重力拱壩

重力拱壩在拱壩中屬較厚實(shí)的一種壩型。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：

①兼有拱壩及重力壩的優(yōu)點(diǎn)，安全性較高，對抗御超標(biāo)準(zhǔn)洪水或意外荷載潛力較大；

②便于在壩體內(nèi)布置泄水孔及壩頂溢流；

③便于在壩下游面設(shè)置廠房；

④壩體應(yīng)力及滲透壓力比降較低；

⑤有時(shí)為適應(yīng)地形、地質(zhì)上的需要，還可調(diào)整體型結(jié)構(gòu)，降低壩基應(yīng)力，以滿足壩址地質(zhì)要求。如美國胡佛壩地質(zhì)差，要使221m的大壩最大壩基應(yīng)力控制在3MPa以下，才采用了這種壩型。

重力拱壩的應(yīng)力及穩(wěn)定分析方法與拱壩相同，因壩體厚度較大，溫度及滲透壓力對壩體影響較大，一般應(yīng)予考慮。由于重力拱壩主要依靠梁的作用即以重力作用為主，故穩(wěn)定問題顯得更重要。

在樞紐布置時(shí)，曾研究過多種壩型，根據(jù)河床與近河床的地質(zhì)情況，最后選定了重力拱壩。

隔河巖壩址為一不對稱河谷，左岸高程150m以上地形平緩低矮，為了改善修建拱壩的河谷地形和提高下部拱壩高度，避免拱壩頂部重力壩過高，在設(shè)計(jì)中，在左岸壩肩（高程126~138m建基面上）設(shè)置重力墩。重力墩由4個(gè)壩段組成，由于重力墩左段為垂直升船機(jī)，從穩(wěn)定和應(yīng)力條件看，不宜作得過高，只宜承受150m以下拱推力，因此，將高程150m以下的橫縫進(jìn)行灌漿連成整體，承受拱壩推力，高程150m以上的橫縫不灌漿，成為重力壩。重力墩底部尺寸順軸向87m，垂直軸向約81m。河床主體為上重下斜拱式重力拱壩，兩岸為重力壩的綜合壩型。影響兩岸拱座穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面采用阻滑鍵、傳力柱及加強(qiáng)山體內(nèi)部排水等措施進(jìn)行處理。

重力拱壩的封拱高程左岸為150m，河床為180m，右岸為160m，上游壩面采用鉛直圓弧面，外半徑為312m。下游壩坡上部重力壩為1∶0.7，下部重力拱壩為1∶0.5，其間用鉛直線連結(jié)。拱圈平面內(nèi)弧采用三心圓，靠近拱冠部位采用定圓心大半徑等厚圓拱，拱端部位采用變圓心小半徑貼角加厚，壩坡隨之變?yōu)?∶0.75，頂拱中心角80°。

隔河巖重力拱壩體形有如下特殊性：

1、拱壩封拱高程不在壩頂，且封拱高程不在同一高程上，在重力拱壩的上部有一個(gè)較高的重力壩，隨著封拱高程的不同，重力壩的高由26~56m，下部重力拱壩在立面上形成一個(gè)豎向斜拱，這樣，一方面擴(kuò)大了整體聯(lián)合受力作用，另一方面又使結(jié)構(gòu)近乎對稱。斜拱式結(jié)構(gòu)較封拱高程全為150m的平拱方案，其最大拉應(yīng)力可減少25%~30%，使壩體拉應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。

2、拱壩頂拱中心角為80°，比規(guī)范規(guī)定的90°~110°偏小，拱壩設(shè)計(jì)較扁平，這主要是為了適應(yīng)壩身宣泄大流量洪水的要求。隔河巖大壩泄洪流量高達(dá)20000m³/s以上，泄洪時(shí)每米寬度將有17萬kW的能量，若頂中心角大，水流向集中程度加大，能量更趨集中，將會(huì)給下游的消能帶來困難。

3、隔河巖重力拱壩采用三心圓拱，其拱圈平面在中間采用大半徑，兩端采用小半徑，類似拋物拱。這主要也是為改善泄洪條件。隔河巖采用扁平化拱壩，雖然避免了過大的向心水流作用，但使拱座產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力，設(shè)計(jì)上采用近乎橢圓形的三心圓拱，在拱端處用小半徑貼角加大斷面，既可改善水流的向心問題，又能減小拱座拉應(yīng)力。這種新壩型給設(shè)計(jì)者們帶來了壩體應(yīng)力分析及大壩穩(wěn)定分析更為復(fù)雜與更大的難度，為此，長江委在設(shè)計(jì)過程做了大量的科學(xué)研究。

重力拱壩（gravity-arch dam）是指既靠壩的自重，又靠拱的作用來保持壩體穩(wěn)定的拱壩。兼有重力壩和拱壩的受力特點(diǎn)，壩體承受的荷載大部分借懸臂梁的作用傳給壩基；小部分借拱的作用傳給兩岸。一般修建在寬高比為3.0～4.5的寬河谷中。拱的作用較小，故壩底厚度一般為壩高的35%～60%。

拱形重力壩（curved gravity dam）指平面上呈拱形的整體式重力壩。依靠自重來維持壩體穩(wěn)定，拱的作用僅提高抗滑穩(wěn)定的安全度，有時(shí)用以加長溢流前緣。工作原理與一般重力壩基本相同。

1、拱座穩(wěn)定分析

采用剛體極限平衡法，按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，要求抗力大于作用力。

2、沿壩基的淺層穩(wěn)定分析

采用剛體極限平衡法，按承載能力極限狀態(tài)力計(jì)算，利用抗剪斷強(qiáng)度的計(jì)算公式，要求抗力大于作用力。

3、壩體應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

按承載能力極限狀態(tài)力計(jì)算，采用拱梁分載法及有限元法計(jì)算，要求抗力大于作用力。壩基巖體靜態(tài)物理力學(xué)參數(shù)見下圖，壩基巖體動(dòng)態(tài)變模的標(biāo)準(zhǔn)值可較其靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值提高30%。

溢流拱壩一般在溢流段設(shè)閘墩、閘門、啟閉機(jī)和交通橋，兩側(cè)設(shè)導(dǎo)墻，下游接消能工；有的不設(shè)閘門。重力拱壩下游面坡度接近于壩面溢流所要求的坡度，溢流段可布置在河床中部。中等厚度的拱壩，可在岸坡壩段溢流 。

沿壩軸線方向設(shè)有較大空腹的拱壩。一般這種壩型較厚，常為 重力拱壩 ，故又稱空腹重力拱壩。

20世紀(jì)60年代葡萄牙修建了高 87m的本波斯塔空腹拱壩。采用這種壩型的主要原因是考慮壩頂溢流，還可節(jié)約壩身混凝土體積的11.8%。中國于1977年建成鳳灘水電站空腹拱壩，壩高112.5m，為當(dāng)時(shí)世界上同類型壩中最高者?？崭箖?nèi)布置廠房，并在壩頂設(shè)置溢洪道?？崭构皦问且环N新興壩型，在壩體下部設(shè)一較大空腔,其水平寬度及豎直高度均約為壩體剖面寬高的1/3左右。這樣對懸臂梁及水平拱系統(tǒng)的剛度均有削弱，相對而言梁系統(tǒng)削弱較少，而對空腹部位的水平拱則削弱較多，使空腹以上梁承擔(dān)荷載減少，而以下則增加。只要空腹設(shè)置得當(dāng)，拱梁應(yīng)力及穩(wěn)定均能滿足要求。