重力式拱坝

1、拱与梁的共同作用；

2、稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，因而对地基的要求很高；

3、拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；

4、拱梁所承受的荷载可相互调整, 因此可以承受超载；

5、拱坝坝身可以泄水；

6 、不设永久性伸缩缝；

7、抗震性能好；

8、几何形状复杂，施工难度大。

拱坝布置的原则是，根据坝址地形、地质、水文等自然条件以及枢纽综合利用要求统筹布置，在满足稳定和建筑物运用的要求下，通过调整拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分发挥，控制拉应力在允许范围之内，而坝的工程量最省。因拱坝型式比较复杂，断面形状又随地形地质情况而变化，故拱坝布置需有较多的方案，进行全面技术经济比较，选择最优方案。而最终选定的布置方案，一般需经模型试验论证。拱坝布置的步骤:拱坝布置复杂，需结合地形地质条件，反复修订，作多方案比较，最后定出布置图。

其步骤如下：

①根据坝址地形、地质资料定出开挖深度，绘出坝址利用基岩面等高线图。综合考虑地形、地质、水文、施工及运用条件等，选择适宜的拱坝坝型。

②利用基岩面等高线地形图，试定顶拱轴线的位置。顶拱轴线的半径可参考 。应尽量使拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于30°，并使两端夹角大致相近。按适当的中心角和坝顶厚度画出顶拱内外缘弧线。

③初拟拱冠梁剖面尺寸，并拟定各高程拱圈的厚度。一般选取5~10层拱圈，绘制各层拱圈平面图。各层拱圈的圆心联线在平面上最好能对称于河谷可利用基岩面地形图，在垂直面上，这种圆心联线应是光滑的曲线。

④切取若干垂直剖面，检查其轮廊是否光滑连续，倒悬是否过大，如不符合要求，应适当修改拱圈及梁的形状尺寸。

⑤根据初定的坝体尺寸进行应力计算及坝肩稳定较核。如不符合要求，应重复以上步骤修改坝体布置和尺寸。

⑥将拱坝沿拱的轴线展开，绘成立视图，显示基岩面的起伏变化，对突变处采取削平或填塞措施。

⑦计算坝体工程量，作为不同方案比较的依据。

重力式拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。

平面上呈拱形并在结构上起拱的作用的坝。重力式拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈悬臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。重力式拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。重力式拱坝的结构作用可视为两个系统，即水平拱和竖直梁系统。

水荷载及温度荷载等由此二系统共同承担。当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。重力式拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度。其体积一般较重力坝为小。其超载能力常比其他坝型为高。重力式拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。

重力式拱坝的基础处理要慎重对待。务必查明地质条件的薄弱环节。在工程措施上要不惜代价彻底解决。不能轻率处理。对水文、试验等工作应按规程规范办理，这样才能提高设计精度，不然将造成工程失事的遗留病害。所以应保证在安全的前提下求经济合理。

重力式拱坝坝址地质条件，一般是上部岩石比下部差，左右岸岸坡均有软弱夹层。为了使重力式拱坝传给基岩的推力分散，易于保持稳定，中小型重力式拱坝工程，扩大其拱端尺寸，即将坝布置为变截面圆拱成大头重力式拱坝是有效的。但相对于重力坝，重力式拱坝对坝址岩石基础的要求相对重力坝要少一些。

拱坝的地基处理和岩基上的重力坝基本相同，只是要求更加严格，对两岸坝肩的处理尤为重要。

重力式拱坝坝基开挖

高坝一般应开挖至新鲜或微风化的下部基岩、中坝应尽量开挖至微风化或弱风化的中、下部基岩。整个坝基利用岩面的纵坡应平顺而无突变，拱端开挖应注意本章第三节所述的拱端布置原则。河床覆盖层原则上应全部挖除，如有困难，应在结构上采取措施。例如贵州猫跳河窄巷口拱坝，高39.5m，因河床覆盖层较厚，采用双拱坝体型，以基础拱桥跨过覆盖层，并用两排混凝土防渗墙作为覆盖层防渗。

重力式拱坝固结灌浆和接触灌浆

拱坝坝基一般都要进行全面的固结灌浆，以增加基岩的整体性。对于节理、裂隙发育的坝基，尚需扩大固结灌浆范围。对于坡度大于50o~60o的陡壁面，上游坝基接触面以及基岩中开挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，尚应进行接触灌浆，以提高接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止沿接触面渗漏。

重力式拱坝帷幕灌浆

帷幕线一般布置在压应力区，并尽可能靠近上游面。帷幕灌浆可利用坝体内的廊道进行；当坝体较薄或未设廊道时，可在上游坝脚处进行（图3.25，b）当有坝头绕渗，将影响拱座岩体稳定，或将引起库水的水量损失时，防渗帷幕还应深入两岸山坡内，与重力坝的情况类似，但要求应更严格。

