เขื่อนโค้ง เป็น เขื่อนคอนกรีตที่มีลักษณะโค้งไปทางต้นน้ำเมื่อมองจากด้านบน^{[ 1 ]}เขื่อนโค้งได้รับการออกแบบเพื่อให้แรงดันน้ำที่กระทำต่อเขื่อน ซึ่งเรียกว่าแรงดันไฮโดรสแตติกกดลงบนส่วนโค้ง ทำให้ส่วนโค้งยืดตรงขึ้นเล็กน้อย และเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างเมื่อแรงดันน้ำกดลงบนฐานรากหรือฐานรองรับ เขื่อนโค้งเหมาะสมที่สุดสำหรับหุบเขา แคบ หรือช่องเขาที่มีผนังหินสูงชันและมั่นคงเพื่อรองรับโครงสร้างและแรงดัน^{[ 2 ]}เนื่องจากเขื่อนโค้งมีความบางกว่าเขื่อนประเภทอื่น จึงใช้วัสดุก่อสร้างน้อยกว่ามาก ทำให้ประหยัดและใช้งานได้จริงในพื้นที่ห่างไกล

โดยทั่วไป เขื่อนโค้งจะถูกจำแนกตามอัตราส่วนของความหนาของฐานต่อความสูงของโครงสร้าง (b/h) ดังนี้: ^{[ 1 ]}

• บาง สำหรับค่า b/h น้อยกว่า 0.2
• ข้นปานกลาง สำหรับอัตราส่วน b/h ระหว่าง 0.2 ถึง 0.3 และ
• หนา สำหรับอัตราส่วน b/h มากกว่า 0.3

เขื่อนโค้งที่จัดประเภทตามความสูงของโครงสร้างมีดังนี้: ^{[ 1 ]}

• เขื่อนเตี้ย สูงไม่เกิน 100 ฟุต (30 เมตร)
• เขื่อนขนาดกลางที่มีความสูงระหว่าง 100–300 ฟุต (30–91 เมตร)
• เขื่อนสูงเกิน 300 ฟุต (91 เมตร)

การพัฒนาเขื่อนโค้งตลอดประวัติศาสตร์เริ่มต้นจากชาวโรมันในศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช และหลังจากมีการพัฒนารูปแบบและเทคนิคต่างๆ มากมาย ก็ได้เกิดความสม่ำเสมอขึ้นในศตวรรษที่ 20 เขื่อนโค้งแห่งแรกที่รู้จักกันคือเขื่อน Glanumหรือที่รู้จักกันในชื่อเขื่อน Vallon de Baume ซึ่งสร้างโดยชาวโรมันในฝรั่งเศสและมีอายุย้อนไปถึงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}เขื่อนมีความสูงประมาณ 12 เมตร (39 ฟุต) และยาว 18 เมตร (59 ฟุต) รัศมีประมาณ 14 เมตร (46 ฟุต) และประกอบด้วยกำแพงก่ออิฐสองชั้น ชาวโรมันสร้างขึ้นเพื่อส่ง น้ำไปยัง Glanum ที่อยู่ใกล้เคียง เขื่อน Monte Novo ในโปรตุเกสเป็นเขื่อนโค้งยุคแรกอีกแห่งหนึ่งที่สร้างโดยชาวโรมันในปี 300 หลังคริสต์ศักราช มีความสูง 5.7 เมตร (19 ฟุต) และยาว 52 เมตร (171 ฟุต) โดยมีรัศมี 19 เมตร (62 ฟุต) ปลายโค้งของเขื่อนมาบรรจบกับกำแพงปีกสองข้างซึ่งต่อมาได้รับการรองรับโดยค้ำยันสองอัน เขื่อนยังมีช่องระบายน้ำสองช่องเพื่อขับเคลื่อนโรงสีที่อยู่ทางด้านล่าง^{[ 6 ]}

