空心重力坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，通常呈现出水平拱形，凸边朝向河流上游方向，两端紧密贴合峡谷两侧。这种坝型能够将部分水平荷载传递给两岸，广泛应用于拦水发电等领域。
结构特征
空心重力坝在平面上呈现凸向上游的拱形结构，借助拱的作用将水压力的部分或全部传递给河谷两岸的基岩。与传统的重力坝相比，空心重力坝的稳定性不仅依赖于自身的重量，更重要的是利用拱端基岩的反作用力支撑。拱圈截面上主要承受轴向反力，从而有效利用筑坝材料的强度。因此，空心重力坝兼具经济性和安全性。其水平剖面由曲线形拱构成，两端支撑在两岸基岩上，竖直剖面则呈悬臂梁形式，底部坐落在河床或两岸基岩上。空心重力坝的结构作用可分为水平拱和竖直梁两个系统，水荷载及其他荷载由这两个系统共同承担。当河谷宽度与高度比例较小时，荷载主要由水平拱系统承担；反之，则主要由竖直梁系统承担。空心重力坝的优势在于能够更充分地利用坝体强度，体积通常较小，且具备较强的超载能力。然而，它也存在对坝址河谷形状及地基要求高的缺点。
地基处理
空心重力坝的地基处理与岩基上的重力坝相似，但要求更为严格，尤其是两岸坝肩的处理至关重要。坝基开挖时，高坝应挖掘至新鲜或微风化的下部基岩，中坝应尽量挖掘至微风化或弱风化的中、下部基岩。整个坝基的纵向坡度应平顺无突变，拱端开挖应遵循相应的布置原则。河床覆盖层原则上应全部清除，若遇到困难，可通过结构措施加以解决。例如，贵州猫跳河窄巷口拱坝，由于河床覆盖层较厚，采用了双拱坝体型，通过基础拱桥跨越覆盖层，并使用两排混凝土防渗墙作为覆盖层防渗。此外，拱坝坝基一般都需要进行全面的固结灌浆，以增强基岩的整体性。对于节理、裂隙发育的坝基，还需扩大固结灌浆范围。对于坡度较大的陡峭表面，上游坝基接触面以及基岩中开挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，还需要进行接触灌浆，以提高接触面的抗剪强度和抗压强度，防止渗漏。帷幕灌浆一般布置在压应力区，尽可能靠近上游面。帷幕灌浆可以通过坝体内部的廊道进行，或者在上游坝脚处进行。如果存在坝头绕渗问题，可能会影响拱座岩体的稳定或导致水库水量损失，防渗帷幕还应深入两岸山坡内，类似于重力坝的情况，但要求更为严格。在防渗帷幕后，应设置坝基排水孔和排水廊道。高坝以及两岸地形较陡、地质条件复杂的中坝，宜在两岸设置。
工作特点
空心重力坝的工作特点包括拱与梁的共同作用，稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，拱作为一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥混凝土及浆砌石材料的抗压强度。拱梁所承受的荷载可相互调整，因此能够承受超载。拱坝坝身可以泄水，不设永久性伸缩缝，抗震性能良好。尽管如此，空心重力坝的几何形状较为复杂，施工难度较大。
布置原则
空心重力坝的布置原则是根据坝址地形、地质、水文等自然条件以及枢纽综合利用需求，统筹安排，在满足稳定和建筑物运行要求的基础上，通过调整拱坝的外形尺寸，使坝体材料的强度得到充分发挥，控制拉应力在允许范围内，同时达到最小的工程量。由于拱坝型式多样，断面形状会随地形地质情况发生变化，因此拱坝的布置需要多个方案进行技术经济比较，选择最优方案。最终确定的布置方案通常需要经过模型试验验证。拱坝的布置过程复杂，需要结合地形地质条件，反复修订，进行多方案比较，最终确定布置图。具体步骤包括：1. 根据坝址地形、地质资料确定开挖深度，绘制坝址利用基岩面等高线图。综合考虑各种因素，选择合适的拱坝类型。2. 利用基岩面等高线地形图，初步定位顶拱轴线位置。顶拱轴线的半径可根据实际情况确定，应尽量确保拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于30°，并且两端夹角大致相等。按照适当的中心角和坝顶厚度，绘制顶拱内外缘弧线。3. 初步拟定拱冠梁剖面尺寸，并指定各高程拱圈的厚度。一般选取5~10层拱圈，绘制各层拱圈平面图。各层拱圈的圆心连线在平面上最好能对称于河谷可利用基岩面地形图，在垂直面上，这种圆心连线应是光滑的曲线。4. 切取若干垂直剖面，检查轮廓是否光滑连续，是否存在过度倒悬等问题。如果不符要求，应适当修改拱圈及梁的形状尺寸。5. 根据初步确定的坝体尺寸进行应力计算及坝肩稳定性校核。如果不符合要求，应重新执行以上步骤，修改坝体布置和尺寸。6. 将拱坝沿着拱的轴线展开，绘制立面图，显示基岩面的起伏变化，对突变处采取削平或填塞措施。7. 计算坝体工程量，作为不同方案比较的依据。
控制指标
拱坝的应力控制标准涉及筑坝材料强度的极限值和相关安全系数的取值。混凝土拱坝设计规范（SD145-85）对允许应力没有明确的规定，实际设计中采用的允许应力普遍较低。对于较高的拱坝，允许压应力通常取5.0~6.0MPa，个别情况下甚至高达9.0MPa。规范规定，对于基本荷载组合，安全系数为4.0；对于特殊组合，安全系数为3.5；当考虑地震荷载时，混凝土的允许压应力可比静荷载情况适当提高，但不超过30%。由于混凝土的抗压强度较高，拱坝断面设计常常受到拉应力的限制，拉应力较大的部位通常位于拱冠梁的上游面坝基处。事实上，这个部位的拉应力略有超出并不会带来严重风险。因为拱坝具有整体作用，即使梁底开裂，应力也会自动调整，使得裂缝发展到一定限度后停止，而水平拱承载的能力仍然很大。因此，目前一般认为可以适当地提高梁底上游面的允许拉应力值。国内大多数拱坝的设计允许拉应力值大约控制在0.5~1.5 MPa之间。而混凝土拱坝设计规范（SD145-85）规定：对于基本荷载组合，允许拉应力为1.2 MPa；对于特殊荷载组合，允许拉应力为1.5 MPa。当考虑地震荷载时，允许拉应力可适当提高，但不超过30%。近年来，随着拱坝建设的发展和人们对其特性的深入了解，出现了提高允许应力、降低安全系数的趋势。例如，美国垦利局1977年的《拱坝设计准则》规定：对于正常荷载组合，抗压安全系数为3.0，允许压应力为10.58 MPa；对于非常荷载组合，抗压安全系数为2.0，允许压应力为15.68 MPa。在正常荷载组合，允许局部出现拉应力，但不大于1.06 MPa；在非常荷载组合时，拉应力不大于1.57 MPa。
参考资料
伊泰普空心重力坝(第二部分).百度学术搜索.2024-10-25