河海水工建筑物 2-1重力坝概述

用现代的设计理论和分析方法解决一些专门的问题。 例如： 用有限单元法分析坝体及坝基的应力状态，用断裂力学研究坝体裂缝的 发展和稳定。对重力坝地震反应的精确分析，复杂地基对坝体工作性态 的影响，重力坝的可靠度分析，坝基渗流场与应力场相互作用，重力坝 的最优化设计和各种新的泄洪消能措施的采用等。 在施工技术上则研究温度控制的新理论和综合措施，更大型施工机械设 备的研制与发展，碾压混凝土筑坝技术以及整个施工过程的计算机调度 管理等。 5G、大数据和人工智能的应用。
凝土浇捣方面都比较方便，有利于机械化施工。由于断面尺寸大， 材料强度高、耐久性能好，因而对抵抗水的渗透、特大洪水的漫顶、 地震和战争破坏能力都比较强，安全性较高
(3) 对地形、地质条件适应性好
几乎任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地基要求高于土石坝， 低于拱坝及支墩坝。一般来说，具有足够强度的岩基均可满足要求， 因为重力坝常沿坝轴线分成若干独立的坝段，所以能较好地适应岩石 物理力学特性的变化和各种非均质的地质。当然仍应重视地基处理， 确保大坝的安全
(5) 装配式重力坝
预制混凝土块安装。改善施工质量、降低坝体的温升，要求施工精确、获得 强度和防水性能
溢流坝段、非溢流 坝段、连接边墩、 导墙、坝顶建筑物
……
例如：一座典型重 力坝的总体布置平 面图和坝段横剖面 图。它包括左、右 岸非溢流的挡水坝 段和河床中部的溢 流坝段。左岸挡水 坝段还布置了坝后 式水电站及坝内输 水管道。
(4) 坝基面积大，扬压力的影响大 扬压力的作用会抵消部分坝体重量的有效压力，对坝的稳定和应力
情况不利，故需采取各种有效的防渗排水措施，以削减扬压力，节省工 程量。 防渗：帷幕 排水：排水孔幕（一排或多排）
(5) 剖面尺寸大，内部压应力小，材料强度不能充分发挥
材料的强度不能充分发挥。以高度50m的重力坝为例，其坝内最大压应 力只有1.4MPa左右，且仅发生在坝趾局部地区，所以坝体大部分区域可 适当采用标号较低的混凝土，以降低工程造价 C10混凝土的抗压强度是9.8MPa
(2)宽缝重力坝—slotted gravity dam
优：扬压力小，工程量小，便于坝内检查 缺：施工复杂，模板用量大 (3) 空腹重力坝—laced gravity dam 优：进一步降低扬压力，内部可设厂房 缺：施工复杂，腹孔附近存在一定的拉应力，需钢筋
(4) 预应力重力坝
增加上游部分的压应力，提高抗滑稳定性，减小剖面。小型工程或加固工程
§2-1 概述
一、重力坝的工作原理
①利用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 ②利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生 的拉应力
坝：站住 ~ 稳定、强度 水：蓄住 ~ 防渗
二、重力坝的特点
①断面尺寸大，抵抗渗漏、漫顶破坏的能力强， 在各种坝型中失事率最低 ②对地形地质条件适应性强 ③泄流问题容易解决 ④施工导流容易解决 ⑤体积大便于机械化施工 ⑥结构作用明确 ⑦由于体积大，材料强度不能充分利用 ⑧底部扬压力大，对稳定不利 ⑨由于体积大，水化热不易散发，温控要求高
（1）筑坝材料抗冲能力强、泄流问题容易解决
施工期可以利用较低的坝块或底孔导流。坝体断面形态适于在坝 顶布置溢洪道和坝身设置泄水孔，一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪 隧洞。在坝址河谷狭窄而洪水流量大的情况下，可以较好地适应这种 自然条件，如：三峡、新安江、三门峡、潘家口等
