1705358291
1705358292
稳立于洪涛之中的重力坝并非无懈可击。它必须战胜一个“看不见的敌人”——扬压力。这种特殊的作用力由两部分组成，其一是地基渗水和坝体渗水所产生的渗透压力，其二是淹没于水下的坝体所承受的上浮力。在扬压力的作用下，坝体向上被“托举”，极不利于坝体的稳定。
1705358293
1705358294
为避免产生过大的扬压力，工程师使尽千方百计，试图在保证重力坝坝体稳定性的同时，尽可能减小坝体与地基的接触面。比如，将每一段坝体的中部向内收缩，再拼成具有一节节空腔的完整大坝，成为“宽缝重力坝”；直接将坝体的下部掏空，形成一座空腹的“空腹重力坝”。我国的第一座空腹重力坝是位于江西赣州的上犹江水库大坝。
1705358295
1705358296
到这里，重力坝就完美无缺了吗？答案是否定的。无论是宽缝重力坝，还是空腹重力坝，它们的体形都非常庞大，对混凝土浇筑的温度条件要求较高，施工步骤也更为复杂。工程师并没有知难而退，而是继续对重力坝进行改进。
1705358297
1705358298
首先是改进用料，改用掺杂粉煤灰的特殊混凝土，其次是采用与土石坝相同的碾压方式，建成碾压混凝土重力坝。这种筑坝技术将混凝土坝的结构优势与土石坝的施工优势相结合，既能够减少混凝土用量，简化施工步骤，也便于大型机械施工，从而缩短工期，降低造价，可谓一举多得。正因如此，众多越发宏伟的重力坝拔地而起。从101米高的水口大坝到200.5米高的光照大坝，再到目前世界上最高的碾压混凝土重力坝——龙滩大坝，其高度已经达到216.5米，远超我国最高的常规混凝土重力坝三峡大坝。
1705358299
1705358300
当然，人们对大坝的要求不止于此。大坝是否存在更加精巧的结构，既能突破高度，又能控制用料和成本？
1705358301
1705358302
1705358303
1705358304
1705358305
重力坝示意
1705358306
1705358307
叁 借力打力
1705358308
1705358309
在广东省北部，一座体态轻盈、造型优美的大坝坐镇于峡谷之中。它的坝体向水库上游方向突出拱起，坝体厚度和高度之比仅为0.11[3]。这就是我国最薄的拱坝——坐落在广东韶关乳源瑶族自治县南水河支流汤盆水的泉水大坝。
1705358310
1705358311
泉水大坝结构精巧，坝体向水库上游方向突出而呈拱形，因而这类大坝被称为“拱坝”。与重力坝相比，拱坝利用拱形结构，将大部分的水体推力传向两侧坚实的山体，山体由此产生了作用于坝体的反作用力。在作用力与反作用力的加持下，坝体得以维持稳定，可谓“借力打力”。
1705358312
1705358313
得益于两侧山体分担受力，拱坝的体积一般仅为同等高度重力坝的30%到60%。因而拱坝的用料更省，可谓既美观又经济。更为精妙的是，在正常状态之下，拱坝凭借自身重力、水体推力、基岩支撑、温度变化等多重条件的综合作用，便可维持坝体平衡。如果遭遇突发情况，其中某个条件发生改变，坝体仍可在其余条件的共同作用下维持稳定，这便是超静定结构。
1705358314
1705358315
正因如此，拱坝才具备了出类拔萃的自身调整能力和超载能力，从而获得了更高的安全性能。从实验数据来看，其超载能力甚至可以达到设计性能的10倍以上。以位于四川汶川县境内岷江一级支流草坡河上的沙牌拱坝为例，它距离“5·12”汶川地震震中映秀镇仅36千米，即便当时的水库满载运行，在经历地动山摇之后，坝体也未受到明显损害。
1705358316
1705358317
不过，集美观、经济和安全性能于一身的拱坝，对地形和地质条件的要求极为苛刻。理想的拱坝坝址，要求两岸基岩坚硬、完整；河谷左右对称，上游到下游由宽变窄。只有这样的地质、地形条件，才能将拱坝稳稳地“卡”在河谷之中。
1705358318
1705358319
随着工程、材料及计算机模拟技术的进步，拱坝的应用范围越来越广，人们甚至在地质条件复杂的喀斯特地区建成了乌江渡、构皮滩等一众知名的大型拱坝。拱坝的形态也越发多样，其平面可以是厦门上李水库拱坝的规则圆弧状，也可以是乌江东风拱坝的双曲线形。而其剖面可以是保持竖直的单曲拱坝，亦可以是与平面同样向上游弯曲的双曲拱坝。
1705358320
1705358321
1705358322
1705358323
1705358324
1705358325
1705358326
1705358327
乌东德水电站大坝/供图 中国能建葛洲坝集团
1705358328
1705358329
位于云南禄劝与四川会东之间的乌东德大坝，是金沙江乌东德水电站的组成部分。它的最大坝高为270米，而底部宽仅51米。为保证大坝结构的稳定，大坝两端必须稳稳地“卡”在两岸山体之间。
1705358330
1705358331
1705358332
1705358333
1705358334
小湾拱坝/摄影 陈畅
1705358335
1705358336
位于云南南涧与凤庆之间的小湾拱坝，是一座混凝土双曲拱坝，它的最大坝高达294.5米，是国内第二高拱坝，仅次于坝高305米的锦屏一级水电站大坝。虽然有如此高度，小湾拱坝坝顶最窄处却仅有12米宽，轻盈地嵌在澜沧江之上。
1705358337
1705358338
令人震撼的是，拱坝的高度不断刷新纪录。2000年，240米高的二滩拱坝建成，这是中国首座突破200米级的大坝。2010年，拉西瓦拱坝封顶，最大坝高突破250米。2014年，溪洛渡大坝竣工，其坝高达285.5米。
1705358339
1705358340
放眼世界，在全球76座高度在200米以上的高坝中，拱坝占据38座，毫无疑问地成了200米级高坝的主力。不过，200米级不是拱坝的极限。澜沧江上的小湾双曲拱坝的高度达到294.5米，直逼300米级。雅砻江上的锦屏一级水电站拱坝，高度达305米，成功晋级已建成的世界最高坝，建立世界坝工技术新的里程碑。