任务1.1 重力坝概述
重力坝是世界上最古老，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285m。我国已建的重力坝有三峡（185m，坝高，下同）、刘家峡（148m）、新安江（105m）、三门峡（106m）、丹江口（110m）、潘家口（107.5m）（图1.2）、丰满（108m）（图1.3）等，其中高坝有20余座。
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的坝体开裂。为了防止漏水，在缝内设有多道止水。
图1.2 潘家口混凝土宽缝重力坝
图1.3 丰满水库混凝土重力坝
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抗滑力来满足稳定要求。
1.1.1.2 重力坝的工作特点
1.优点
(1)安全可靠。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、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。因为坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力坝。
(3)枢纽泄洪问题容易解决。重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内不同高程设置泄水孔，一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
(4)便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。
(5)施工方便。大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都比较简单，并且补强、修复、维护也比较方便。
(6)结构作用明确。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。
2.缺点
(1)坝体应力较低，材料强度不能充分发挥作用。
(2)坝体与地基接触面积大，对坝底稳定不利的扬压力相应大。
(3)坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生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，坝高30～70m的为中坝。
(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，非溢流坝段也叫挡水坝段。
(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、支墩坝（平板坝、连拱坝、大头坝）。重力坝和支墩坝的型式如图1.4和图1.5所示。
图1.4 重力坝的型式
图1.5 支墩坝的型式
1.1.3 重力坝的布置
重力坝通常由溢流坝段、非溢流坝段和二者之间的连接边墩、导墙等组成（图1.6），布置时需根据地形、地质条件结合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，可按不同情况分别用不同的下游坝坡，使各坝段均达到安全和经济的目的。
图1.6 重力坝的布置
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。初步参照已建类似工程，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、体型及消能、防护设计等。
(7)监测设计。包括坝体内部和外部的监测设计，以及制定大坝的运行、维护和监测条例。