重力拱壩

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定的拱壩。兼有重力壩和拱壩的受力特點，壩體承受的荷載大部分借懸臂樑的作用傳給壩基；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定，拱的作用僅提高抗滑穩定的安全度，有時用以加長溢流前緣。工作原理與一般重力壩基本相同。

重力拱壩在拱壩中屬較厚實的一種壩型。它的主要優點是：

①兼有拱壩及重力壩的優點，安全性較高，對抗禦超標準洪水或意外荷載潛力較大；

②便於在壩體內佈置泄水孔及壩頂溢流；

③便於在壩下游面設置廠房；

④壩體應力及滲透壓力比降較低；

⑤有時為適應地形、地質上的需要，還可調整體型結構，降低壩基應力，以滿足壩址地質要求。如美國胡佛壩地質差，要使221m的大壩最大壩基應力控制在3MPa以下，才採用了這種壩型。

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

1、拱座穩定分析

採用剛體極限平衡法，按承載能力極限狀態計算，要求抗力大於作用力。

2、沿壩基的淺層穩定分析

採用剛體極限平衡法，按承載能力極限狀態力計算，利用抗剪斷強度的計算公式，要求抗力大於作用力。

3、壩體應力控制標準

按承載能力極限狀態力計算，採用拱梁分載法及有限元法計算，要求抗力大於作用力。壩基岩體靜態物理力學參數見下圖，壩基岩體動態變模的標準值可較其靜態標準值提高30%。 ^[1] 

在樞紐佈置時，曾研究過多種壩型，根據河牀與近河牀的地質情況，最後選定了重力拱壩。

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，在設計中，在左岸壩肩（高程126~138m建基面上）設置重力墩。重力墩由4個壩段組成，由於重力墩左段為垂直升船機，從穩定和應力條件看，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。河牀主體為上重下斜拱式重力拱壩，兩岸為重力壩的綜合壩型。影響兩岸拱座穩定的軟弱結構面採用阻滑鍵、傳力柱及加強山體內部排水等措施進行處理。

重力拱壩的封拱高程左岸為150m，河牀為180m，右岸為160m，上游壩面採用鉛直圓弧面，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。拱圈平面內弧採用三心圓，靠近拱冠部位採用定圓心大半徑等厚圓拱，拱端部位採用變圓心小半徑貼角加厚，壩坡隨之變為1∶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較高的重力壩，隨着封拱高程的不同，重力壩的高由26~56m，下部重力拱壩在立面上形成一個豎向斜拱，這樣，一方面擴大了整體聯合受力作用，另一方面又使結構近乎對稱。斜拱式結構較封拱高程全為150m的平拱方案，其最大拉應力可減少25%~30%，使壩體拉應力能滿足規範要求。

2、拱壩頂拱中心角為80°，比規範規定的90°~110°偏小，拱壩設計較扁平，這主要是為了適應壩身宣泄大流量洪水的要求。隔河巖大壩泄洪流量高達20000m³/s以上，泄洪時每米寬度將有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，將會給下游的消能帶來困難。

3、隔河巖重力拱壩採用三心圓拱，其拱圈平面在中間採用大半徑，兩端採用小半徑，類似拋物拱。這主要也是為改善泄洪條件。隔河巖採用扁平化拱壩，雖然避免了過大的向心水流作用，但使拱座產生了較大的拉應力，設計上採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，又能減小拱座拉應力。這種新壩型給設計者們帶來了壩體應力分析及大壩穩定分析更為複雜與更大的難度，為此，長江委在設計過程做了大量的科學研究。 ^[2]