SL 282-2018 混凝土拱坝设计规范

根据水利技术标准制修订计划安排，按照SL1—2014《水利技术标准编写规定》的要求，对SL282—2003《混凝土拱坝设计规范》进行修订。

本标准共12章和3个附录，主要技术内容包括∶

——拱坝体形选择、泄洪方式及拱坝布置；

——泄洪、消能及防冲的水力设计；

——坝体混凝土材料特性、耐久性要求；

——作用在拱坝上的荷载及其组合；

——拱坝应力分析内容、方法及其控制标准；

——拱座抗滑稳定、整体稳定及其安全指标；

——坝基开挖、灌浆、防渗、排水及断层破碎带和软弱夹层处理

——坝顶布置、分缝、廊道、止水及排水等构造设计；

——坝体混凝土温控标准及温控措施；

——安全监测项目及监测设施布置。

本次修订的主要内容有∶

——增加了拱坝合理使用年限及耐久性要求；

——增加了高拱坝体形选择、应力分析、拱座稳定、温控设计等要求

——增加了地震工况坝体应力和稳定控制指标；

——补充了拱坝过鱼设施布置的原则要求；

——补充了水垫塘设计内容；

——“坝体混凝土”与“温度控制”分列两章，修改了坝体混凝土强度的表示方法，细化混凝土性能指标及其确定方法

——简化了荷载计算内容；

——适当放宽中、低坝坝基开挖要求，增加了坝基接触灌浆要求。

本标准中的强制性条文有∶7.3.1条，8.2.5条，8.2.6条，9.4.6条1款、2款，10.1.1条。以黑体字标示，必须严格执行。

本标准所替代标准的历次版本为∶————SD145—85 、————SL 282—2003

1.0.1 为适应混凝土拱坝建设发展的需要，规范混凝土拱坝设计，使工程设计做到安全适用、质量保证、经济合理、技术先进，制定本标准。

1.0.2 本标准适用于水利水电工程岩基上的1级、2级、3级混凝土拱坝的设计，4级、5级混凝土拱坝设计可参照执行。

坝高大于200m或特别重要的混凝土拱坝设计，在遵照执行本标准的同时，对坝体结构、拱座稳定、水力设计、坝基处理、温度控制及防裂措施等应进行专门研究。

1.0.3 混凝土拱坝级别划分应符合 SL 252《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，合理使用年限确定应符合SL654《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》的规定。

1.0.4 混凝土拱坝按以下标准分为低坝、中坝和高坝∶

——坝高30m以下为低坝；

——坝高30～70m（含30m和70m）为中坝；

——坝高70m 以上为高坝。

1.0.5 混凝土拱坝按以下标准分为薄拱坝、中厚拱坝和厚拱坝（或称重力拱坝）∶

——厚高比小于0.20为薄拱坝；

——厚高比0.20～0.35为中厚拱坝；

——厚高比大于0.35为厚拱坝。

1.0.6 混凝土拱坝的设计应重视下列问题∶

——充分掌握建坝地区的河流规划、气象、水文、泥沙、地形、地质、地震、建筑材料、生态、环保、施工及运用条件等基本资料，特别是坝区的工程地质和水文地质条件

——优选枢纽布置和拱坝布置；

——合理选择拱坝建基面和拱坝体形；

——拱座稳定及基础处理设计；

——拱坝泄洪消能及雾化防护设计；

——强震区拱坝的抗震设计；

——提出坝体混凝土性能和温度控制要求，研究坝体浇筑和接缝灌浆程序、施工度汛和蓄水过程中坝体自身稳定和应力问题

——安全监测设计；

——在不断总结实践经验和进行科学试验的基础上，积极运用新技术、新材料、新工艺。

1.0.7 地震工况坝体应力和稳定的分析方法、抗震措施等按GB51247《水工建筑物抗震设计规范》的规定执行。

1.0.8 本标准主要引用下列标准∶

GB50201 防洪标准

GB50487 水利水电工程地质勘察规范

GB/T50662 水工建筑物抗冰冻设计规范

GB50987 水利工程设计防火规范

GB51247 水工建筑物抗震设计规范

SL62 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范

SL74 水利水电工程钢闸门设计规范

SL191 水工混凝土结构设计规范

SL 252 水利水电工程等级划分及洪水标准

SL253 溢洪道设计规范

SL 285 水利水电工程进水口设计规范

SL319 混凝土重力坝设计规范

SL601 混凝土坝安全监测技术规范

SL654 水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范

SL677 水工混凝土施工规范

SL725 水利水电工程安全监测设计规范

SL744 水工建筑物荷载设计规范

1.0.9 混凝土拱坝设计除应符合本标准规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2.1.1 拱坝 arch dam

