小型重力坝设计-认识重力坝

重力坝认知——重力坝的概念与特点目录12重力坝的概念重力坝的工作原理3重力坝的特点重力坝的概念01坝：拦截江河渠道水流以抬高水位或调节流量的挡水建筑物。大坝类型：混凝土坝砌石坝土石坝橡胶坝钢坝草坝按筑坝材料分类

定义：依靠自身的重量产生的抗滑力维持其稳定性的坝。基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂直的或稍倾向上游的三角形断面。

重力坝是世界上最古老的，也是采用最多的坝形之一。世界上第一座重力坝建于尼罗河上，坝高15m，顶长240m，距今有5000多年的历史。19世纪以前，重力坝筑坝材料基本都是浆砌毛石，19世纪后逐渐采用混凝土，20世纪80年代，碾压混凝土技术开始用于重力坝建设。重力坝的工作原理02稳定要求依靠自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定。依靠自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力满足强度要求。强度要求重力坝的特点03对地形、地质条件适应性强

重力坝段类似于固结在地基的短悬臂梁，所以任何形状的河谷（V型、U型、W复合型）除了难以解决的软弱层、断层地基都可以修。对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高。泄流、导流问题容易解决筑坝材料抗冲刷，所以在坝顶溢流、坝身可以泄水。在施工期间，可以利用导流，一般不需要另设导流隧洞。混凝土重力坝需要温控散热措施

体积大，水泥用量大，水泥水化热引起的温度、收缩应力也很大，可能导致坝体产生裂缝。受扬压力的影响较大

重力坝的坝体和坝基有一定的透水性，在较大的水头差作用下，产生渗透压力。渗透压力和浮托力合称扬压力（方向向上），它会减轻坝体的有效重量，对坝体稳定不利。材料的强度不能够充分发挥

混凝土重力坝的材料主要是为了增加自重和稳定性，而坝体内部和上部等材料强度就没有完全发挥出来，因此坝体不同区域应采用不同强度等级和耐久性要求的材料。重力坝认知——重力坝的类型低坝：坝高在30m以下；中坝：坝高在30m～70m（含30m和70m）；高坝：坝高在70m以上为高坝。

坝高---坝基最低面（不含局部深槽或井、洞部位）至坝顶路面的高度。

重力坝根据坝的最大高度进行分类，可分为，按坝高分类常态混凝土重力坝：目前世界建设的重力坝，此种占绝大多数（重点介绍）；碾压混凝土重力坝：从技术、发展等趋势看，此种坝有较大的发展空间；浆砌石重力坝：中低坝可用。按筑坝材料分类按坝顶是否泄水可分为溢流重力坝：既可挡水，又可泄水的部分。非溢流重力坝：完全不能泄水。1-非溢流重力坝；2-溢流重力坝；3-横缝；4-导墙5-闸门；6-坝内排水管；7-检修、排水廊道；8-基础灌浆廊道；9-防渗帷幕；10-坝基排水孔按泄水条件分类按坝体是否泄水可分泄水坝段：坝体内设泄水孔的坝段和溢流坝段统称。挡水坝段(非溢流重力坝)：完全不能泄水。分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝、装配式重力坝。实体重力坝

重力坝坝体是实心的，对地形、地质条件适应性强，剖面大、自重大使其稳重，分段结构使其有较强的抗地震、抗破坏能力。缺点就是扬压力大、工程量大。按结构分类

我国最大水电站，三峡水电站挡水大坝就是混凝土实体重力坝。全长2309.47m，坝顶高程185m，正常蓄水位175m。宽缝重力坝将实体重力坝的横缝的中间加宽，则成为宽缝重力坝。宽缝的设置使扬压力降低，可节省混凝土，同时改善了散热条件。缺点是施工较为复杂，模板用料多。

潘家口水利枢纽工程，主坝最大坝高107.5m，采用混凝土宽缝重力坝，缝宽18m，缝内设有排水水泵装置。空腹重力坝

空腹的设置可以减小坝底扬压力，节约混凝土量，还可在空腹布置水电站厂房。但空腹重力坝施工较困难，钢筋用量较多。

广东枫树坝，最大坝高93,3m，长418m，采用空腹宽缝重力坝，空腹高31.25m，宽25.5m，空腹内设水电站厂房。预应力重力坝

利用受拉钢筋或钢杆对重力坝施加预应力，以增加坝体上游部分的压应力，提高坝身稳定性，从而减小坝体混凝土用量，达到消减坝体剖面的目的。但施工复杂，钢筋用量多。装配式重力坝

