水工建筑物——重力坝及其概预算.pdf

水利水电工程概论

详谈挡水建筑物——重力坝

水工建筑物是控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物，是实

现各项水利工程目标的重要组成部分。其分类包括：通用性水工建筑物，有：①

挡水建筑物；②泄水建筑物；③进水建筑物；④输水建筑物，；⑤河道整治建筑

物。专门性水工建筑物，有：①水电站建筑物；②渠系建筑物；③港口水工建筑

物；④过坝设施。挡水建筑物作为水工建筑物中的重要部分之一，其功能自然不

容小觑。那么什么是挡水建筑物呢？挡水建筑物就是拦截江河、渠道等水流以壅

高水位，以及为防御洪水而沿河湖、海岸修建的水工建筑物，其主要借自重或结

构作用以抵御水及其他外荷载。

常见的挡水建筑物有坝、水闸、堤、海塘等，拦河修建的船闸和河床式水电

站等,除为专用建筑物外,也可视为挡水建筑物。有些挡水建筑物，既有挡水作用,

同时又具有其他功能,如水闸及设有泄水孔或溢流孔的坝同时具有挡水及泄水的

功能。

挡水建筑物在水利工程中可谓是重中之重，地位非凡，而纵观中外水

利工程实例可知重力坝使用颇为广泛。

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。其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。

重力坝的断面基本呈三角形，筑坝材料为混凝土或浆砌石。据统计,在

各国修建的大坝中,重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重。在中国的坝

工建设中,混凝土重力坝也占有较大的比重,在20座高100m以上的高坝中，

混凝土重力坝就有10座。

重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：

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，任何形状河谷都能修建重

力坝，对地基条件要求相对地说不太高；

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。

当然，重力坝也有其缺点：

①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

②坝体体积大，耗用水泥多；

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。

重力坝是最早出现的一种坝型，具有悠久的历史。公元前2900年埃及

美尼斯王朝在首都孟斐斯城附近的尼罗河上，建造了一座高15m、长240m

的挡水坝。中国于公元前3世纪，在连通长江与珠江流域的灵渠工程上，

修建了一座高5m的砌石溢流坝，迄今已运行2000多年，是世界上现存的，

使用历史最久的一座重力坝。18世纪，在法国和西班牙用浆砌石修建了早

期的重力坝，横断面都很大，接近于梯形。1853年以后，在筑坝实践中，

设计理论逐步发展，出现了以三角形断面为基础的重力坝断面。20世纪初，

由于混凝土工艺和施工机械的迅速发展，在美国建造了阿罗罗克坝和象山

坝等第一批混凝土重力坝，自修建了高183m的沙斯塔坝和高168m的大古

力坝以后，重力坝的设计理论和施工技术有了一个飞跃。在应力计算方面，

提出了重力法和弹性理论法;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，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285m；在印度修建了高226m的巴克拉

坝和高192m的拉克华坝；在美国修建了高219m的德沃夏克坝。苏联在寒

冷地区多修建混凝土重力坝，如高215m的托克托古尔坝；在中国，60年代

初建成高106m的三门峡重力坝和高105m的新安江宽缝重力坝；70年代建

成了高147m的刘家峡重力坝和高90.5m的牛路岭空腹重力坝。80年代又

建成了高165m的乌江渡拱形重力坝。

工作原理

重力坝的工作原理是，在水压力及其它荷载作用下必需满足：

A、稳定要求：主要依靠坝体自重在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前

水压力来满足。

B、强度要求：依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来