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拱坝
文明引擎用拱形结构拦截河流形成水库
水利建筑引擎
黑科技级:理论简单但实现难度极高,一旦成功将开启工业时代。
适用时代
古代文明通用
难度
极难
风险等级
高
制作周期
数年至数十年
前置条件
石材、石灰砂浆、拱架、导流渠道、大量人力
原理
拱坝的工作原理与拱桥类似,但方向相反:拱桥向下游凸起承受荷载,拱坝向上游凸起承受水压力。水压力作用在坝体上游面,通过拱形结构把水平推力传递到两岸坚固的山体。由于利用了拱的作用,坝体可以做得比同高度的重力坝薄很多,节省材料。拱坝适合建在两岸岩石坚硬、河谷狭窄的 V 形谷中。
原料与配比
| 原料 | 用量 | 说明 |
|---|---|---|
| 大块石材 | 大量 | 坝体主体 |
| 石灰砂浆 | 适量 | 砌筑粘结 |
| 木材 | 大量 | 拱架、脚手架 |
| 黏土 | 大量 | 围堰和防渗芯墙 |
工具
- 石工工具
- 测量绳
- 水平仪
- 导流管
- 闸门木框
- 滑轮吊具
操作步骤
- 勘察选址:
选择河谷狭窄、两岸基岩裸露坚实的地段。
避开断层、破碎带和滑坡体。
调查上游集水面积和洪水流量。 - 导流与围堰:
在河道一侧开挖临时导流渠。
用土石围堰将河水导向导流渠。
基坑排水,露出基岩。 - 基岩处理:
清除坝基表面风化层和松散岩石。
在基岩上凿出齿槽或台阶,增加抗滑稳定。
铺设防渗黏土垫层。 - 搭设拱架:
按设计拱轴线搭设木质拱架。
拱架要精确反映坝体上游面曲线。
分层设置平台便于砌筑。 - 砌筑坝体:
从两岸基岩同时向河谷中央和向上砌筑。
石块要分层错缝,大面朝下,接触面垫砂浆。
靠近上游面要选用平整石块,减少渗漏。 - 设置泄洪道:
在坝顶或坝肩预留溢流口。
溢流面用耐冲刷石材或混凝土护面。
安装木制或石制闸门。 - 防渗处理:
上游面铺设黏土或石灰砂浆抹面。
在坝体内部设置黏土心墙。
下游面设排水孔降低渗透压力。 - 拆除拱架与蓄水:
坝体养护凝固后分段拆除拱架。
封堵导流渠,缓慢蓄水。
观察渗漏和变形,及时修补。
注意事项
- 拱坝对两岸地质要求极高,基岩软弱不能建拱坝。
- 施工必须对称,防止坝体受偏载开裂。
- 拱轴线设计要合理,使坝体主要受压。
- 必须预留足够泄洪能力,避免漫坝溃坝。
常见问题与解决方法
| 问题 | 原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 坝体渗漏 | 上游面不平或砂浆不密实 | 重新抹面,灌浆堵漏 |
| 两岸滑动 | 拱推力超过山体抗力 | 加厚坝肩,做锚固 |
| 坝体开裂 | 温度应力或不对称施工 | 控制砌筑速度,设伸缩缝 |
| 溢流冲刷 | 泄洪能量过大 | 下游设消力池 |
升级方向
- 重力拱坝:结合重力坝和拱坝优点。
- 连拱坝:多个拱跨连接。
- 混凝土拱坝:整体浇筑提高整体性。
- 引水发电:配套水轮机发电。
参考来源
- 水工建筑物
- 古代水利工程
- 拱结构力学