采用预制块安装筑成的坝。可以降低坝的温度，但要求施工工艺精确，有足够的强度和防水性能。

湖北陆水水利枢纽的主坝，最大坝高49m，长234.3m，采用混凝土预制块安装。重力坝认知——重力坝整体布置

重力坝通常是由溢流坝段、非溢流坝段和二者之间连接的边墩、导墙等组成。布置时须根据地形、地质条件结合枢纽其他建筑物综合考虑。溢流坝段通常布置在河道主流位置，两端非溢流坝段与岸坡连接；1.溢流坝段+边墩和导墙+非溢流坝段溢流坝与非溢流坝段之间的边墩起到分隔的作用，边墩向下延伸成为导墙。如果有航运需要，坝段与航运设备之间同样要设边墩和导墙。坝内常设有各种泄水或取水管道、检查和维修等廊道。

不设闸门，靠壅高库内水位下泄，不仅可以泄洪，还可以排泄其他漂浮物，结构简单、自动泄洪、管理方便，适用于泄水流量较小的中、小型水库；设闸门，可利用闸门不同开启度调节库内水位和下泄流量，适用于大、中型水库工程。2.溢流坝坝顶可设、也可不设闸门

若溢流坝坝顶设闸门，则需设闸墩、工作桥和交通桥。闸墩作用是承受闸门传来的水压力，也是支承闸门、胸墙等上部结构；工作桥为启闭闸门设置的，设置在闸墩上；交通桥连接两岸交通。3.坝顶有闸墩、工作桥和交通桥4.坝轴线可以是直线、也可以是折线或曲线

坝轴线一般采用直线布置，与河流流向垂直，避免不良的受力条件。

为了防止不均匀沉降、温度应力控制要求，沿垂直于坝轴线设永久性横缝；各个坝段的外形应尽量协调一致，上游坝面保持平整；当地形、地质及运用条件又显著差别时，可按不同情况分别采用不同的下游坝坡，使各坝段均达到安全和经济的目的。5.设永久性横缝横缝重力坝坝址一般选在狭窄河谷（节省工程量）。为了布置河床式溢洪道、坝后式水电站厂房和通航船闸，有时也选择在比较宽的河谷建坝（葛洲坝工程＋三峡工程）；因坝体重量大，水平水压力大，一般修建岩石地基上（地质条件好）；在合适位置布置电站、船闸等其它建筑物，根据地形、地质、水力、施工等运行条件，使各建筑物有机而协调工作。重力坝认知——重力坝的设计内容剖面设计；稳定分析；应力分析溢流重力坝和泄水孔的孔口设计；构造设计；地基处理。重力坝的设计包括以下主要内容：等级的确定：根据工程规模、效益，在国民经济中的重要性进行对水利水电工程等别的划分；然后根据工程等别和建筑物的重要性，对水利水电工程的永久性水工建筑物级别确定；对临时性挡水和泄水建筑物的级别，应根据保护对象的重要性、失事后果、使用年限等确定。

确定工程的等别和建筑物的级别，然后查相应的防洪标准。剖面设计（非溢流重力坝坝段）：b1﹕m1﹕n设计时参照已有的工程经验，根据地形、地质、筑坝材料、施工条件等综合考虑确定方案，然后进行方案并优化设计。稳定计算、应力计算：拟定的剖面尺寸是否合适，需经过反复的验算。重力坝主要依靠自重维持稳定，其可能出现的破坏形式有滑动和倾倒。对重力坝，倾倒失稳很少见，一般进行抗滑稳定分析，分析地基面和地基面内软弱面的抗滑稳定性；

应力分析的目的是检验大坝在施工期和运用期是否满足材料强度的要求，同时为研究、解决设计和施工中的某些问题等提供依据。

溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计（稳定、强度、泄水）溢流重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物，主要承担泄洪保坝、输水供水、排沙等任务。除具有非溢流坝相同的工作条件外，还有满足泄洪能力，因此对