重力式拱坝坝基排水

在防渗帷幕后应设置坝基排水孔和排水廊道。高坝以及两岸地形较陡、地质条件复杂的中坝，宜在两岸设。

拱坝的应力控制标涉及到筑坝材料强度的极限值和有关安全系数的取值。混凝土拱坝设计规范（SD145-85）对允许应力尚无明确规定，设计时采用的允许应力还较低。对于较高的拱坝，允许压应力常取5.0~6.0MPa，个别的曾用到过9.0MPa。规范规定，对于基本荷载组合，安全系数为4.0；对于特殊组合，安全系数为3.5；当考虑地震荷载时，混凝土的允许压应力可比静荷载情况适当提高，但不超过30%。

由于混凝土的抗压强度较高，拱坝断面设计常受拉受力控制，拉应力较大部位常在拱冠梁的上游面坝基处，实际上这个部位的拉应力稍有超过并不很危险。因为拱坝具有整体作用，即使梁底开烈，应力即自行调整，使裂缝发展到一定程度而停止，而水平拱承载的潜力仍很大。因此现在一般认为可适当提高梁底上游面的允许拉应力值。国内多数拱坝设计允许拉应力值大致控制在0.5~1.5 MPa之间。而混凝土拱坝设计规范（SD145-85）规定：对于基本荷载组合，允许拉应力为1.2 MPa；对于特殊荷载组合，允许拉应力为1.5 MPa。当考虑地震荷载时，允许拉应力可适当提高，但不超过30%。

近年来，随着拱坝建筑的发展和人们对客观事物认识的深化，有提高允许应力、减小安全系数的趋向。如美国垦力局1977年《拱坝设计准则》规定：对于正常荷载组合，抗压安全系数为3.0，允许压应力为10.58 MPa；对于非常荷载组合，抗压安全系数为2.0，允许压应力为15.68 MPa。在正常荷载组合，允许局部出现拉应力，但不大于1.06 MPa；在非常荷载组合时，拉应力不大于1.57 MPa。 2100433B

溢流拱坝是指从坝的顶部溢流的拱坝。

拱坝的若干特殊构造

(一)垫座

垫座设置在拱坝坝体与基岩面之间，在有周边缝的拱坝中，垫座与坝体分开浇筑, 在其他情况下则多与坝体一起浇筑。

(二)推力墩、重力墩、翼坝

当拱坝上部坝肩基岩面高程偏低，形成较大台梯时，可设置推力墩来弥补，使拱端作用力沿水平方向由推力墩传递至坝头处的基岩。

人类修建拱坝具有悠久的历史。早在一、二千年以前，人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力，开始修建高10余米的圆筒形圬工拱坝。13世纪末，伊朗修建了一座高60米的砌石拱坝。到20世纪初，美国开始修建较高的拱坝，如1910年建成的巴菲罗比尔拱坝，高99m。20~40年代，又建成若干拱坝，其中有高达221m的胡佛坝（Hoover Dam）。与此同时，拱坝设计理论和施工技术也有较大的进展，如应力分析的拱梁试何载法、坝体温度计算和温度控制措施、坝体分缝和接缝灌浆、地基处理技术等。

50年代以后，西欧各国和日本修建了许多双曲拱坝，在拱坝体形、复杂坝基处理、坝顶溢流和坝内开孔泄洪等重大技术上又有新的突破，从而使拱坝厚度减小，坝高加大，即使在比较宽阔的河谷上修建拱坝也能体现其经济性。进入70年代，随着计算机技术的发展，有限单元法和优化设计技术的逐步采用，使拱坝设计和计算周期大为缩短，设计方案更加经济合理。水工及结构模型试验技术、混凝土施工技术、大坝安全监控技术的不断提高，也为拱坝的工程技术发展和改进创造了条件。目前世界上已建成的最高拱坝是前苏联英古里(HHFYPH)双曲拱坝，高271.5m，坝底厚度86m，厚高比为0.33。其次是意大利的瓦依昂拱坝(Vaiont)，高261.6m，坝底厚22.lm，厚高比为0.084。最薄的拱坝是法国的托拉拱坝，高88m，坝底厚2m，厚高比为0.023。

近40多年来，中国修建了许多拱坝。据不完全统计，至1985年底，全国①已建坝高15m以上的各种拱坝总数达800余座，约占全世界已建拱坝总数的1/4强。在拱坝设计理论、计算方法、结构型式、泄洪消能、施工导流、地基处理及枢纽布置等方面都有很大进展，积累了丰富的经验，目前中国已建成的最高拱坝是台湾省德基双曲拱坝(高180m)和青海省龙羊峡重力拱坝(高178m)，最高的砌石拱坝是新疆石河子拱坝，高112m；正在施工的四川省二滩抛物线双曲拱坝，高240m，居世界第四位，标志着中国在高拱坝的勘测、设计、施工和科研方面已达到一个新的水平。 2010年8月中国云南小湾水电站建成以后，成为当时世界上最高的拱坝---坝高292M，坝顶高程1245M，坝顶长922.74M，拱冠梁顶宽13M，底宽69.49M。