เขื่อนโค้งที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงหลงเหลืออยู่คือประตูเหล็กเหนือเมืองแอนติโอคซึ่งรวมเอาฟังก์ชันการใช้งานของสะพานถนนสะพานส่งน้ำ กำแพงเมืองและเขื่อนเข้าไว้ด้วยกัน ประตูเหล็กยังคงทำหน้าที่เป็นเขื่อนในปัจจุบัน^{[ 7 ]}เขื่อนดาราเป็นเขื่อนโค้งอีกแห่งหนึ่งที่สร้างโดยชาวโรมัน นักประวัติศาสตร์โปรโคปิอุสเขียนถึงการออกแบบของมันว่า "สิ่งกีดขวางนี้ไม่ได้สร้างเป็นเส้นตรง แต่โค้งเป็นรูปพระจันทร์เสี้ยว เพื่อให้ส่วนโค้งนั้น เมื่อวางตัวต้านกระแสน้ำในแม่น้ำ จะสามารถต้านทานแรงของกระแสน้ำได้มากขึ้น" ^{[ 3 ]}

ชาวมองโกลยังสร้างเขื่อนโค้งในอิหร่านในปัจจุบัน เขื่อนแรกสุดของพวกเขาคือเขื่อนเคบาร์สร้างขึ้นราวปี ค.ศ. 1300 มีความสูง 26 เมตร (85 ฟุต) ยาว 55 เมตร (180 ฟุต) และมีรัศมี 35 เมตร (115 ฟุต) เขื่อนที่สองของพวกเขาสร้างขึ้นราวปี ค.ศ. 1350 และเรียกว่าเขื่อนคูริตหลังจากต่อเติมเขื่อนเพิ่มอีก 4 เมตร (13 ฟุต) ในปี ค.ศ. 1850 เขื่อนก็สูง 64 เมตร (210 ฟุต) และยังคงเป็นเขื่อนที่สูงที่สุดในโลกจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 เขื่อนคูริตสร้างด้วยอิฐและตั้งอยู่ในหุบเขาที่แคบมาก หุบเขานั้นแคบมากจนความยาวของสันเขื่อนมีเพียง 44% ของความสูง เขื่อนยังคงตั้งตรงอยู่ แม้ว่าส่วนหนึ่งของด้านล่างของเขื่อนจะพังทลายลงก็ตาม^{[ 4 ]}

เขื่อนทิบิในเมืองทิบิประเทศสเปนเป็นเขื่อนโค้งสมัยหลังยุคกลางที่สร้างขึ้นระหว่างปี 1579 ถึง 1594 และเป็นเขื่อนแรกในยุโรปนับตั้งแต่สมัยโรมัน เขื่อนมีความสูง 42.7 เมตร (140 ฟุต) และยาว 65 เมตร (213 ฟุต) เขื่อนโค้งนี้ตั้งอยู่บนเนินเขา^{[ 4 ]}

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เขื่อนโค้งรัศมีแปรผันแห่งแรกของโลกถูกสร้างขึ้นบนลำธารแซลมอนใกล้กับจูโนรัฐอะแลสกาด้านหน้าของเขื่อนแซลมอนครีกมีลักษณะโป่งออกไปทางต้นน้ำ ซึ่งช่วยลดแรงดันบนส่วนโค้งด้านล่างที่แข็งแรงกว่าใกล้กับฐานรองรับ เขื่อนยังมีฐานที่ใหญ่กว่า ซึ่งช่วยชดเชยแรงดันบนส่วนฐานด้านบนของเขื่อน ซึ่งโค้งลงไปทางปลายน้ำมากขึ้น เทคโนโลยีและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของเขื่อนแซลมอนครีกทำให้สามารถออกแบบเขื่อนที่ใหญ่และสูงขึ้นได้ ดังนั้นเขื่อนนี้จึงเป็นการปฏิวัติ และการออกแบบที่คล้ายกันจึงถูกนำไปใช้ทั่วโลกในไม่ช้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยสำนักงานการฟื้นฟูที่ดินของสหรัฐอเมริกา^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2463 วิศวกรชาวสวิสและนักออกแบบเขื่อนAlfred Stuckyได้พัฒนาวิธีการคำนวณใหม่สำหรับเขื่อนโค้ง^{[ 8 ]}โดยนำแนวคิดเรื่องความยืดหยุ่นมาใช้ในระหว่างการก่อสร้าง เขื่อนโค้ง Montsalvensในสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งส่งผลให้รูปทรงของเขื่อนดีขึ้นในแนวดิ่งโดยใช้รูปทรงโค้งพาราโบลาแทนรูปทรงโค้งวงกลม

