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混凝土重力坝

/concrete gravity dam/
条目作者魏永晖 刘有志

魏永晖 刘有志

最后更新 2023-04-19
浏览 426
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在水荷载及其他外荷载作用下主要由自重来维持稳定的一种混凝土坝

英文名称
concrete gravity dam
所属学科
水利工程

混凝土重力坝基本剖面是直角三角形,整体由若干坝段组成。

混凝土重力坝是现代筑坝技术中较早出现的坝型之一。1850年以前所建的重力坝,都是干砌石或浆砌石,体积大,断面形状不尽合理,对地基处理也不够重视;19世纪后期才开始用混凝土筑坝。混凝土重力坝的设计理论是从17世纪开始孕育的,到20世纪30年代以后,美国修建了高183米的沙斯塔坝和高168米的大古力坝,混凝土重力坝的设计理论和施工技术有了一个飞跃,逐步形成了现代重力坝设计理论和全套施工技术。在应力计算方面,提出了重力法和弹性理论法,包括考虑空间影响的试荷载法;在构造方面,建立了完整的分缝、排水和廊道系统,以及温度、变形、应力等观测系统;在施工方面,机械化程度有了显著增长,发展了柱状浇筑法和混凝土散热冷却以及纵缝灌浆等一整套施工工艺。1950年以后,混凝土重力坝继续得到发展,在瑞士修建了当今世界上最高的重力坝——大迪克桑斯坝,坝高285米。在印度修建了高226米的巴克拉坝和高192米的拉克华坝。在美国修建了高219米的德沃夏克坝。苏联在寒冷地区多修建混凝土重力坝,如高215米的托克托古尔坝。在中国,60年代初建成高106米的三门峡水库重力坝和高105米的新安江水库宽缝重力坝;70年代建成了高147米的刘家峡水电站重力坝和高95.3米的枫树水库空腹重力坝(此类型重力坝已较少采用);80年代又建成了高165米的乌江渡水电站拱形重力坝;90年代建成了高度均为132米的漫湾水电站和宝珠寺水电站混凝土重力坝;1994年开始修建并在2002年建成了181米的三峡工程大坝(图1),是中国最高的混凝土重力坝。60年代后,碾压混凝土坝出现,中国也建成了许多碾压混凝土重力坝

图1 三峡大坝图1 三峡大坝

混凝土重力坝按其结构形式分为:实体重力坝(图2)、宽缝重力坝、空腹重力坝;按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种。实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类:①悬臂式重力坝。横缝不设键槽,不灌浆。②铰接式重力坝。横缝设键槽,但不灌浆。③整体式重力坝。横缝设键槽,并进行灌浆。

图2 典型重力坝断面设计      图2 典型重力坝断面设计      

在修建的大坝中,混凝土重力坝占有比较大的比重,重力坝之所以得到广泛的采用,是由于以下优点:①相对安全可靠,耐久性好,抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强。②设计、施工技术简单,易于机械化施工。③对不同的地形和地质条件适应性强,对河谷形状要求不太高,对地基条件要求相对也不太高。④在坝体中可布置引水、泄水孔口,解决发电、泄洪和施工导流等问题。混凝土重力坝的缺点:①坝体应力较低,材料强度不能充分发挥。②坝体体积大,水泥用量大。③施工期混凝土温度应力和收缩应力大,对温度控制要求高。

混凝土重力坝设计要点主要有:①坝址与轴线选择。混凝土重力坝的坝址选择应综合地形地质、水文气象、建筑材料和施工工期等条件综合确定,轴线一般采用直线,但有时由于地形、地质条件的限制,采用折线或曲线。②坝体断面的拟定。坝顶在最高洪水位上要留有一定的安全超高。坝顶宽度视运用和交通的需要而定。坝的上游重力坝面通常做成铅直面,或略向上游倾斜,一般坡度n为0~0.2;坝的下游面通常为均一的坡度,一般坡度m0.6~0.8。坝底宽一般为坝高的7/10~9/10。坝体断面需根据稳定和应力要求进行优化设计,求出坝体混凝土方量为最小的优化设计断面,并考虑布置和运行需要,做某些修正。③溢流坝和泄水孔的布置。④稳定与应力分析。应根据大坝运行荷载确定。混凝土重力坝一般要考虑的基本荷载包括:坝体及其上固定设备的自重、正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力、相应于正常蓄水位时的静水压力、相应于设计洪水位时的动水压力、相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力、冰压力、土压力、泥沙压力和其他出现概率多的荷载。要考虑的特殊荷载包括:校核洪水位时的静水压力、扬压力、浪压力、动水压力、地震荷载和其他出现概率很少的荷载。

  • 张光斗,王光伦.水工建筑物.北京:水利电力出版社,1992.
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  • 赵纯厚,朱振宏,周瑞庄.世界江河与大坝.北京:中国水利水电出版社,2000.
  • 贾金生.中国大坝建设60年.北京:中国水利水电出版社,2013.

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