水电站大坝之 --- 拱坝

浙江临安甘溪水电站双曲拱坝

水电站大坝有多种，根据抵抗水头压力的机制不同，可分为重力坝、拱坝与支墩坝。本期介绍拱坝。

　　拱坝（Arch Dam）

拱坝多建在峡谷地带，利用两岸坚固的岩石来承担拱坝传来的压力。

拱坝的坝面向上游方向凸起，可把上游坝面的水压力、风浪压力等通过拱的作用传给两岸岩体与坝底岩基，利用筑坝材料强度来承担上游水压。

与重力坝（gravity dam）相比，拱坝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，拱坝是一种经济性和安全性都很好的坝型。

图1-- 拱坝视图

图1是拱坝的三方向视图。左图是拱坝的侧视图，拱坝的垂直剖面也是弧形，凸起面朝向上游，坝体比起重力坝薄多了。

中间图是从下游方看拱坝，拱坝建在山谷中，两边顶住山体岩石，与拱坝接触的两边岩石称为坝肩（ dam abutment），也称拱坝的整个岩石基础为拱座。

右边图是从上方看拱坝，拱坝凸起面朝向上游，上游水压作用到坝面（蓝色箭头线），拱坝两边对坝肩的作用（红色箭头线）。

图2-拱坝垂直剖面

如果拱坝是桶形，上游面与地面垂直，见图2左图，只有水平剖面呈弧形，称为单曲拱坝（ single-curvature arch dam）；拱坝垂直剖面也是弧形的称为双曲拱坝（double-curvature arch dam），坝体较薄的称为双曲薄拱坝（double-curvature thin arch dam），见图2中图，在地质坚硬，峡谷较窄的地段可建双曲薄拱坝；坝体较厚的称为双曲厚拱坝，见图2右图。单曲拱坝与双曲厚拱坝兼有重力坝的特征，也有称之为重力拱坝（ gravity arch dam）。

图3--拱坝引水与泄水

拱坝的发电厂房建在坝后的，采用管道引水，见图3左图；拱坝的发电厂房建在山体内的，则从上游边坡开挖隧道引水到地下厂房，再由尾水隧道排水到下游，采取哪种方式依地质地势而定。

拱坝的泄水方式同样采用坝顶溢流与坝下深孔泄洪，见图3右图。泥沙大的河流还要在坝下方开冲沙孔。

拱坝是一种推力结构，能充分发挥坝体材料的抗压强度，坝体厚度薄，对于可建拱坝或重力坝的同一坝址，相同坝高的拱坝要比重力坝节省1/3至1/2的材料；拱坝超载能力强、抗震性好，安全度高。但拱坝对地址条件要求高，两边岩基要坚固可靠，而且拱坝的施工复杂。

下面介绍3个拱坝水电站（内容来自网络，仅供参考！）

图4 建设中的溪洛渡大坝

四川的金沙江溪洛渡水电站是我国第二大水电站，坝址为峡谷地形，采用混凝土双曲拱坝结构。最大坝高285.5米，坝顶长714米，坝底厚70米，坝体采用表孔、中孔、底孔泄洪。厂房布置在上游侧左右两岸地下，各安装9台单机容量70万千瓦的水轮发电机组，总装机1386万千瓦。图4 是溪洛渡大坝建设照片。

图5—建设中的锦屏一级水电站大坝

四川省雅砻江（金沙江支流）锦屏一级水电站是世界第一高拱坝，坝址为峡谷地形，为混凝土双曲拱坝，最大坝高305米，坝顶中心线弧长552米，拱坝底厚63米。坝顶有4个表孔溢洪道，坝中部有5个泄洪深孔，坝体下方有5个导流底孔，2个放空底孔地下厂房建在坝后右侧山体下，6条引水管道从上游取水送往6台60万千瓦水轮发电机，总装机360万千瓦。图5是在建中的锦屏一级水电站，照片中5个导流底孔正在泄水。

图6---二滩水电站大坝

四川省雅砻江下游的二滩水电站为混凝土双曲拱坝，最大坝高240米，坝顶弧长775米，坝底部厚度55.74米，坝顶中央有7个泄洪表孔，拱坝坝体中部有6个泄水中孔。地下厂房位于左岸地下洞室群内，装有6台单机容量55万千瓦的水轮发电机组，总装机容量330万千瓦。图6是二滩水电站大坝4个表孔正在溢流泄洪。