第二章 重力坝
第一节 概述
引言：
重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定要求的挡水建筑物。在世界坝工史上是最古老，也是采用最多的坝型之一。非溢流坝剖面形式、尺寸的确定，将影响到荷载的计算、稳定和应力分析，因此，非溢流坝剖面的设计以及其它相关结构的布置，是重力坝设计的关键步骤。
本节主要介绍：重力坝的特点、重力坝的分类、非溢流坝剖面设计的基本原则、基本剖面及实用剖面
图示讲解：
混凝土重力坝示意图
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世界上最高的重力坝
我国已建的重力坝：刘家峡148m，新安江105m，三门峡106m，丹江口110m，丰满、潘家口等，其中，高坝有20余座。其中三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175米和216.5米。
重力坝坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设横缝，将坝体分成若干个独立工作的坝段，以免因坝基发生不均匀沉陷和温度变化而引起坝体开裂。为了防止漏水，在缝内设多道止水。垂直坝轴线的横剖面基本上是呈三角形的，结构受力形式为固接于坝基上的悬臂梁。坝基要求布置防渗排水设施。
一、重力坝的特点
1.优点：
● 工作安全，运行可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。
● 对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。
● 泄洪方便，导流容易。可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。
● 施工方便，维护简单。大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。
● 受力明确，结构简单。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。
2.缺点：
● 坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。
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● 坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。 ● 坝体体积大，混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。因此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。
二．重力坝的分类
● 按坝的高度分类。坝高低于30m的为低坝，高于70m的为高坝，介于30m~70m之间的为中坝。坝高是指坝基最低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至坝顶路面的高度。
● 按泄水条件分类。有溢流重力坝和非溢流重力坝。溢流坝段和坝内设有泄水孔的坝段统称为泄水坝段，非溢流坝段也叫挡水坝段。
● 按筑坝材料分类。有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
● 按坝体结构型式分类。实体重力坝；宽缝重力坝；空腹（腹孔）重力坝；预应力锚固重力坝；装配式重力坝；支墩坝（大头坝、连拱坝、平板坝）。
● 按施工方法分类。有浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。碾压混凝土重力坝剖面与实体重力坝剖面类似。
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第二节 非溢流坝的剖面设计
一．剖面设计的基本原则
1.基本原则
●满足稳定和强度要求，保证大坝安全； ●工程量小，造价低； ●结构合理，运用方便； ●利于施工，方便维修。 2.剖面拟定的步骤 ●拟定基本剖面；
●根据运用以及其它要求，将基本剖面修改成实用剖面； ●对实用剖面进行应力分析和稳定验算，
●按规范要求，经过几次反复修正和计算后，得到合理的设计剖面。二．重力坝的基本剖面
图示讲解：
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重力坝的基本剖面
重力坝的基本剖面：重力坝承受的主要荷载是静水压力，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。作用于上游面的水平水压力呈三角形分布，而且三角形剖面外形简单，底面和基础接触面积大，稳定性好，重力坝的基本剖面是上游近于垂直的三角形。
理论分析和工程实践证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定性；上游坝坡系数常采用n=0~0.2，下游坝坡系数常采用m=0.6~0.8，坝底宽约为B=（0.7~0.9）H（H为坝高或最大挡水深度），基本剖面的拟定，采用工程类比法，确定具体尺寸，简便合理，成功率高。
三．非溢流重力坝的实用剖面
基本剖面拟定后，要进一步根据作用在坝体上的全部荷载以及运用条件，考虑坝顶交通、设备和防浪墙布置、施工和检修等综合需要，把基本剖面修改成实用剖面。
1.坝顶宽度
为了满足运用、施工和交通的需要，坝顶必须有一定的宽度。当有交通要求时，应按交通要求布置。一般情况坝顶宽度可采用坝高的8~10%，且不小于3m。碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m；当坝顶布置移动式启闭机时，坝
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