1 0 8规范“ 1 1 5 3坝体 内部常态混凝 土的强度等级不应低于 C 7 5 ” 。一般大坝水上、 水 下坝体外部混凝土采用强度 C 2 0 ， 大坝内部混凝土 采用强度 C 1 5 ， 或者根据满足坝踵抗拉要 求选择混 凝土强度等级。美国 E M 1 1 1 0 2 2 4 0 0 泄水建筑 物的结构设计与评价 附录 C 一 1 1 示例给出的 = 3 0 0 0 p d i ； 在 4 7 e里 ， 规定混凝土 的实际抗压强度 1 6 冯兴 中 中关混凝 土重力坝设计 “ 对标 ” 浅议 1 有了混凝土强度等级 的比较 ， 就可 比较采用 的 判断准则 。美国手册见表 3 。 表2不同等级的 ( p d i ) 与中国的混凝土强度等级比较表 M P a 蕊 基 底 承 载 力 条 件 底 的 位 置 安 全 系 数 一 、 压 缩 拉 伸 美国手册将坝体坝基强度计算放在有限元应力 分析中。 中国 D L 5 1 0 8规范公式 ( 9 3 2 ) 进行坝趾抗压 强度承载能力极限状态计算 ， 按材料 的标准值和作 用的标准值或代表值分别计算基本组合 和偶然组 合。当进行有限元分析计算时 ， 9 5 1规定 “作用 按 D L 5 0 7 3的规定取标准值， 材料、 地基性能应根据 实验结合工程类比取定值计算 。 ” 3 2受力状态与荷载组合工况 ( 1 )设计状况 、 计算表达式 中国 D L 5 1 0 8规范有持久、 短暂、 偶然 3种设计 状况 ； 作用组合有基本 、 偶然 2种组合 ； 计算表达式 有承载能力 、 正常使用 2种极限状态 。美 国没类似 规定。 中国 D L 5 1 0 8规范“ 8结构计算基本规定” 中论 述了承载力极限状态和正常使用极限状态下的一般 设计表达式 。在 9 3节中将承载力极限状态计算公 式分为2 类： 坝体及坝基强度计算； 不同层面 抗滑稳定计算( 及附录 F坝基深层抗滑稳定计算) 。 在9 4 节中对正常使用极限状态， 用拉应力为准则 计算。 美 国不区分承载力极限与正常使用极限状态 ， 只根据荷载发生的概率分为“ 常见， 非常见， 极端” 3 种荷载条件。 美国手册 4 2的荷载组合工况 2是正常运行 下的常见荷载条件 ： 自重+ 上游正常高静水压力+ 下 游最小尾水压 力+ 扬压力 + 冰或淤沙压力。这等 同 中国的持久状况 、 基本组合的正常蓄水位情况 ： 自重 + 静水压力+ 扬压力+ 淤沙压力+ 浪压力+ 土压力 。 ( 2 )地震工况 美国手册 4 6对地震规定 了3种工况 。 工况 4： 极端荷载条件 ， 施工期间运行基准地震 ( O B E) ， 自重+ 上游方向水平地震加速度+ 水库未蓄 水+ 无尾水。 工况 5 ： 非常荷载条件 ， 正常运行期运行基准地 震 ( O B E) ， 自重+ 下游方向水平地震加速度+ 上游正 常高水位+ 最小尾水位+ 地震前扬压力+ 泥沙压力。 工况 6 ： 极端荷载条件 ， 正常运行期间最大可信 地震( MC E ) ， 自重+ 下游方向水平地震加速度+ 上游 正常高水位+ 最小尾水位+ 地震前扬压力 + 泥沙压 力。 中国 D L 5 1 0 8规范 中， 9 1 2重力坝 的断 面原 则上应由持久状况控制 ， 并 以偶然状况复核 ， 此 时， 可考虑坝体的空间作用或采取其它适当措施， 不宜 由偶然状况控制设 计断面。地震情 况仅在偶然状 况、 偶然组合里出现一次： 自重+ 静水压力+ 扬压力+ 淤沙压力+ 浪压力+ 土压力 + 地震作用。在 2 0 0 8年 汶川地震后 ， 水 电顾 问集团“ 水电规计 2 0 0 8 2 4附 件” 要求“ 一般取基准期 5 0年超越概率 1 0 的地震 动参数作为设计地震。 ” 这样 ， 中美对地震作用的工况要求基本一致 。 3 3抗震设防目标的比较分析 ( 1 )运 行 基 准 地 震 ( O B E) 、 最 大 可 信 地 震 ( MC E) 的定义 比较 美国手册在 “ 5 5现场地震 响应 的作 用标 准” 里规定 ： 在 O B E下 ， 重力坝在弹性范围内应能够抵 抗 O B E， 保 持 运行 ， 且 不需 要 大 的修 补。在 MC E 下 ， 重力坝应能够继续存在 ， 而无造成人员伤亡或重 大财产损失的灾难性破坏 。在 M C E下 ， 与破坏相关 的非弹性性状是允许的。 在“ 5 7选择可控地震” 里规定 ： 选择 O B E是根 据避免产生由地震引发的破坏及使用寿命减少所需 的保护等级。一座新坝的寿命通常为 1 0 0年。