论混凝土重力坝整体稳定性分析
作者：唐仁波
来源：《城市建设理论研究》2013年第32期
摘要：文中作者简述混凝土重力坝特点及其优势，简单介绍混凝土重力坝的主要构造，最后就混凝土重力坝地基稳定性问题及方法进行工作研究，对混凝土重力坝坝基稳定性做了较为系统的分析。
关键词：混凝土重力坝；稳定性；抗滑
中图分类号：TU278.39 文章编码：
引言
重力坝因为其结构简单，工作可靠，一直是我国水利水电工程中采用的主要坝型，在水压力作用下它主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定，筑坝材料为混凝土或浆砌石，随着水利水电建设的蓬勃发展，近代大多数水利水电工程多采用混凝土重力坝。碾压混凝土重力坝是将土石坝的的碾压技术和混凝土坝的施工特点结合在一起的新型筑坝技术。我国已建和在建的混凝土坝的数量已居世界首位，坝基稳定是坝体安全最主要的保障。如何在工程实践中提高重力坝的稳定性是目前混凝土重力坝研究的课题之一。
1.混凝土重力坝及其优势
重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。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；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。岩基上的重力坝在水压力作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定。与常用坝型比较，混凝土重力坝具有如下优点：
1.1重力坝设计和建造的经验比较丰富，安全可靠，剖面尺寸大，应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争的能力较强，使用年限较长，养护费用较低；由于坝体作用于地基面上的压应力不高，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；
1.2重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另外设置溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑，泄洪问题容易解决；便于施工导流，在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另开导流隧洞；
1.3大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇捣方面都比较简便；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，应力分析和稳定计算都比较简单；
1.4在严寒地区，与拱坝或支墩坝相比，受到冻害的影响较小。但是由于依靠自身重力维持稳定，所以坝体的体积较大，要消耗大量的水泥；
1.5坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；坝体与地基的接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利；由于坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。
2.混凝土重力坝主要构造
2.1坝顶构造
2.1.1非溢流坝
坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。墙高为1.2m，厚度为40cm，以满足运用安全的要求。坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%，两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶公路两侧设有宽1m的人行道，并高出坝顶路面20cm，坝顶总宽度为10m，下游侧设置栏杆及路灯。
2.1.2溢流坝
溢流坝的上部设有闸门、闸墩、门机、交通桥等机构和设备。
闸门的布置：工作闸门布置在溢流坝的顶稍微偏向下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。采用平面钢闸门，门的尺寸为高×宽=12×10m，工作闸门的上游设有检修闸门，二门之间的净距为2m。
闸墩：闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用流线型。
导水墙：边墩向下游延伸成导水墙，其长度延伸到挑流鼻坎的末端。边墩的高度应高出掺气后水深0.5～1.5m，平直段掺气后水深估算公式为：hb=h（1+ξv/100）。
2.2坝体分缝与止水
2.2.1横缝。垂直于坝轴线布置，缝距为20m，缝宽2cm，内有止水。
2.2.2止水。坝体设有两道止水片和一道防渗沥青井。止水片采用1.0mm厚的紫铜片，第一道止水片距上游坝面1.0m。两道止水片间距为1m，中间设有直径为20cm的沥青井，止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。
2.2.3纵缝。纵缝为临时性缝，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆。纵缝与坝面正交，缝距为20m。
2.2.4水平缝。混凝土浇筑块厚度为4m，纵缝两侧相邻坝块的水平缝错开布置，上下层混凝土浇筑间歇为5d，上层混凝土浇筑前对下层混凝土凿毛，并冲洗干净，铺2cm厚的水泥砂浆。
2.3廊道系统
2.3.1基础廊道。位置：廊道底部距坝基面5m，廊道底部高程为203.8m，上游侧（中心点）距上游坝面10.2m；形状：城门洞形，底宽3m，高3.5m，内部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井。平行于坝轴线方向廊道向两岸沿地形逐渐升高，坡度不大于40°。
2.3.2坝体廊道。自基础廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道，共设3层。底部高程分别为235m，255m，275m形状为城门洞形，其上游侧（中心点）距上游坝面5m，底宽2m，高
3m，左右岸各有一个出口。
2.4坝体防渗与排水
2.4.1坝体防渗。在坝的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一层厚2m具有防渗性能的混凝土作为坝体的防渗设施。
2.4.2坝体排水。距离坝的上游面8m沿坝轴线方向设一排竖向排水管幕。管内径为
20cm，间距为3m，上端通至坝顶，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用无砂混凝土管。
3.重力坝稳定性分析方法
抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时，还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。重力坝可能沿坝基平面滑动，也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。我国修建了大中型重力坝100余座，其中有1/3存在深层滑动问题。
3.1沿坝基面的抗滑稳定分析
（1）沿水平坝基面抗滑稳定（2）沿倾斜坝基面抗滑稳定
假定坝体与坝基的连接有三种物理模式：“触接”、“粘接”、“咬接” 。