(2) 结构简单，施工容易，有利于机械化施工 重力坝结构简单，施工技术比较容易掌握，在放样、立模和混
自1860年至1959年，世界上修建高度在30m以上的重力坝始终占建坝总数 的50％左右。从20世纪60年代开始，由于土石坝设计理论和施工机械的 发展及地质条件的限制，国外修建重力坝的数量比例减少，但在技术上 却继续进展。如：
瑞士修建了目前世界上最高的大狄克逊(Grand Dixence)重力坝，坝高达 285m，并发展了分期加高的筑坝技术
重力坝的缺点
材料强度未 能充分发挥
大体积砼 易形成裂缝
三、重力坝的型式
按是否过流分 按建筑材料分
按内部结构分
非溢流重力坝 溢流重力坝 混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 浆砌石重力坝 实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝
溢流坝前缘
按内部结构分
(1) 实体重力坝—solid gravity dam
优：设计施工方便，结构简单，应力分布明确 缺：内部应力小，材料浪费，坝基扬压力大
笫二章 岩基上的重Leabharlann Baidu坝 (CHAPTER 2 GRAVITY DAM ON ROCK FOUNDATION)
发展历史
重力坝主要依靠自重维持稳定，是一种古老而应用广泛的坝型。 19世纪以前，基本上采用毛石砌体筑坝 19世纪后期，由于新材料出现，逐渐采用混凝土筑坝。在筑坝实践和科 学试验的基础上，设计理论也不断提高 20世纪以来，由于混凝土工艺和施工机械的迅速发展，逐渐形成现代重 力坝，特点是采用有效的防渗排水措施减小扬压力，在施工中采用分缝、 灌浆和温度控制技术，可以修建高坝。特别是1930年代以后，高重力坝 日益增多，混凝土浇筑工艺日臻完善，出现了一些新坝型。
意大利修建了阿尔卑吉拉(Alpa Gera)坝，应用低热水泥，取消分块浇筑， 采用自卸卡车入仓卸料，推土机平仓，连续通仓浇筑，振动刀片切成伸 缩缝等施工新工艺
罗马尼亚建成了127m高的山泉(Izvroul Muntetui)坝，发展一种分层错接、 斜缝不灌浆的混凝土施工方法
上世纪70年代以来，由于碾压混凝土筑坝技术的发展，进一步降低了重 力坝的造价和缩短施工工期，提高了重力坝在坝型选择中的竞争力，促 进了重力坝的发展
20世纪50年代以来，随着水利水电事业蓬勃发展，重力坝也大量兴建。通 过建坝实践和研究，在坝体结构型式、建筑材料、枢纽布置、泄洪消能、 地基处理、施工技术和设计理论等方面都有较大的发展。据统计，1949～ 1985年建成坝高30m以上的重力坝有58座，占混凝土坝总数的51％。 已建成的有：坝高为147m的刘家峡实体重力坝，坝高为105m的新安江宽缝 重力坝，坝高为165m的乌江渡拱形重力坝，坝高为107.5m的潘家口宽缝重 力坝以及坝高为90.5m的牛路岭空腹重力坝等。目前三峡大坝是混凝土实体 重力坝，最大坝高175m，龙滩碾压混凝土重力坝，坝高192m。 此外，根据实际情况，建造了高度在15m以上的浆砌石重力坝达300余座， 最大坝高达101.5m。
(6) 体积大，水泥用量大，水化热高，散热差
水泥用量多，混凝土凝固时水化热高，散热条件差，且各部浇筑顺序 有先有后，因而同一时间内冷热不均，热胀冷缩，相互制约，往往容 易形成裂缝，从而削弱坝体的整体性，所以混凝土重力坝施工期需有 严格的温度控制和散热措施。
重力坝与其他坝型相比较，有以下缺点：
受扬压力 影响大
五、重力坝设计的主要内容
1、总体布置
坝轴线
组成建筑物的位置
2、剖面设计
3、稳定分析
4、应力分析
5、构造设计
6、地基处理
7、溢流坝或泄水孔设计
8、监测设计