1.2　我国高拱坝的发展趋势及特点

进入21世纪，随着国家“西部大开发”战略的深入实施以及电能结构调整，水电开发迎来了又一个春天，建设主战场逐渐转移至水能资源丰富的西部高山峡谷地区，这些地区人烟稀少、山高谷窄、水流落差大、土地淹没少，许多坝址都适合修建高拱坝。并且，随着国家经济发展和科学技术的进步，工程设计、施工技术的突破，体形更加优化、经济的特高双曲拱坝越来越多，拱坝的坝高不断被刷新，开发难度大、建设周期长的一批世界级的特高拱坝得到了建设。

就21世纪以来建设的特高拱坝分析，我国特高拱坝发展呈现出以下总的特点：①大坝高度已经突破300m，建设地点转移至西南偏远地区；②坝高库大、总水推力巨大，坝体应力水平高；③施工强度高，建设速度快；④地形地质条件复杂，高边坡及坝基处理难度大。

1.2.1　工程建设环境复杂

随着水电开发的深入，水电开发的主战场明显地转移至西部水资源丰沛地区，特高拱坝工程所在地的地域特征非常明显。我国目前已建、在建和规划中的坝高超过200m的拱坝，主要分布于雅砻江、金沙江和澜沧江流域，工程所在地多为四川省、云南省的高山峡谷地区，工程区远离城镇，交通不便，经济欠发达，且多为少数民族地区，工程建设的外部环境非常复杂，客观上增大了工程建设投资和建设难度。

1.2.2　工程区地质条件复杂

高拱坝工程所在区域大都位于深山峡谷，河谷断面呈典型的V形或U形，修建高拱坝的地形条件良好，但大多河谷地形、地质条件不对称，区域地质构造发育、地质活动强烈，卸荷作用明显，许多工程还位于地震活动带，地质条件非常复杂。

高拱坝对坝基地质条件的要求非常严格，尤其拱座的抗滑稳定是保证大坝安全的关键，坝基复杂的地质条件必然大大增加了拱坝设计与施工的难度。同时，狭窄的河谷也加大了坝后消能设施布置的难度，而消能产生的两岸雾化作用也增大了下游岸坡的防护难度。

1.2.3　坝高库大、总水推力巨大、坝体应力水平高

坝高库大、总水推力大、坝体主压应力量级高是特高拱坝的基本特点。已建二滩水电站坝高240m，库容达到了58亿m3，总水推力达到了782万t；小湾水电站坝高294.5m，总库容达到了150亿m3，设计总水推力1660万t。在建的溪洛渡水电站大坝坝高285.5m，坝顶弧长698.7m，总库容126.7亿m3，设计总水推力达到了1400万t；锦屏一级水电站坝高305m，坝顶弧长552.23m，总库容77.6亿m3，总水推力接近1200万t；即将开工建设的白鹤滩大坝坝高289m，坝顶弧长746.92m，设计总库容188亿m3，总水推力更是达到了1670万t。巨大的水推力使坝体压应力水平较高，如小湾拱坝最大压应力达到10.4MPa，二滩水电站大坝的最大压应力达到了8.82MPa，溪洛渡水电站大坝最大压应力达到了8.92MPa，锦屏一级水电站大坝最大压应力也达到了7.77MPa，均超过了国内外同类大坝的平均应力水平。

坝体高主应力给工程设计带来了坝体厚度大、混凝土强度高等问题，也就造成了坝体混凝土温度控制的难题。

1.2.4　坝身设置泄洪孔口、泄洪流量大、泄洪功率大

拱坝泄洪一般有坝身泄洪、岸边泄洪和联合泄洪3种形式，从近年已建和在建的坝高超过200m的高拱坝泄洪布置看，由于具有“高水头、大泄量、窄河谷”的特点，均采用了坝身设置泄洪孔口泄洪，泄量巨大的也采用岸边泄洪洞＋坝身泄洪的组合泄洪方式。

坝高H大，泄洪流量Q大，泄洪功率γQH就越大，泄洪功率反映了泄洪消能的技术难度。小湾校核下泄流量20540m3/s，泄洪功率46400MW；二滩校核下泄流量23900m3/s，泄洪功率39000MW；溪洛渡下泄流量46800m3/s，泄洪功率94100MW，泄洪功率指标居同类工程前列。

高拱坝采用表孔、深孔泄洪，水流跌落落差大，流速和能量就大，消能难度大，由此带来一系列如空化空蚀、振动、脉动、消能防冲、防蚀及掺气雾化等问题，增加了工程设计和施工难度。坝身泄洪孔道一定程度上会削弱大坝的整体性和拱梁的承载能力，使孔口周边应力复杂。随着计算机仿真技术的发展应用，高水头工作、检修闸门制造技术的提高以及消能技术和消能工的创新应用，坝身设置泄洪孔口、流道采用整体钢衬防护，已经普遍采用，其相对于岸边泄洪节省工程量，安全性也得到了二滩、小湾、构皮滩、拉西瓦等已建成水电工程的验证。

1.2.5　坝体不设纵缝、仓面大、温控要求高

随着大载荷高速缆机的使用和温控技术的发展，为保证大坝的整体性，加快施工进度并减少工程成本，国内特高双曲拱坝均取消设置纵缝，横缝间距一般在20m左右，最大坝底拱冠梁厚度50～70m，正常浇筑仓面面积控制在1000～1500m2。有的拱坝为了控制坝体应力水平和基础处理的需要，通常在坝基增加坝下游贴角，更加大了下部基础强约束区的坝体仓面面积。例如小湾拱坝的坝底拱冠梁厚度最大75m，最大浇筑仓面达1824m2；溪洛渡拱坝河床坝段增加下游贴角后15号、16号坝段拱冠梁底宽增加为72m，最大仓面面积1794m2；锦屏一级水电站拱坝坝底拱冠梁厚度63m，加上下游贴角约78m，最大仓面达1870m2。

高拱坝不设纵缝，单个坝段采用柱状分块通仓浇筑，使得施工工序大为简化，较大的仓面面积便于机械化施工，大大加快了施工进度，但较大的顺河向长度恶化了坝段自身约束，厚宽比更大的基础浇筑块所受的基岩约束力更大，使得防裂控制更加困难。

1.2.6　大坝浇筑工期长、施工期坝体应力状态复杂

特高拱坝坝体混凝土总量大，施工周期一般长达50个月以上，施工期间悬臂高度动态变化，坝体重心也在变化，且全年自下而上接缝灌浆、分期蓄水，使得施工期坝体应力状态极其复杂，增大了坝体混凝土开裂的风险。

小湾拱坝在大坝平均浇筑高度超过200m、最大高度接近250m时，监测资料显示在12号、32号坝段距离下游面和建基面5m的竖向拉应力分别达到0.75MPa和0.6MPa。巡视检查发现，右岸相应坝段在建基面附近出现了裂缝。锦屏一级大坝混凝土实际浇筑至高程1750.00～1769.00m时，在12号坝段高程1601.00m帷幕灌浆廊道顶拱部位出现了横河向的裂缝，虽然规模不大，但规律性强。专家组分析认为，该坝段廊道局部结构较复杂，同时，坝前基坑充水较晚，坝体悬臂高度大（最大超过60m），倒悬度增加，在坝体自重作用下廊道顶拱产生较大拉应力（根据设计计算，12号坝段廊道顶拱中点部位最大拉应力达到3.75MPa），是产生裂缝的主要原因。