在项 目 寿命期内， 超过 O B E的概率应不大于5 0 ， 除非 采用较轻地震设计而节约的成本多于较重地震修复 成本和运行损失 。 水电顾问集团“ 水电规计 2 0 0 8 2 4附件” 第 7 条 ， 确保大坝及主要建筑物在设计地震工况下满足 西北水 电 2 0 1 3年 第 1期 1 7 “ 可修复” 要求， 在校核地震工况下满足“ 不溃坝” 的 要求 ， 最大限度地减轻地震灾害。 ( 2 )设计地震加速度代表值的概率水准比较 中国 水工建筑物抗震设计规范 D L 5 0 7 3 2 0 0 0的 1 0 6规定： 设计地震加速度代表值的概率 水准 ， 对 壅水建筑物应取基准期 1 0 0年 内超越概率 P 。 。 。 为0 0 2 。水电顾问集团“ 水电规计 2 0 0 8 2 4附 件” 要求“ 一般取基准期 5 0 年超越概率 1 0 的地震 动参数作为设计地震 ； 大型水电工程 中， 1级挡水建 筑物取基准期 1 0 0年超越概率 2 的地震动参数作 为设计地震 ； 校核地震 ， 1 级挡水建筑物可取基准期 1 0 0年超越概率 1 或最大可信地震 ( MC E) 动参数 进行校核 。 ” 可见 ， 中美校核地震 的概率水准是一样的。但 美 国手册里的运行基准地震 ( O B E ) 是 1 0 0年超越概 率应不大于 5 0 ， 重现期大约为 1 5 0年 ( 美 国大坝 委员会 ( U S C C O L D) 及 多数机 构 取最 大设 计 地震 ( MD E) 的重现期为 3 0 0 01 0 0 0 0年 ) 。而 中国的 设计地震 ， 重现期一般是 5 0 0年 ； 地震设 防甲类挡水 建筑物是 5 0 0 0年重现期 。 3 4 对使用计算分析软件的规定 中国D L 5 1 0 8 规范中9 5节没推荐具体软件， 强调水电工程边界条件的特殊性。尽管各科研院校 使用的软件计算的结果有差异， 但工程界基本认可。 美国手册 “ 4 8计算机程 序” 对 滑动稳 定性分 析软件、 三维稳定性分析软件及“ 5 1应力分析” 对 使用的软件均 明确提 出倾 向性意见 ， 给出了具体的 软件名称。这种商业化软件标准统一 ， 有利于复核 。 除了特大型工程 和特殊专题研究 的问题外 ， 在 有 限元技术分析时， 采用商业化软件 ， 可能会让业主 的技术顾问更容易理解 、 接受。中国水 电设计走 出 国门， 应该考虑在这方面与国际接轨。 4举彻I 以相同截面大坝和参数为例 ， 比较 中美二者设 计对安全适用、 经济合理 、 技术先进要求 的符合性 。 4 1 基本数据 某工程枢纽属二等工程， 大坝按 级建筑物设 计， 坝型为混凝土实体重力坝， 各设计参数如图 1 所 示 J 1 埽 。由于未在现场进行大型岩石抗剪试验 ， 故 没有实测的基岩抗剪断指标资料， 经研究确定， 坝基 属 类岩石。分别按美 国手册安全系数法 、 中国 D L 5 1 0 8规范分项系数法进行计算 比较。 已知设计状况为持久状况 ， 作用组合为基本组 合。总水平力 3 6 5 3 3 7 k N， 坝体上全部法向作用力 之和为 5 1 5 7 4 6 k N， 绕坝基底 1 2的中点的力矩之 和为 4 6 7 8 2 7 6 k N m。 图 1 坝体剖面、 扬压 力示意图 单位 ： m 4 2 按美国手册的安全系数法设计 实例中所 给参数符合美 国手册 4 2的荷载组 合工况 2 ， 正常运行 下的常规荷 载条件 ： 自重+ 上游 正常高静水压力+ 下游最小尾水压力+ 扬压力+ 冰或 淤沙压力 。 ( 1 )抗倾覆稳定计算 按美 国手册“ 4 5抗倾覆稳定性” 计算合力位 置。公式( 4 1 ) ： 合力位置等于对坝体施加的所有 垂直力 ( ) 及侧 向力所产生的力矩 ( ) 除以所 有垂直力( ) 。得 ： 沿基底合力作用位置 = 1 5 7 4 6 - 9 0 71 m 5 一 即合力位于基底中点偏下游 9 1 m处， 满足在 基底 中间 1 3范围( 6 5 4 5 3 = 2 1 8 m) 的要求。 ( 2 )抗滑稳定计算 按照美国手册 4 6抗滑稳定性公式( 4 8 ) F一( 二 2 ! s HL 式中： ( 一 ) 为垂直于假设滑动平面的合力； t a n 为摩擦系数 ； c 为抗剪断凝聚力 ； 为坝基底长度 ； 日 ， 为总水平力 。 美国手册“ 2 5确定基础强度参数 d设计抗剪 强度” 规定 ： 在初步设计 阶段 ， 各种类型岩石的抗剪 强度可来源于大量的参考资料， 其中包括美国垦务 1 8 冯兴 中 中关混凝土重力坝设计“ 对标” 浅议 局报告 S P 一 3 9和 R E C E R C 一 7 4 1 0 。