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重力坝

主要依靠自身重量抗拒水的推力,以维持稳定的坝。坝体剖面接近三角形,通常用混凝土或浆砌块石修建。早先的重力坝是用石料建成的。按工程力学原理设计和建造重力坝,实际上是在19世纪以后。1850~1860年法国工程师提出了重力坝设计中应力和抗滑稳定的设计准则,19世纪末将材料力学法运用于重力坝应力分析,并开始用弹性理论法分析重力坝的应力分布。

主要依靠自身重量抗拒水的推力,以维持稳定的坝。坝体剖面接近三角形,通常用混凝土或浆砌块石修建。

早先的重力坝是用石料建成的。按工程力学原理设计和建造重力坝,实际上是在19世纪以后。1850~1860年法国工程师提出了重力坝设计中应力和抗滑稳定的设计准则,19世纪末将材料力学法运用于重力坝应力分析,并开始用弹性理论法分析重力坝的应力分布。1898年法国布泽坝的失事,使人们明确重力坝的一种重要和隐蔽的荷载——扬压力的存在。进入20世纪后,特别是30年代以后,高重力坝日益增多,混凝土浇筑工艺日趋完善,同时也出现了不少新坝型。60年代以来,应用有限元法分析坝体和坝基的应力得到迅速发展,在坝基处理方面也采取了一些措施,由于土石坝随着施工机械的大量使用而迅猛发展,70年代以来,有些重力坝也开始采用干硬性混凝土通仓浇注,振动碾碾压施工的新工艺。在运用各种超声波、电测等现代仪表观测重力坝的变形和应力等方面也有很大发展。瑞士于1962年建成的大狄克逊(Grand Dixence)坝,坝高285米,是目前最高的重力坝。中国最高的重力坝是1979年建成的乌江渡拱形重力坝,坝高165米。

图1 重力坝类型

重力坝坝体结构型式 重力坝,按坝体结构型式分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝等(图1);按泄水条件分为溢流重力坝和非溢流重力坝。重力坝在平面上通常布置成直线形,也有根据地质地形需要布置成稍带转折的或稍带拱形的,后者称为拱形重力坝。重力坝结构简单,便于坝体泄水、取水及放水,施工导流方便,对坝区的地形、地质条件的适应性较其它型式的混凝土及钢筋混凝土坝为强。较低的重力坝也可修建在非岩基上。但重力坝坝体内部应力较小,不能充分利用材料强度;作用在坝底面上的扬压力较大,要求的坝体积也相应增大了;大体积混凝土散热困难,如温度控制不当,容易引起坝身裂缝。因而在重力坝设计中,应注意改进结构型式,尽可能减少工程量;施工中应注意改善混凝土施工工艺,尽可能加快速度,降低造价。

重力坝的荷载 重力坝承受的荷载有自重、静水压力、扬压力淤沙压力浪压力土压力冰压力动水压力以及地震荷载等。在设计重力坝时,应按规范要求,保证在设计和校核的荷载组合下,坝体和坝基有足够的安全度,满足稳定和应力要求。对地基处理,应予以充分重视,对于大、中型工程,除分析计算外,还应进行水工模型和结构模型试验。重力坝的设计计算和试验,见重力坝应力分析、重力坝抗滑稳定、结构模型试验地力学模型试验

重力坝的坝体分缝 重力坝通常设置永久性横缝作为温度缝和沉陷缝,将坝体分为若干独立的坝段(见坝体分缝),但有时也可将横缝封堵,较多的是将边坡坝段的横缝封堵,使几个坝段结合成整体,以便发挥空间结构的作用。为了防渗和降低扬压力,在坝体内设置止水、排水系统,在坝基设置灌浆帷幕和排水系统。根据排水、灌浆、观测、交通和检查等的需要,在坝内设置廊道系统(见图2)。

图2 混凝土重力坝示意图