二、拱坝平面布置形式

拱坝平面布置形式一般有：等半径拱坝，等中心角拱坝，变半径、变中心角拱坝。

图5-7　定圆心等外径拱坝

1.等半径拱坝

水平拱圈从上到下采用相同的外半径R，拱坝上游坝面为铅直圆筒面，拱圈厚度随水深逐渐加厚，下游面为倾斜面，各层拱圈内外弧的圆心均位于同一条铅直线上，即为等半径拱坝（图5-7），又称定圆心等外径拱坝。它适用于U形或较宽的梯形河谷，各层拱圈均能采用较大的中心角，有利于拱作用的发挥和减小坝体厚度，同时还具有结构简单、设计施工方便、直立的上游面便于进水口或泄水孔控制设备的布置等优点，中、小型拱坝采用较多。

当在拱坝坝顶设计溢流堰时，为使泄水跌落点离坝趾较远，也可采用定圆心等内半径变外半径的布置形式，使坝的下游面为铅直圆筒，上游面为倾斜面。

2.等中心角拱坝

对于V形河谷如仍采用定圆心等半径拱坝，下部拱的中心角必减小很多，厚度势必加大，经济性差。为了使在V形河谷中各层拱圈的中心角接近最优中心角，并布置成相等，此时拱圈半径从上到下将逐渐减小，就成为等中心角拱坝，如图5-8所示。

图5-8　等中心角拱坝（单位：m）

这种坝型的缺点是，为了维持圆心角为常数，拱坝的上、下游均形成扭曲面，并且出现倒悬，在靠近两岸部分均倒向上游。

3.变半径、变中心角拱坝

在拱坝的工程实践中，为了适应河谷条件并力求下部拱的中心角不致太小，采用比较广泛的是变半径、变中心角拱坝（图5-9）。这种坝型在布置上更灵活，并在不同程度上消除了等半径拱坝、等中心角拱坝的缺点，改善了应力状态，是一种较好的坝型。

图5-9　变半径、变中心角拱坝（单位：m）

4.双曲拱坝

近代拱坝设计的趋势是尽可能建造双曲拱坝（图5-10）。前述的变半径、变中心角拱坝在整体形状上已具有双向曲率的结构。双曲拱坝的主要优点是：梁系呈弯曲的形状，兼有垂直拱的作用，垂直拱在水平拱的支撑下，将更多的水压力传至坝肩；垂直拱在水压力作用下上游面受压，下游面受拉，而在自重作用于下则与此相反，因而应力状态可得到改善，材料强度得到更充分的发挥。双曲拱坝易使各层拱圈中心角趋于理想，更适用于V形或梯形河谷。双曲拱坝在国内也有所发展，例如广东泉水薄拱坝（图5-11）、湖南东江双曲拱坝（高度157m）等。

图5-10　双曲拱坝

1—围堰；2—施工导流隧洞进口；3—发电隧洞；4—泄水隧洞；5—施工泄水隧洞；6—溢洪道

图5-11　泉水薄拱坝（单位：m）

图5-12　拱冠梁尺寸示意图

根据坝址河谷形状选择拱坝体形时，应符合下列规定：V形河谷，可选用双曲拱坝；U形河谷，可选用单曲拱坝；介于V形与U形之间的梯形河谷，可选用单曲拱坝或者双曲拱坝。当坝址河谷的对称性较差时，坝体的水平拱可设计成不对称的拱，或采用其他措施。当坝址河谷形状不规则或河床有局部深槽时，宜设计成有垫座的拱坝。

当地质、地形条件不利时，选择拱坝体形应符合下列要求：可采用两端拱圈呈扁平状、拱端推力偏向山体深部的变曲率拱坝，或采用拱端逐渐加厚的变厚度拱或设垫座的拱坝；当坝址两岸上部基岩较差或地形较开阔时，可设置重力墩或推力墩与拱坝连接。