在平面上拱向上游，将荷载主要传递给两岸山体的曲线形坝。

2.1.2 坝高 dam height

坝基（不包括局部深槽、井或洞）的最低面至坝顶的高度。

2.1.3 拱坝轴线 axis of arch dam

坝顶拱圈上游边线在水平面上的投影。

2.1.4 拱冠梁 crown cantilever

在拱坝的中心线处与水平拱圈成正交的铅垂坝体断面。拱坝中心线指左右拱圈的分界线。

2.1.5 厚高比 ratio of thickness to height

拱坝拱冠梁处坝底厚度与坝高之比。

2.1.6 拱坝体形 arch dam shape

拱坝所采用的型式、形状和尺寸。

2.1.7 单曲拱坝 single-curvature arch dam

水平截面呈曲线形，而竖向悬臂梁截面不弯曲的拱坝。

2.1.8 双曲拱坝 double-curvature arch dam

水平截面和竖向截面均为曲线形的拱坝。

2.1.9 拱圈线型 arch shape

水平拱圈所采用的曲线型式。拱圈线型包括单心圆、多心圆、抛物线、对数螺线、双曲线、椭圆、统一二次曲线等。

2.1.10 拱圈中心角 central angle of arch

拱坝中心线与拱圈中心线在拱端处曲率半径线之间的夹角为拱圈半中心角，左右半中心角之和为拱圈中心角。

2.1.11 倒悬度 overhanging degree

坝面梁向曲线倒悬的斜率。

2.1.12 综合变形模量 comprehensive deformation modulus

考虑各种岩体结构（含软弱结构面和条带）及基础处理措施等对坝基变形的影响，根据变形等效的原则，将基础特定区域内的非均质基础转换成均质基础后的变形模量。

2.1.13 断面平均温度 average concrete temperature of section

沿水平拱厚度方向的平均温度。

2.1.14 等效线性温差 equivalent linear temperature difference

沿水平拱厚度方向，将实际温度分布按分布图形面积矩相等的原则，换算成直线温度分布时的上下游温差。

2.1.15 拱梁分载法 trial load method

将整个拱坝离散为水平拱和悬臂梁两个系统，根据拱系和梁系交点处变位协调条件来确定拱系和梁系的荷载分配，并以此进行拱坝应力计算的方法。

2.1.16 有限元等效应力 equivalent stress of finite element method

将有限元法分析所得的坝体有关应力分量，沿坝体厚度方向进行积分，求出截面相应内力，再用材料力学方法求出的坝体应力为有限元等效应力。

2.1.17 拱座 arch dam abutment

拱坝所坐落的两岸岩体部分，包括两岸坝体直接浇筑的部位和上游、下游一定范围内的岩体。

2.1.18 拱座（坝肩）稳定 stability of arch dam abutment 拱座岩体在拱端推力（含坝体自重）、岩体自重、扬压力和地震作用下的稳定性。

2.1.19 推力墩 thrust block

设置在坝体与基岩之间，将拱端推力传至基岩的结构物。

2.1.20 重力墩 gravity block

通过自身的重力作用，承受拱推力的重力式结构物。

2.1.21 垫座 support cushion

设置于拱坝坝体与基岩之间，宽度大于该处坝体厚度的人工地基。

2.1.22 周边缝 peripheral joint

设置于拱坝与河床及岸边混凝土垫座之间的接触缝。

2.1.23 水垫塘 plunge pool

在坝体下游形成足够的水域和水深，满足挑流、跌流消能的一种消能设施。

2.1.24 基础温差 foundation temperature difference

建基面以上0.4l（l为浇筑块长边尺寸）高度范围内的基础约束区内混凝土的最高温度和该部位稳定温度之差。

2.1.25 上下层温差 temperature difference between the upper and lower layer of concrete

