任務1.1 重力壩認知

單元任務目標：認知重力壩特點、類型及適用條件。

任務執行過程引導：了解重力壩特點、類型及適用條件。

過程評價：考勤、提問、課后作業及分組設計。

重力壩是世界壩工史上最古老，也是采用最多的壩型之一，如圖1.1所示。

世界上最高的重力壩是瑞士（1962年建成）的大狄克遜（Grand Dixence）整體式重力壩，壩高284m。我國已建的重力壩有龍灘（216.5m）、三峽（185 m）、劉家峽（148 m）、新安江（105 m）、三門峽（106 m）、丹江口（110 m）等，高壩有20多座。

重力壩壩軸線一般為直線，垂直壩軸線方向設橫縫，將壩體分成若干個獨立工作的壩段，以免因壩基發生不均勻沉陷和溫度變化而引起壩體開裂。為了防止漏水，在縫內設多道止水。垂直壩軸線的橫剖面基本上是呈三角形的，結構受力形式為固接于壩基上的懸臂梁。壩基要求布置防滲排水設施。

1.1.1 重力壩的工作原理及特點

1.1.1.1 重力壩的工作原理

重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產生的摩擦力以及壩與地基之間的黏聚力來滿足穩定要求。

1.1.1.2 重力壩的工作特點

1.優點

（1）工作安全，運行可靠。重力壩剖面尺寸大，壩內應力較小，筑壩材料強度較高，耐久性好。因此，抵抗洪水漫頂、滲漏、侵蝕、地震和戰爭等破壞的能力都比較強。據統計，在各種壩型中，重力壩失事率相對較低。

（2）對地形、地質條件適應性強。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。對地質條件要求相對較低，一般修建在巖基上，當壩高不大時，也可修建在土基上。

（3）泄洪方便，導流容易。可采用壩頂溢流，也可在壩內設泄水孔，不需設置溢洪道和泄水隧洞，樞紐布置緊湊。在施工期可以利用壩體導流，不需另設導流隧洞。

（4）施工方便，維護簡單。大體積混凝土，可以采用機械化施工，在放樣、立模和混凝土澆筑等環節都比較方便。在后期維護、擴建、補強、修復等方面也比較簡單。

（5）受力明確，結構簡單。重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨立工作，結構簡單，受力明確，穩定和應力計算都比較簡單。

2.缺點

（1）壩體剖面尺寸大，材料用量多，材料的強度不能得到充分發揮。

（2）壩體與壩基接觸面積大，壩底揚壓力大，對壩體穩定不利。

（3）壩體體積大，混凝土在凝結過程中產生大量水化熱和硬化收縮，將引起不利的溫度應力和收縮應力。因此，在澆筑混凝土時，需要有較嚴格的溫度控制措施。

1.1.2 重力壩的分類

（1）按壩的高度分類。壩高低于30m的為低壩，高于70m的為高壩，介于30～70m的為中壩。壩高是指壩基最低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至壩頂路面的高度。

（2）按泄水條件分類。有溢流重力壩和非溢流重力壩。溢流壩段和壩內設有泄水孔的壩段統稱為泄水壩段，非溢流壩段也稱擋水壩段。

（3）按筑壩材料分類。有混凝土重力壩和漿砌石重力壩。

（4）按壩體結構型式分類。有實體重力壩、寬縫重力壩、空腹（腹孔）重力壩、預應力錨固重力壩、裝配式重力壩和支墩壩（大頭壩、連拱壩、平板壩），如圖1.2所示。

（5）按施工方法分類。有澆筑混凝土重力壩和碾壓混凝土重力壩。碾壓混凝土重力壩剖面與實體重力壩剖面類似。

1.1.3 重力壩的布置

重力壩通常由溢流壩段、非溢流壩段和兩者之間的連接邊墩、導墻等組成，如圖1.3所示，布置時須根據地形、地質條件結合樞紐其他建筑物綜合考慮。壩軸線一般采用直線，必要時也可布置成折線或曲線。溢流壩段通常布置在中部對準原河道主流位置，兩端用非溢流壩段與岸坡相接，溢流壩段與非溢流壩段之間用邊墩、導墻隔開。各個壩段的外形應盡量協調一致，上游壩面保持平整，當地形、地質及運用條件有顯著差別時，可按不同情況分別采用不同的下游壩坡，使各壩段均達安全和經濟的目的。

1.1.4 重力壩設計內容

重力壩設計包括以下主要內容：

（1）剖面設計。可參照已建類似工程，擬定剖面尺寸。

（2）穩定分析。驗算壩體沿地基面或地基中軟弱結構面抗滑穩定的安全度。

（3）應力分析。使應力條件滿足設計要求，保證壩體和壩基有足夠的強度。

（4）構造設計。根據施工和運用要求確定壩體的細部構造，如廊道系統、排水系統、壩體分縫等。

（5）地基處理。根據地質條件和受力情況，進行地基的防滲、排水、斷層處理等。

（6）溢流重力壩和泄水孔的孔口設計。包括堰頂高程、孔口尺寸、體形及消能、防護設計等。

（7）監測設計。包括壩體內部和外部的觀測設計，制定大壩的運行、維護和監測條例。