เขื่อนเพนซาโคลาซึ่งสร้างเสร็จในรัฐโอคลาโฮมาในปี 1940 ถือเป็นเขื่อนโค้งหลายส่วนที่ยาวที่สุดในสหรัฐอเมริกา ออกแบบโดยWR Holwayมีโค้ง 51 โค้ง และมีความสูงสูงสุด 150 ฟุต (46 เมตร) เหนือพื้นแม่น้ำ ความยาวรวมของเขื่อนและส่วนต่างๆ คือ 6,565 ฟุต (2,001 เมตร) ในขณะที่ส่วนโค้งหลายส่วนมีความยาว 4,284 ฟุต (1,306 เมตร) และเมื่อรวมกับส่วนทางระบายน้ำจะมีความยาว 5,145 ฟุต (1,568 เมตร) โค้งแต่ละโค้งในเขื่อนมีช่วงกว้าง 60 ฟุต (18 เมตร) และเสาค้ำแต่ละต้นกว้าง 24 ฟุต (7.3 เมตร) ^{[ 9 ]}

การออกแบบเขื่อนโค้งยังคงทดสอบขีดจำกัดและการออกแบบใหม่ๆ เช่น โค้งคู่และโค้งหลายชั้น อัลเฟรด สตัคกี้และสำนักงานการฟื้นฟูที่ดินของสหรัฐฯ ได้พัฒนาระบบการกระจายน้ำหนักและความเครียดในช่วงทศวรรษ 1960 และการก่อสร้างเขื่อนโค้งในสหรัฐอเมริกาจะเฟื่องฟูครั้งสุดท้ายในเวลานั้นด้วยเขื่อนต่างๆ เช่นเขื่อนมอร์โรว์พอยต์ โค้งคู่สูง 143 เมตร ในโคโลราโด ซึ่งสร้างเสร็จในปี 1968 ^{[ 10 ]}ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การออกแบบเขื่อนโค้งมีความเป็นเอกภาพค่อนข้างมากทั่วโลก^{[ 4 ]} ปัจจุบัน เขื่อนโค้งที่สูงที่สุดในโลกคือเขื่อนจิงปินอี้ในประเทศจีน สูง 305 เมตร (1,001 ฟุต) ซึ่งสร้างเสร็จในปี 2013 ^{[ 11 ]}เขื่อนโค้งหลายชั้นที่มีค้ำยันที่ยาวที่สุดในโลกคือเขื่อนแดเนียล-จอห์นสันในควิเบกประเทศแคนาดามีความสูง 214 เมตร (702 ฟุต) และยาว 1,314 เมตร (4,311 ฟุต) ตามยอด สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2511 และเปิดใช้งานในปี พ.ศ. 2513 ^{[ 12 ]}

เขื่อนเพนซาโคลาเป็นหนึ่งในเขื่อนโค้งหลายชั้นสุดท้ายที่สร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา ใบสมัคร NRHP ระบุว่าสาเหตุเป็นเพราะเขื่อนประเภทนี้ 3 แห่งล้มเหลว ได้แก่ (1) เขื่อนเจมเลคเขื่อนเซนต์ฟรานซิส (แคลิฟอร์เนีย) และเขื่อนเลคฮอดจ์ส (แคลิฟอร์เนีย) ความล้มเหลวเหล่านี้ไม่ได้เกิดจากการออกแบบโค้งหลายชั้นโดยตรง^{[ 9 ]}

การออกแบบเขื่อนโค้งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก เริ่มต้นด้วยการวางผังเขื่อนเบื้องต้น ซึ่งจะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะบรรลุวัตถุประสงค์การออกแบบภายในเกณฑ์การออกแบบ^{[ 1 ] [ 13 ]}

ภาระหลักที่เขื่อนโค้งได้รับการออกแบบคือ: ^{[ 1 ] [ 13 ]}

• น้ำหนักบรรทุกคงที่
• แรงดันไฮโดรสแตติกที่เกิดจากอ่างเก็บน้ำและน้ำท้ายเขื่อน
• ภาระอุณหภูมิ
• แรงแผ่นดินไหว

