水利科普—拱坝

拱坝

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拱坝属于空间壳体结构，平面上凸向上游，拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。拱坝结构为水平拱和竖直梁两个系统，水荷载及温度荷载等由两系统共同承担，其中一部分荷载通过拱的作用传向两岸基岩，另一部分荷载通过梁的作用传到坝底岩基，坝体稳定主要靠两岸拱座支撑。

拱坝主要指混凝土拱坝，较早期曾建设浆砌石拱坝，规模都较小，现在不再采用。拱坝的主要特点有：属于超静定结构，由拱与梁共同承载；坝体的稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用；拱属推力结构，承受轴向压力，有利于发挥混凝土的抗压强度；拱梁所承受的荷载可相互调整，因此具有超载能力，抗震性能好；坝身可以布置泄水建筑物；不必设永久性伸缩缝。由于这些特点和优势，从而使坝体厚度可以较薄，比相同坝高的重力坝大约可以节省1/3～2/3的混凝土方量，是经济性和安全性都较优的坝型。

拱坝设计遵照国家水利行业标准《混凝土拱坝设计规范》（SL282-2018）执行。应重视以下问题：1.充分掌握建坝地区的河流规划、气象、水文、泥沙、地形、地质、建筑材料、生态、环保、施工及运用条件等基本资料，特别是坝区的工程地质和水文地质条件；2.优选枢纽布置和拱坝布置；3.合理选择拱坝建基面和拱坝体形；4.拱座稳定及基础处理设计；5.拱坝消能防冲及雾化防护设计；6.强震区拱坝的抗震设计；7.提出坝体混凝土性能和温度控制的要求，研究坝体浇筑和接缝灌浆程序、施工度汛和蓄水过程中坝体自身稳定和应力问题；8.安全监测设计；9.在不断总结实践经验和进行科学试验的基础上，积极运用新技术、新材料、新工艺。

拱坝对地形与地质条件的要求很高。地形条件要求河谷有狭窄地形，左右相对对称，呈向下游收缩的“V”或“U”形，坝两端有足够厚实的岩体支撑。地质条件要求基岩较完整，有足够的强度、抗风化、没有大断裂、透水性小且岸坡稳定等。当地形地质条件不能完全满足要求时，必须采取相应的加固处理措施。

按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为单曲拱坝和双曲拱坝。对于底部狭窄的V形河谷，宜将各层拱圈的外半径从上至下逐渐减小，以使各层拱圈的中心角尽量接近。坝体在水平面和铅直面均呈曲线形，称为双曲拱坝。双曲拱坝的设计、施工较复杂，但随着坝工科技的不断进步，双曲拱坝建设高度正不断提高，厚高比也不断减小。最近在金沙江上建成的白鹤滩及乌东德水电站大坝均为双曲拱坝，高度达300米级，就是这些科技成果的最佳体现。