1 中山建斌职业技校水工建筑物教案：第二章 重力坝08
一．重力坝对地基的要求
坝区天然基岩，不同程度地存在风化、节理、裂隙，甚至断层、破碎带和软弱夹层等缺陷，对这些不利的地质条件必须采取适当的处理措施。处理后的地基应满足下列要求：①应具有足够的抗压和抗剪强度，以承受坝体的压力；②应具有良好的整体性和均匀性，以满足坝基的抗滑稳定要求和减少不均匀沉降；③应具有足够的抗渗性和耐久性，以满足渗透稳定的要求和防止渗水作用下岩体变质恶化。统计资料表明：重力坝的失事有40%是因为地基问题造成的。地基处理对重力坝的经济、安全至关重要，要与工程的规模和坝体的高度相适应。
二．坝基的开挖与清理
坝基开挖与清理的最终目的是将坝体座落在坚固、稳定的地基上。开挖的深度根据坝基应力、岩石强度、完整性、工期、费用、上部结构对地基的要求等综合研究确定。高坝需建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上；中坝可建在微风化至弱风化中部的基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部~上部的基岩上。同一工程中的两岸较高部位对岩基要求可适当放宽。
坝段的基础面上、下游高差不宜过大，并开挖成略向上游倾斜的锯齿状。若基础面高差过大或向下游倾斜时，应开挖成带钝角的大台阶状。两岸岸坡坝段基岩面，尽量开挖成有足够宽度的台阶状，以确保坝体的侧向稳定，对于靠近坝基面的缓倾角、软弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶蚀面等局部地程地质缺陷应予以挖除。开挖至距利用基岩面0.5～1.0m时，应采用手风钻钻孔，小药量爆破，以免破坏基础岩体，遇到风化的页岩、粘土岩时，应留有0.2～0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除。
坝基开挖后，在浇混凝土前，要进行彻底、认真的清理和冲洗：清除松动的岩块、打掉凸出的尖角，封堵原有勘探钻洞、探井、探洞，清洗表面尘土、石粉等。
三．坝基的加固处理
坝基加固的目的：①提高基岩的整体性和弹性模量；②减少基岩受力后的不均匀变形；③提高基岩的抗压、抗剪强度；④降低坝基的渗透性。
天津大学建工学院水利水电工程系 水工建筑物 授课教案
章节名称 第三章 重力坝 教学日期
授课教师姓名 张社荣 职称 教授 授课时数 14学时
本章的教学目的与要求
重力坝一章的教学是《水工建筑物》这门课程的入门章节，通过这章的学习，教师要将水工建筑物
的设计方法、设计过程、设计原理和具体计算、绘图等内容系统的讲解清楚。
设计方法上要掌握极限状态设计方法；计算方法上要掌握材料力学方法、刚体极限平衡方法。
设计过程上要掌握从剖面拟定、作用施加、过坝水流处理、基础处理和细部构造等。
设计原理上要掌握强度和稳定是如何提出问题和解决问题的；掌握重力坝水电枢纽中“水”从拦蓄
到宣泄的能量转换原理。
授课主要内容及学时分配
重力坝的工作特点；重力坝上的主要荷载计算方法以及荷载组合；岩基上重力坝的稳定分析；强
度校核（应力计算）；剖面设计；溢流重力坝的泄水方式及特点；下游消能与水面衔接；地基处理；构
造要求。
重力坝的发展；轻型坝简介；碾压混凝土坝、砌石坝等。
重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）
重点是设计方法、设计原理和设计过程；开始掌握国内外的设计标准、规范。
难点是如何将已经学过的知识和原理系统的运用的重力坝的设计过程中。
对学生的基本要求：(1)非溢流重力坝的荷载计算、剖面拟定、抗滑稳定验算及坝体应力的计算；
(2)溢流重力坝的水力计算、剖面拟定；(3)重力坝的主要构造尺寸拟定能力；(4)重力坝的地基处理能
力；(5)从新方法、新技术、新材料等方面看重力坝建设的发展方向。
思考题和作业
（1） 重力坝的工作特点是什么？重力坝的优缺点？（2）重力坝的设计内容？基本剖面历史变
革？（3）筑坝材料变革的历史和基础？（4）抗滑稳定的计算方法类型？计算方法比较。提高坝体抗
滑稳定的工程措施。（5）重力坝失稳破坏的机理？目前设计中计算方法的缺陷？（6）重力坝应力分析
的方法？扬压力存在的影响？（7）重力坝施工和运行期温度应力的计算方法？温度裂缝的类型和温度
1 中山建斌职业技校水工建筑物教案：第二章 重力坝03
二、重力坝的荷载和作用及其组合
1.荷载的作用
① 永久作用 包括：坝体自重和永久性设备自重；淤沙压力（有排沙设施时可列为可变作用）；土压力。
② 可变作用 包括：静水压力；扬压力（包括渗透压力和浮托力）；动水压力（包括水流离心力，水流冲击力，脉动压力等）；浪压力；冰压力（包括静冰压力和动冰压力）；风雪荷载；⑦机动荷载。
③ 偶然作用 包括：地震作用；校核洪水位时的静水压力。
2.荷载的组合
按承载能力极限状态设计时，混凝土重力坝应考虑基本组合和偶然组合两种作用效应组合。按正常使用极限状态设计时，混凝土重力坝应考虑短期组合和长期组合两种作用效应组合。
在设计混凝土重力坝坝体剖面时，应按照承载能力极限状态计算基本组合和偶然组合。
① 荷载作用的基本组合。
荷载作用的基本组合包括下列作用：
⑴坝体（建筑物）的自重（包括永久性机械设备、闸门、起重设备及其他结构自重）
⑵以发电为主的水库，上游用正常蓄水位，下游按照运用要求泄放最小流量时的水位，且防渗及排水设施正常工作时的水作用Ａ．大坝上、下游面的静水压力；Ｂ．扬压力。
⑶大坝上游淤沙压力。
⑷大坝上下游侧向土压力。
⑸浪压力：Ａ、取５０年一遇风速引起的浪压力。Ｂ、多年平均最大风速引起的浪压力。
⑹冰压力：取正常蓄水位时的冰作用。
⑺其他出现机会较多的作用。
②荷载作用的偶然组合
荷载作用的偶然组合包括下列作用：
⑻当水库泄放校核洪水（偶然状况）流量时，上下游水位的作用，且防渗排水正常工作时的水作用：①坝上下游面的静水压力②扬压力③相应泄洪时的动水压力。
2 ⑼地震力。一般取正常蓄水情况时相应的上、下游水深。
⑽其他出现机会很少的作用。
3.荷载作用分项系数
根据荷载作用的特点，有不同的分项系数。
总结：本节讲述了坝体自重、静水压力、动水压力、淤沙压力、浪压力、扬压力、冰压力、地震作用、其它荷载的作用、计算及其组合；重点讲述了坝体自重、静水压力、淤沙压力、浪压力、扬压力计算。
水工建筑物——重力坝
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，是世界坝工史上最古老、也是采用最多的坝型之一。
混凝土重力坝示意图
世界上最高的重力坝是瑞士的大狄克逊（Grand Dixence）整体式重力坝（1962年建成），坝高285m。我国已建的重力坝有刘家峡（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。三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175m和216.5m。
早在公元前2900年，埃及人就已经开始在尼罗河上修建浆砌石重力坝。到19世纪，水泥问世后才出现了混凝土重力坝。20世纪60年代后，由于施工技术的发展和机械化水平的提高，重力坝的坝高、坝型、结构、施工方法
等均产生了很大的变化。
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因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
重力坝的优点
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。