在老混凝土面（混凝土龄期超过28d）上下各0.25l（l为浇筑块长边尺寸）高度范围内，新浇混凝土时上层混凝土的最高平均温度与下层老混凝土的平均温度之差。

2.1.26 内外温差 temperature difference between the internal and surface concrete

混凝土内部最高温度与混凝土表面温度之差。

3.1.1 拱坝宜修建在河谷较狭窄、地质条件较好的岩基坝址上。

3.1.2 拱坝轴线应选择在河谷两岸较完整厚实的山体上。

3.1.3 拱坝布置应根据坝址地形、地质、水文等自然条件和枢纽综合利用等要求，以及泄洪方式、枢纽建筑物布置、工程施工等因素，经技术经济比较确定。

3.2.1 拱坝体形应综合考虑坝址河谷形状、地质条件、地震情况、坝体应力、拱座稳定、坝身泄洪布置、工程量、体形适应性及施工条件等因素的影响，通过体形优化比选后确定。

3.2.2 拱坝体形设计应符合下列要求∶

1 建基面应平顺，坝面曲线光滑，坝体应力分布合理，并应避免局部应力集中。拱坝体形宜选择双曲拱坝，在特定条件下也可采用单曲拱坝。

2 应合理选定水平拱圈的中心角，拱圈最大中心角宜为75°～110°。在满足坝体应力控制标准的前提下，宜加大拱坝推力与所利用岩面等高线的夹角。拱端内弧面的切线与利用岩面等高线的夹角不宜小于30°。

3 应合理设计悬臂梁断面。在满足应力控制标准和坝身泄洪孔口布置要求下，应合理选择拱坝竖向曲率，上游面倒悬度不宜大于0.3 ∶ 1。

4 应合理选择拱圈线型。根据坝体应力、拱座稳定及工程具体条件，可采用单心圆、抛物线、椭圆、双曲线、多心圆、对数螺线、统一二次曲线等拱型，通过体形优化比选确定拱圈线型。

3.2.3 当地形、地质条件不利时，选择拱坝体形可考虑下列措施

1 可采用两端拱圈呈扁平状、拱端推力偏向山体深部的变曲率拱圈。

2 可采用变厚度拱或拱端局部加厚拱。

3 坝址河谷形状或地质条件对称性较差时，水平拱圈可采用不对称拱，或采取其他措施。

4 河谷形状不规则或较大范围内基岩条件较差时，可设计成有垫座的拱坝。

5 坝址两岸或一岸上部地形较开阔或基岩较差时，可设置重力墩或推力墩与拱坝连接。重力墩、推力墩等连接建筑物的型式、尺寸、体形，应根据两岸地形、地质条件及与坝体连接方式等，通过应力和稳定计算后确定。

3.2.4 高拱坝的体形选择，宜进行坝体弹性模量、坝基综合变形模量、温度荷载等方面的敏感性分析。

3.3.1 拱坝泄洪布置应根据拱坝体形、坝高、泄流量、厂房布置，以及坝址地形、地质、水文、施工条件（包括施工导流及度汛）、运行维修条件等因素，经综合技术经济比较选定。

3.3.2 拱坝泄洪布置可单独或同时采用坝身（表孔、浅孔、中孔、深孔）式、岸边式和隧洞式，宜优先采用坝身孔口泄洪方式。拱坝泄洪方式应具有一定的运行灵活性，1级、2级拱坝和水力条件复杂的3级拱坝的泄洪布置应经整体水工模型试验论证。

3.3.3 拱坝的泄洪方式可采用坝顶泄流、坝身孔口泄流、坝面泄流、滑雪道泄流、坝后厂房顶溢流或厂房前挑流等。

3.3.4 拱坝坝身泄洪孔口的型式、孔数、尺寸、位置等的选择，应根据水库运行要求、泄流量和水头大小、消能方式、对坝体应力及下游冲刷的影响、闸门特性与操作方式、枢纽运行要求，以

