黄河万家寨水利枢纽初步设计的坝型选择

初步设计中拟定了直线重力坝、重力拱坝、曲线重力坝及碾压混凝土坝等坝型。

（一）直线重力坝

由于河床下部的张夏组第四层埋藏较浅，岩性相对较软弱，同时坝基有层间剪切带，对河床坝段深层抗滑稳定不利，因此考虑利用坝的整体作用来解决局部坝段可能失稳问题，比较了两个坝型方案，即整体式直线重力坝和半整体（局部并缝）式直线重力坝。

1.整体式直线重力坝

由于坝的整体作用，当个别坝段稳定性差时，其他坝段能起协助作用，联合受力从而保证大坝的整体稳定性。但边坡坝段的应力状态不佳，出现较大面积的拉应力区，超过混凝土重力坝容许拉应力控制标准。

2.半整体式直线重力坝

两岸边坡各坝段在坝体底部并缝连成整体，以解决边坡坝段的侧向稳定；河床各坝段间在坝体底部并缝连成整体，通过相邻坝段的协助作用以及大坝两端坝基侧面岩体的阻滑力，提高大坝抗滑稳定的安全储备。而在河床坝段与两岸边坡坝段间设置横向伸缩缝将其分开，解除了坝体纵向约束，对温度收缩影响较小，因而改善了坝体应力。

半整体式直线重力坝优于整体式直线重力坝，且横缝的灌浆工作量也相对减少了。故在直线重力坝坝型中选择半整体式直线重力坝。

（二）重力拱坝

坝址处两岸山体较厚，下游无深切沟谷，岩体抗力大。采用重力拱坝型式试图通过拱的作用让部分水平推力传至河谷两岸，减轻河床部分负担，以克服河床坝基深层层间剪切带和泥化夹层的影响，改善大坝整体稳定性。

采用“反力参数法”试荷载程序进行应力分析，计算结果表明，通过拱的作用传向两岸的水平荷载不大，因此采用拱坝对减轻河床部分负担所起的作用是有限的。(www.xing528.com)

（三）曲线重力坝

坝体剖面按常规重力坝设计，而坝的轴线在平面上布置成小曲率和小中心角的圆拱形，以期取得两岸岸壁的支撑作用和各坝块间的协助作用，提高大坝整体抗滑稳定的安全度。

设计中采用试荷载程序进行了多方案的应力分析。计算结果表明，坝体向两岸传递荷载非常有限。

（四）碾压混凝土直线重力坝

由于坝体内设置的孔口较多，只在表、中孔坝段及左、右岸非溢流坝段和护坦部分采用碾压混凝土，碾压混凝土工程量为36.6 万m3，占总混凝土量的20.33%。

碾压混凝土工程量较少，且分为3 块，施工方法及混凝土系统仍以常态混凝土为主，碾压混凝土与常态混凝土交错布置，致使施工干扰大，不能发挥碾压混凝土的优越性。

综合地形、地质、水流、坝的整体稳定，坝体应力、施工等多方面条件因素，半整体式直线重力坝对万家寨坝址的适应性要优于重力拱坝和曲线重力坝。

不同的横缝并缝方案对坝体应力的影响较大，通过多种横缝并缝方案的比较研究，最终选定方案：两岸边坡3 个坝段在坝底以上不到1/2 坝高部分并缝，这样既可满足边坡坝段的稳定要求，也改善了边坡部位的坝体拉应力状态；河床坝段在底部1/4 坝高以下横缝并缝，当出现不利的稳定条件时，则各坝段可以相互帮助，提高坝的整体稳定性。将横缝并缝高程定在坝底1/4 坝高以下，一方面这部分坝体受外界温度变化影响最小；另一方面可将并缝横缝限于底孔底板高程以下，尽量减少对坝体结构和枢纽平面布置的影响。

另外，还研究过铰接式重力坝方案，即坝体横缝间只设键槽不进行灌浆。铰接式重力坝在水平向并非完整的整体，但仍由若干坝块组成。计算表明，扭转分载极小（小于3%）；同时由于水平向坝体不连续，所以水平梁的纵向拉应力得到了解除。但由于不能改善边坡坝段的侧向稳定，铰接式重力坝实践经验较少，增加施工难度，影响工期，因此放弃了这种坝型。

为验证万家寨混凝土重力坝的选型与坝体应力分布，曾进行了1∶180 三维脆性模型试验。比较了整体重力坝，不同横缝处理的半整体重力坝及一般的分缝重力坝。对不同的并缝水位也进行了研究。