任务二 非溢流坝设计

子任务一 重力坝的认知

重力坝是一种古老而又应用广泛的坝型，它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。通常修建在岩基上，用混凝土或浆砌石筑成。坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设有永久性横缝，将坝体分为若干个独立坝段，以适应温度变化和地基不均匀沉陷，坝的横剖面基本上是上游近于铅直的三角形。如图2-1所示。

一、重力坝的工作原理及特点

重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来满足稳定要求；同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。与其他坝型比较，其主要特点有：

（1） 结构作用明确，设计方法简便。重力坝沿坝轴线用横缝将坝体分成若干个坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。

（2） 泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大，筑坝材料抗冲刷能力强，适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便紧凑，一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪隧洞。在意外的情况下，即使从坝顶少量过水，一般也不会招致坝体失事，这是重力坝最大的优点。

（3） 结构简单，施工方便，安全可靠。坝体放样、立模、混凝土浇筑和振捣都比较方便，有利于机械化施工。而且由于剖面尺寸大，筑坝材料强度高，耐久性好，因此抵抗水的渗透、冲刷以及地震和战争破坏的能力都比较强，安全性较高。

（4） 对地形、地质条件适应性强。地形条件对重力坝的影响不大，几乎任何形状的河谷均可修建重力坝。重力坝对地基的要求虽比土石坝高，但低于拱坝及支墩坝，对于无重大缺陷、一般强度的岩基均可满足要求。

（5） 受扬压力影响较大。坝体和坝基在某种程度上都是透水的，渗透水流将对坝体产生扬压力。由于坝体和坝基接触面较大，故受扬压力影响也大。扬压力的作用方向与坝体自重的方向相反，会抵消部分坝体的有效重量，对坝体的稳定和应力不利。

（6） 材料强度不能充分发挥。由于重力坝的断面是根据抗滑稳定和无拉应力条件确定的，坝体内的压应力通常不大，使材料强度得不到充分发挥，这是重力坝的主要缺点。

（7） 坝体体积大，水泥用量多，一般均需采取温控散热措施。许多工程因施工时温度控制不当而出现裂缝，有的甚至形成危害性裂缝，从而削弱坝体的整体性能。

二、重力坝的类型

（1）按坝的高度分类，可分为高坝、中坝、低坝三类。坝高大于70m的为高坝；坝高为30～70m的为中坝；坝高小于30m的为低坝。坝高指的是坝体最低面（不包括局部深槽或井、洞）至坝顶路面的高度。

（2）按筑坝材料分类，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。一般情况下，较高的坝和重要的工程经常采用混凝土重力坝；中、低坝则可以采用浆砌石重力坝。

（3）按泄水条件分类，可分为溢流坝和非溢流坝。坝体内设有泄水孔的坝段和溢流坝段统称为泄水坝段。非溢流坝段也可称作挡水坝段，如图2-1所示。

（4）按施工方法分类，可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。

（5）按坝体的结构型式分类，可分为实体重力坝［图2-2（a）］、宽缝重力坝［图2-2（b）］、空腹重力坝［图2-2（c）］、预应力锚固重力坝、支墩坝。

三、重力坝的设计内容

（1）总体布置。首先选择坝址、坝轴线和坝的结构型式，然后确定坝体与两岸及交叉建筑物的连接方式，最终确定坝体在枢纽中的布置。

（2）剖面设计。可参照已建的类似工程，初拟剖面尺寸。

（3）稳定分析。验算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面的抗滑稳定安全度。

（4）应力分析。用材料力学法对坝体进行强度校核，使坝体、坝基应力满足要求。

（5）构造设计。根据施工和运行要求，确定坝体细部构造，包括廊道、排水、分缝、止水等。

（6）地基处理。地基的开挖、防渗（帷幕灌浆）、排水、断层、破碎带的处理等。

（7）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计。堰顶高程、孔口尺寸、体型、消能防冲设计等。

（8）监测设计。包括坝体内部和外部的观测设计，制定大坝的运行、维护和监测条例。