反拱底板与平底板的安全性综合评价

通过对反拱消力塘在静（动）力荷载下的非线性耦合分析，可将反拱消力塘底板的稳定条件表示为：反拱消力塘拱座应满足整体抗滑稳定要求、拱座处拱端推力应满足拱端岩体强度要求、反拱消力塘底板及拱座应满足混凝土强度要求；而平底消力塘板块稳定则是以一个独立底板块的浮升作为控制条件的。由以上对某工程实例的模型试验及数值分析，可得反拱底板与平底板在稳定性方面的比较。

（1）反拱形水垫塘防护形式，根据峡谷天然河道的形状，将水垫塘设计成中间低、两岸高的拱形体型，不同程度地利用拱的作用来抵抗巨大的动力压力，提高防护结构的安全性。对于高山峡谷中的拱坝工程，反拱型底板的优越性是很明显的。一方面，反拱形底板能适应河道形状，这不仅可节省开挖及回填工程量，而且可以尽可能地减少对两岸基岩的扰动，有利于两岸山体及拱坝坝肩稳定，这在高应力地区尤为有利。另一方面，反拱底板作为拱式结构，不是以增加混凝土的或加强锚固来克服巨大的水动力荷载，而是通过拱结构将荷载传递到两岸山体，充分发挥了混凝土的抗压能力及拱结构超载能力，可以减少护坦板厚度，节省工程量。另外，拱形水垫塘中间低，两岸高适应拱坝泄洪时水流向心集中的特点，因而比较好地适应泄洪消能的要求。因此，反拱形水垫塘是高坝泄洪消能工的合理选择。

（2）理论研究和原型观测资料表明：在反拱形底板中，荷载由底板传至拱端，通过拱座与地基共同作用。底板主要承受压力，弯曲内力较小。与平底板相比，不仅节省材料，而且由于拱向可传递荷载，增强了水垫塘底板的整体稳定性，底板的稳定性条件由平底水垫塘的单块受力转变为整体受力控制。

（3）在设计锚固水平（7.6t/m2）条件下，对于不设键槽的情况，反拱底板的抗力较平底板的抗力提高约2～3倍；对于设置键槽的情况，则反拱底板的抗力较平底板的抗力提高约50%～100%。(www.xing528.com)

（4）在泄洪工况下，底板块上举力约为底板块自重的2.15倍。在底板缝隙止水设施破坏、锚固力失效的条件下，其足以使平底板块拔出座穴。这种破坏形式不是混凝土材料的强度或疲劳破坏，而是平底板块整体掀出，因而平底板并未发挥混凝土材料优越的抗压性。而反拱底板在泄洪工况下，即使不考虑底板锚固条件，也能充分利用混凝土和岩体抗压性，依靠拱端稳定达到自身稳定。

（5）若锚固钢筋工作状态正常，在泄洪工况下，底板块上举力与平底板的极限抗力基本相当，已无超载的能力。而反拱底板仍可以超载至1.6倍的最大上举力时程才出现键槽处的混凝土材料破坏，充分发挥了混凝土的材料特性。因而，反拱底板较之平底板超载能力强，是一种超稳定结构。