ภาระเบ็ดเตล็ดอื่นๆ ที่ส่งผลกระทบต่อเขื่อน ได้แก่ ภาระน้ำแข็งและตะกอน และแรงดันยกตัว^{[ 1 ] [ 13 ]}

โดยส่วนใหญ่ เขื่อนโค้งมักทำจากคอนกรีตและวางอยู่ในหุบเขาที่มีรูปทรงตัว V ฐานรากหรือฐานรองรับของเขื่อนโค้งจะต้องมีความมั่นคงมากและได้สัดส่วนกับคอนกรีต เขื่อนโค้งมีการออกแบบพื้นฐานสองแบบ ได้แก่เขื่อนรัศมีคงที่ซึ่งมีรัศมีโค้งคงที่ และเขื่อนรัศมีแปรผันซึ่งมีส่วนโค้งทั้งด้านต้นน้ำและปลายน้ำที่รัศมีลดลงอย่างเป็นระบบใต้สันเขื่อน เขื่อนที่โค้งสองชั้นทั้งในระนาบแนวนอนและแนวตั้งอาจเรียกว่าเขื่อนโดม เขื่อนโค้งที่มีส่วนโค้งหรือระนาบต่อเนื่องกันมากกว่าหนึ่งส่วนเรียกว่าเขื่อนโค้งหลายส่วนตัวอย่างในยุคแรก ได้แก่ เขื่อนโรมันEsparragalejoและตัวอย่างในยุคต่อมา เช่นเขื่อน Daniel-Johnson (1968) และเขื่อน Itaipu (1982) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพังทลายของเขื่อน Glenoไม่นานหลังจากสร้างเสร็จในปี 1923 การสร้างเขื่อนโค้งหลายส่วนใหม่จึงได้รับความนิยมน้อยลง^{[ 14 ]}

โดยปกติแล้ว รอยต่อการหดตัวจะถูกวางไว้ทุกๆ 20 เมตรในเขื่อนโค้ง และจะถูกเติมด้วยปูนยาแนวหลังจากที่การควบคุมเย็นตัวและแข็งตัวแล้ว^{[ 15 ]}

เขื่อนโค้งรัศมีคงที่

ด้านหน้าเขื่อนฝั่งต้นน้ำมีรัศมีคงที่ ทำให้มีรูปทรงเป็นเส้นตรงตลอดความสูงของเขื่อน แต่ส่วนโค้งด้านในมีรัศมีลดลงเมื่อเคลื่อนลงจากจุดสูงสุดไปยังจุดต่ำสุด ดังนั้นเมื่อมองจากหน้าตัดจึงมีรูปทรงคล้ายสามเหลี่ยม

เขื่อนโค้งแปรผัน

รัศมีของทั้งด้านในและด้านนอกของส่วนโค้งเขื่อนจะแตกต่างกันไปจากด้านล่างถึงด้านบน รัศมีของส่วนโค้งจะมากที่สุดที่ด้านบนและน้อยที่สุดที่ระดับความสูงต่ำกว่า มุมตรงกลางของส่วนโค้งก็จะกว้างขึ้นเมื่อเราเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน

เขื่อนโค้งมุมคงที่

นี่คือวิธีการก่อสร้างที่ประหยัดที่สุด อย่างไรก็ตาม สำหรับเขื่อนโค้งแบบที่สาม จำเป็นต้องมีฐานรากที่แข็งแรงกว่า เนื่องจากมีส่วนยื่นออกมาที่ส่วนฐานรองรับ เขื่อนโค้งมุมคงที่ คือเขื่อนที่มุมกลางของวงแหวนโค้งแนวนอนมีขนาดเท่ากันทุกระดับความสูง

• เขื่อนโค้งแรงโน้มถ่วง
• เขื่อนแรงโน้มถ่วง
• ส่วนโค้งพาราโบลา

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเขื่อนโค้ง

• PBS.org: ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับเขื่อน
• พัฒนาการทางประวัติศาสตร์ของเขื่อนโค้ง ตั้งแต่เขื่อนโค้งหินตัด ไปจนถึงเขื่อนคอนกรีตสมัยใหม่
• พัฒนาการสำคัญในประวัติศาสตร์ของเขื่อนโค้งจาก archive.org