漫谈预应力坝（六）

                    朱诗鳌

6.预应力坝典型工程实例

(1) 乞尔富斯坝   

   乞尔富斯(Cheurfas)坝是世界上第一座预应力坝。

此坝为砌石重力坝，原坝高30m，建于1880～1882年，是法国在19世纪于阿尔及利亚所建水坝之一。坝体断面图示于图1。当时由于人们在设计理论上对坝断面上的“中三分点”原理尚未认识，所设计的重力坝的安全系数都较低，有些坝因而失事。乞尔富斯坝的断面也设计得过小，库满时在上游面难免不出现拉应力，图1中所示施加预压应力前的压力线明

                         图1 乞尔富斯坝断面图 (单位:m)

                      1-坝体加高部分; 2-施加预压应力后压力线; 3-施加预压应力前压力线;

                      4-混凝土; 5-石灰砂岩; 6-石灰岩; 7-黄砂岩; 8-锚缆; 9-锚根  

显在“中三分点”以外。在1928年的一次洪水中，坝体曾遭受局部破坏。1934年阿尔及利亚政府决定加固并加高坝体，加高高度为3.05m。经过方案比较，决定采用预应力技术。预应力加固加高工程是在法国著名工程师科因(Andre Coyne，1891～1960年)的指导下进行的。科因曾在14个国家设计过70座坝。图2是科因像，图3是乞尔富斯坝施工现场图。

    乞尔富斯坝锚缆的锚定工作是很成功的。张拉纲缆拉力为9800kN，单位坝长2480kN。运行3年之后张拉应力松驰仅4%，9年之后也只有4.5%，不过设计时已考虑了9%～10%的松驰。    

                                       图2 科因像(引自xaintrie-passions.com) 

                                                       图3 乞尔富斯坝施工现场图(引自gemstat.org) 

(2) 波特斯德菲坝

                             图4 弗锐辛莱特像 (引自aspirebridge.org)     

                                                                 图5 波特斯德菲坝上游侧视图(引自chinci.com)

    波特斯德菲(Portes De Fer)坝也是阿尔及利亚的一座预应力坝——世界上最早应用预应力原理新设计的坝，建于1936年，如图5所示。

本坝的预应力设计由法国结构与土木工程师弗锐辛莱特(Eugene Freyssinet，1879～1962年)负责，他是预应力混凝土技术创始人之一。图4 是弗锐辛莱特像。

(3)贝尼伯德尔坝

                                图6 贝尼伯德尔坝断面图 (单位:m)          

                                                                   1-扁千斤顶; 2-支座;3-加高前水;4-加高后水位 

                                 图7 贝尼伯德尔坝鸟瞰图    (引自stucky.ch)

     贝尼伯德尔(Beni Bahdal)坝是阿尔及利亚的一座连拱坝，每跨跨度为20m，坝高57m。当坝体快完工时，阿尔及利亚政府决定将坝加高到61m，如图6所示。图7是坝的鸟瞰图。由于地基地质条件不够好，原设计的支墩及拱座不能承担加高后附加的水压力，于是决定在支座的下游面岩石上设置一新的基座，在支墩与基座之间用扁千斤顶对支墩施加推力，即用“推力法”施加预应力。

本工程的预应力设计也是由弗锐辛莱特负责完成的。

(4) 斯汀布拉斯坝

    斯汀布拉斯(Steenbras)坝位于南非的斯汀布拉斯河上，距开普敦约50km，濒临戈登湾(Gordon Bay)。 斯汀布拉斯坝是一座分期施工的重力坝，始建于1921年，坝高12.5m，1928年第二期工程采用预应力方法将坝加高12.9m，1954年又加高2m，坝的最终高度为27.4m，如图8所示。图9是坝的下游立视图。

1977年在坝的上游5km处又建了一座斯汀布拉斯坝，是一座高34m的土坝。为便于区分，原来的斯汀布拉斯坝就被命名为斯汀布拉斯下坝(Steenbras Lower Dam)，后建的则称之为斯汀布拉斯上坝(Steenbras Upper Dam)。  

                     图8  斯汀布拉斯下坝断面图(单位:m) 

                                              1-第一期坝体; 2-第二期坝体; 3-钢缆; 4-锚根

    图10所示为下坝所形成的水库，库容0.36亿m3，用于城市供水。图的上部为上坝水库。

    水库坐落在荷顿托斯(Hottentots)-荷兰德(Holland)山谷。图10的左侧为处于山麓的戈登湾。

                                          图9  斯汀布拉斯下坝下游立视图   (引自tracks4africa.co.za)                     

                                                   图10 斯汀布拉斯下坝与水库(引自capetown.gov.za)

(5) 埃尔莱斯丁纳坝

   埃尔莱斯丁纳(Ernestina)坝是巴西的一座预应力坝，1951～1954年建造，坝高11.5m ( 溢流坝段 )，坝长396m。该坝原来按重力坝设计，采用预应力设计后，坝断面变得很单薄。每个坝段宽14.94m，其上设有宽1.52m的闸墩，如图11所示。图12为溢流时的壮观情景。        

                       图11 埃尔莱斯丁纳坝断面图(单位:m)              

                                           1-锚定环;2-水平锚缆;3-钢丝束

                                              图12 埃尔莱斯丁纳坝溢流情景(引自commons.wikimedia.org)  

(6) 纳比瀑布坝

    纳比瀑布(Nambe Falls)坝位于美国新墨西哥州，由土坝与混凝土拱坝组成，1976年建成。拱坝是一座预应力坝，其施加预应力的方法独具一格，是在两个坝块之间的横缝中嵌入12个扁千斤顶，用液压使千斤顶膨胀后，就使拱坝坝块之间产生了沿坝轴线方向的压应力，以改善坝体的受力状态，如图13所示。扁千斤顶是由两薄片矩形钢板沿周边焊接在一起制

                               图13 纳比瀑布坝断面图(单位:m)        

                                                              1-扁千斤顶                      

                                  图14 纳比瀑布坝下游立视图(引自www.usbr.gov)

成的，尺寸有1.3m×1.83m与1.45m×1.83m两种; 在千斤顶的底部焊接有直径为1.27cm的充气管子。充气试验要求千斤顶能承受2.82MPa的压力而不漏气。施加预应力后，再沿橫缝灌注水泥浆。图14是该坝的下游立视图。