由于手册中没 附参考资料 ， 现采用文献 4 数据 ， 坝体混凝土与坝 基接触面的抗剪断摩擦系数厂=1 0 ， 坝体混凝土与 坝基接触面的抗剪断凝聚力 C = 0 9 X 1 0 。 k N m 。W ： 5 1 5 7 4 6 k N， 坝基面上全部切 向作用力之和 ， 坝基面长度 L = 6 5 4 5 m。 得 ： 抗滑稳定安全系数 一 ( 二 )! “ 一 1 0 X 51 5 7 4 6 + 0 9 1 0。 6 5 45 3 6 5 3 3 7 =3 0 2 4 2 0 满足表 3美 国手册 的要求。 4 3按中国 D I 5 1 0 8规范分项系数法设计 ( 1 )中国 D L 5 1 0 8规范 中求坝踵、 坝趾应力与 判断作用在坝体上 的合力位置是一致 的 ， 坝踵 出现 拉应力与合力位于基底 1 3以外 的另一种表述。且 中国规范求坝踵应力 的公 式中有弯矩和竖向力 ， 虽 然没给出公式 ， 但能很方便求出合力的位置。 ( 2 )抗滑稳定计算 l l 作用部分 ： 按 级建筑物设计 ， 得 ： o s ( ) = o ( 0 5 3 , 一0 5 3 , H 2+P l+P ) = 3 6 9 0 4 5 k N 抗力部分 ： 结构系数 =1 2 ， 得 ： R ( ) = ( W + c a A ) d y d 一 = 3 8 1 9 1 6 ( k N) 0 S ( ) 满足中国规范要求。 + _ + _ + _ + _ + _ + _ + - + _ + _ + _ + _ 圣+ _ 圣+ _ 圣 5 结语 中国 D L 5 1 0 8规范与美国手册对混凝土重力坝 的设计 内容 、 方法基本一致。但编写顺序不同， 重点 不 同， 对有关参数的取值存在不同。 混凝土强度等级是抗力的基本参数 ， 二者对其 规定不同， 容易引起争议。把强度等级理顺后 ， 则中 国 D L 5 1 0 8规范与美国手册基本是相通 的， 各种安 全系数、 分项系数也就容易说清楚了。 将本文节 2及 3部分扩充后 ， 可以 口头 向外国 建设方技术顾 问系统介绍解释、 交流沟通。若再将 中美两种文本对照且翻译成英语 ， 可提供给外 国建 设方阅看 。 参考文献 ： 1 D L 5 1 0 8 -1 9 9 9， 混凝 土重力坝设 计规范 S 北京 ： 中国 电力 出版社 ， 2 0 0 0， 7 2 E M1 1 1 0 2 2 2 0 0美 国陆军工 程师 团工程师 手册 ， 重力 坝设 计 S 1 9 9 5， 6 3 中国水 电顾 问集 团公 司 美 国水 电项 目工 程审 查 评估 导则 S 2 0 0 5 ， 2 4 A WA T E R R E S O U R C E S T E C H N I C A L P U B L I C A T I O N J C O N - CRE TE MANUAL， 1 9 8 8 5 S L 1 9 1 2 0 0 8 ， 水工混凝 土结构设计规范 S 9 6修订 北京 ： 中 国水利水电出版社 ， 2 0 0 9 6 冯兴 中 美 国规定 的混凝 土抗压强 度与 中国的混凝 土强 度等 级 的比较 J 西北水 电， 2 0 0 8 ， ( 3 ) ： 6 5 6 7 7 孙恭尧 高碾压 混凝 土重力坝 M 北 京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 o 4 3 ( 上接 第 6页) 各山梁地形变化特征与现场宏 观调查基本吻合 ， 总 体来看 ， 岸坡 中部 以上变化相对岸坡下部要大。 岸坡变形趋势与岸坡表部变形监测点精确观测 成果确定趋势接近一致。 因此， 通过不同时间对岸坡的高精度三维扫描 测量可以宏观分析边坡 的变化趋势， 并可确定不 同 部位实际已变位的量值。 5 结语 利用三维激光扫描技术对岸坡高陡、 基岩裸露 的地 区进行高精度地形测量 、 开挖边坡 的地质编录 + _ 量+ _ 和结构面统计 、 危岩体准确定位及信息提取及边坡 变形趋势分析方面有较好 的效果 ， 特别是人无法到 达的部位和危险部位用此技术更具优势。同时 ， 三 维激光扫描技术可以大大地加快工作进度、 减轻劳 动强度。 参考文献 ： 1 聂德新， 韩爱果 黄河拉西瓦水电站高拱坝坝基岩体建基条件 复核研究 报告 R 成 都 理工 大学 、 西 北 勘 测设 计 研究 院， 2 0 0 6