任务1.1 重力坝认知
单元任务目标：认知重力坝特点、类型及适用条件。
任务执行过程引导：了解重力坝特点、类型及适用条件。
过程评价：考勤、提问、课后作业及分组设计。
重力坝是世界坝工史上最古老，也是采用最多的坝型之一，如图1.1所示。
图1.1 混凝土重力坝示意图
世界上最高的重力坝是瑞士（1962年建成）的大狄克逊（Grand Dixence）整体式重力坝，坝高284m。我国已建的重力坝有龙滩（216.5m）、三峡（185 m）、刘家峡（148 m）、新安江（105 m）、三门峡（106 m）、丹江口（110 m）等，高坝有20多座。
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。
1.1.1 重力坝的工作原理及特点
1.1.1.1 重力坝的工作原理
重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的摩擦力以及坝与地基之间的黏聚力来满足稳定要求。
1.1.1.2 重力坝的工作特点
1.优点
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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
（1）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。
（2）坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。
（3）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。
1.1.2 重力坝的分类
（1）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30～70m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。
（2）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，非溢流坝段也称挡水坝段。
（3）按筑坝材料分类。有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
（4）按坝体结构型式分类。有实体重力坝、宽缝重力坝、空腹（腹孔）重力坝、预应力锚固重力坝、装配式重力坝和支墩坝（大头坝、连拱坝、平板坝），如图1.2所示。
（5）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。
图1.2 重力坝的形式
（a）实体重力坝；（b）宽缝重力坝；（c）空腹重力坝；（d）预应力锚固重力坝
1.1.3 重力坝的布置
重力坝通常由溢流坝段、非溢流坝段和两者之间的连接边墩、导墙等组成，如图1.3所示，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。坝轴线一般采用直线，必要时也可布置成折线或曲线。溢流坝段通常布置在中部对准原河道主流位置，两端用非溢流坝段与岸坡相接，溢流坝段与非溢流坝段之间用边墩、导墙隔开。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、地质及运用条件有显著差别时，可按不同情况分别采用不同的下游坝坡，使各坝段均达安全和经济的目的。
图1.3 重力坝的布置
（a）平面布置；（b）溢流坝剖面；（c）非溢流坝剖面
1.1.4 重力坝设计内容
重力坝设计包括以下主要内容：
（1）剖面设计。可参照已建类似工程，拟定剖面尺寸。
（2）稳定分析。验算坝体沿地基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度。
（3）应力分析。使应力条件满足设计要求，保证坝体和坝基有足够的强度。
（4）构造设计。根据施工和运用要求确定坝体的细部构造，如廊道系统、排水系统、坝体分缝等。
（5）地基处理。根据地质条件和受力情况，进行地基的防渗、排水、断层处理等。
（6）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计。包括堰顶高程、孔口尺寸、体形及消能、防护设计等。
（7）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。