及对相邻建筑物的影响等因素，经综合技术经济比较选定。

3.3.5 采用坝身泄洪时，应符合下列要求∶

1 应使下泄水流平顺归槽，下泄水流不得危及坝体、两岸山体和其他建筑物的安全。

2 泄流量较大、水头较高时，可采用分散消能或对冲消能。

3 应充分考虑泄洪雾化对下游两岸山体、其他建筑物、设施设备以及交通等的不利影响，并根据泄洪雾化影响程度采取相应的防护措施。

3.3.6 采用坝身孔口泄洪时，宜设置拦漂、清漂或排漂措施，并参照SL285的规定执行。

3.3.7 对强震区及地质条件复杂地区的拱坝，宜设置放空设施。

3.4.1 采用坝后式或坝内式厂房时，拱坝坝内或坝面压力管道的布置形式应根据坝体厚度、坝体及压力管道受力状况、施工与运行条件等，经技术经济比较研究确定。

3.4.2 坝身需要布置供水孔、排沙孔、生态放水孔或放空底孔等时，其孔口位置、形状、尺寸及孔数等，应根据其相应要求和坝体应力分析确定。

3.4.3 对于需要设置过鱼建筑物的拱坝，过鱼设施的布置应与坝身孔口、廊道、电梯井、坝顶机房及坝后消能设施等建筑物的布置相协调。

1总则……………………………………………………………1

2术语和符号……………………………………………………4

2.1术语…………………………………………………………4

2.2符号…………………………………………………………6

3拱坝布置………………………………………………………9

3.1一般规定……………………………………………………9

3.2体形选择……………………………………………………9

3.3泄洪布置…………………………………………………10

3.4其他布置要求………………………………………………11

4水力设计………………………………………………………12

4.1一般规定…………………………………………………12

4.2泄水建筑物…………………………………………………12

4.3消能防冲…………………………………………………14

4.4泄洪雾化防护………………………………………………16

4.5其他有关水力设计…………………………………………16

5坝体混凝土……………………………………………………18

5.1一般规定…………………………………………………18

5.2坝体混凝土强度……………………………………………18

5.3混凝土力学、热学与变形性能………………………………18

5.4耐久性要求…………………………………………………19

6荷载与荷载组合………………………………………………21

6.1荷载………………………………………………………21

6.2荷载组合…………………………………………………22

7拱坝应力分析…………………………………………………25

7.1分析内容…………………………………………………25

7.2分析方法…………………………………………………26

7.3控制指标及其他规定………………………………………26

8拱座稳定分析…………………………………………………28

8.1一般规定…………………………………………………28

8.2抗滑稳定…………………………………………………29

8.3整体稳定及其他……………………………………………30

9坝基处理………………………………………………………32

9.1一般规定…………………………………………………32

9.2坝基开挖…………………………………………………32

9.3坝基固结灌浆与接触灌浆…………………………………33

9.4防渗帷幕…………………………………………………34

9.5坝基排水…………………………………………………36

9.6断层破碎带和软弱层带处理…………………………………37

10拱坝构造……………………………………………………39

10.1坝顶布置…………………………………………………39

10.2横缝和纵缝………………………………………………40

10.3坝内廊道与交通…………………………………………41

10.4坝体止水和排水…………………………………………42

11温度控制及防裂……………………………………………44

11.1一般规定…………………………………………………44

11.2控制标准…………………………………………………44

11.3控制措施…………………………………………………45

12安全监测设计………………………………………………47

12.1一般规定…………………………………………………47

12.2监测项目…………………………………………………48

附录A水力设计计算公式……………………………………50

A.1表孔堰面曲线……………………………………………50

A.2浅孔堰面曲线……………………………………………51

A.3泄水建筑物泄流能力………………………………………52

A.4挑流消能的水力要素………………………………………54

A.5跌流消能的水力要素………………………………………56

A.6底流消能的水力要素………………………………………58

A.7防空蚀设计………………………………………………59

A.8波动及掺气水深估算………………………………………61

附录B扬压力计算……………………………………………62

附录C坝体温度和温度应力计算……………………………65

C.1混凝土温度计算……………………………………………65

C.2温度应力…………………………………………………74

标准用词说明……………………………………………………79

标准历次版本编写者信息………………………………………80

条文说明…………………………………………………………81