空心重力壩是一種建筑在峽谷中的攔水壩，通常呈現出水平拱形，凸邊朝向河流上游方向，兩端緊密貼合峽谷兩側。這種壩型能夠將部分水平荷載傳遞給兩岸，廣泛應用于攔水發電等領域。
結構特征
空心重力壩在平面上呈現凸向上游的拱形結構，借助拱的作用將水壓力的部分或全部傳遞給河谷兩岸的基巖。與傳統的重力壩相比，空心重力壩的穩定性不僅依賴于自身的重量，更重要的是利用拱端基巖的反作用力支撐。拱圈截面上主要承受軸向反力，從而有效利用筑壩材料的強度。因此，空心重力壩兼具經濟性和安全性。其水平剖面由曲線形拱構成，兩端支撐在兩岸基巖上，豎直剖面則呈懸臂梁形式，底部坐落在河床或兩岸基巖上。空心重力壩的結構作用可分為水平拱和豎直梁兩個系統，水荷載及其他荷載由這兩個系統共同承擔。當河谷寬度與高度比例較小時，荷載主要由水平拱系統承擔；反之，則主要由豎直梁系統承擔。空心重力壩的優勢在于能夠更充分地利用壩體強度，體積通常較小，且具備較強的超載能力。然而，它也存在對壩址河谷形狀及地基要求高的缺點。
地基處理
空心重力壩的地基處理與巖基上的重力壩相似，但要求更為嚴格，尤其是兩岸壩肩的處理至關重要。壩基開挖時，高壩應挖掘至新鮮或微風化的下部基巖，中壩應盡量挖掘至微風化或弱風化的中、下部基巖。整個壩基的縱向坡度應平順無突變，拱端開挖應遵循相應的布置原則。河床覆蓋層原則上應全部清除，若遇到困難，可通過結構措施加以解決。例如，貴州貓跳河窄巷口拱壩，由于河床覆蓋層較厚，采用了雙拱壩體型，通過基礎拱橋跨越覆蓋層，并使用兩排混凝土防滲墻作為覆蓋層防滲。此外，拱壩壩基一般都需要進行全面的固結灌漿，以增強基巖的整體性。對于節理、裂隙發育的壩基，還需擴大固結灌漿范圍。對于坡度較大的陡峭表面，上游壩基接觸面以及基巖中開挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的頂部，還需要進行接觸灌漿，以提高接觸面的抗剪強度和抗壓強度，防止滲漏。帷幕灌漿一般布置在壓應力區，盡可能靠近上游面。帷幕灌漿可以通過壩體內部的廊道進行，或者在上游壩腳處進行。如果存在壩頭繞滲問題，可能會影響拱座巖體的穩定或導致水庫水量損失，防滲帷幕還應深入兩岸山坡內，類似于重力壩的情況，但要求更為嚴格。在防滲帷幕后，應設置壩基排水孔和排水廊道。高壩以及兩岸地形較陡、地質條件復雜的中壩，宜在兩岸設置。
工作特點
空心重力壩的工作特點包括拱與梁的共同作用，穩定性主要依靠兩岸拱端的反力作用，拱作為一種推力結構，承受軸向壓力，有利于發揮混凝土及漿砌石材料的抗壓強度。拱梁所承受的荷載可相互調整，因此能夠承受超載。拱壩壩身可以泄水，不設永久性伸縮縫，抗震性能良好。盡管如此，空心重力壩的幾何形狀較為復雜，施工難度較大。
布置原則
空心重力壩的布置原則是根據壩址地形、地質、水文等自然條件以及樞紐綜合利用需求，統籌安排，在滿足穩定和建筑物運行要求的基礎上，通過調整拱壩的外形尺寸，使壩體材料的強度得到充分發揮，控制拉應力在允許范圍內，同時達到最小的工程量。由于拱壩型式多樣，斷面形狀會隨地形地質情況發生變化，因此拱壩的布置需要多個方案進行技術經濟比較，選擇最優方案。最終確定的布置方案通常需要經過模型試驗驗證。拱壩的布置過程復雜，需要結合地形地質條件，反復修訂，進行多方案比較，最終確定布置圖。具體步驟包括：1. 根據壩址地形、地質資料確定開挖深度，繪制壩址利用基巖面等高線圖。綜合考慮各種因素，選擇合適的拱壩類型。2. 利用基巖面等高線地形圖，初步定位頂拱軸線位置。頂拱軸線的半徑可根據實際情況確定，應盡量確保拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于30°，并且兩端夾角大致相等。按照適當的中心角和壩頂厚度，繪制頂拱內外緣弧線。3. 初步擬定拱冠梁剖面尺寸，并指定各高程拱圈的厚度。一般選取5~10層拱圈，繪制各層拱圈平面圖。各層拱圈的圓心連線在平面上最好能對稱于河谷可利用基巖面地形圖，在垂直面上，這種圓心連線應是光滑的曲線。4. 切取若干垂直剖面，檢查輪廓是否光滑連續，是否存在過度倒懸等問題。如果不符要求，應適當修改拱圈及梁的形狀尺寸。5. 根據初步確定的壩體尺寸進行應力計算及壩肩穩定性校核。如果不符合要求，應重新執行以上步驟，修改壩體布置和尺寸。6. 將拱壩沿著拱的軸線展開，繪制立面圖，顯示基巖面的起伏變化，對突變處采取削平或填塞措施。7. 計算壩體工程量，作為不同方案比較的依據。
控制指標
拱壩的應力控制標準涉及筑壩材料強度的極限值和相關安全系數的取值。混凝土拱壩設計規范（SD145-85）對允許應力沒有明確的規定，實際設計中采用的允許應力普遍較低。對于較高的拱壩，允許壓應力通常取5.0~6.0MPa，個別情況下甚至高達9.0MPa。規范規定，對于基本荷載組合，安全系數為4.0；對于特殊組合，安全系數為3.5；當考慮地震荷載時，混凝土的允許壓應力可比靜荷載情況適當提高，但不超過30%。由于混凝土的抗壓強度較高，拱壩斷面設計常常受到拉應力的限制，拉應力較大的部位通常位于拱冠梁的上游面壩基處。事實上，這個部位的拉應力略有超出并不會帶來嚴重風險。因為拱壩具有整體作用，即使梁底開裂，應力也會自動調整，使得裂縫發展到一定限度后停止，而水平拱承載的能力仍然很大。因此，目前一般認為可以適當地提高梁底上游面的允許拉應力值。國內大多數拱壩的設計允許拉應力值大約控制在0.5~1.5 MPa之間。而混凝土拱壩設計規范（SD145-85）規定：對于基本荷載組合，允許拉應力為1.2 MPa；對于特殊荷載組合，允許拉應力為1.5 MPa。當考慮地震荷載時，允許拉應力可適當提高，但不超過30%。近年來，隨著拱壩建設的發展和人們對其特性的深入了解，出現了提高允許應力、降低安全系數的趨勢。例如，美國墾利局1977年的《拱壩設計準則》規定：對于正常荷載組合，抗壓安全系數為3.0，允許壓應力為10.58 MPa；對于非常荷載組合，抗壓安全系數為2.0，允許壓應力為15.68 MPa。在正常荷載組合，允許局部出現拉應力，但不大于1.06 MPa；在非常荷載組合時，拉應力不大于1.57 MPa。
參考資料 >
伊泰普空心重力壩(第二部分).百度學術搜索.2024-10-25