第五节　非溢流重力坝的剖面设计

重力坝剖面设计的原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全运用；②工程量小；③运用方便；④外形简单，便于施工。

为简化分析，通常剖面设计分两步进行，先按重力坝承受的主要荷载和基本设计原则确定一理论剖面称基本剖面，然后再根据全部荷载及设计原则对基本剖面进行修改、调整，从而得到工程中采用的实用剖面。

一、基本剖面

重力坝基本剖面是指坝体在自重、上游水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足强度和稳定条件且工程量最小的剖面。它应该是一个三角形剖面，其顶点与水库最高水位齐平，见图2-23。该剖面应满足：满库时，上游坝踵不出现拉应力，对于完整、坚硬的岩基，f、c值较大时，它往往是运用期的应力控制条件；空库时，不致在下游坝趾处产生拉应力，因三角形剖面的重心偏向上游，这一点常是施工竣工期应力控制条件；当基岩完整性较差、较软弱f、c值较小时，应能保证坝体有足够的稳定性。于是基本剖面应满足的强度和稳定的控制条件为考虑工程量最小条件时，上式均取等号。

将荷载向基本剖面的基底形心简化求得∑W、∑P、∑MO后，应用公式（2-25）、式（2-20）可依次得到满足上述要求的坝底宽度T或边缘应力如下：

空库时，坝基上下游边缘的铅直正应力为

其余符号意义同前。

由式（2-56）可知，欲使σyd≥0，应有λ≥0，即上游坝面铅直或为正坡，不能为倒坡；同时考虑到式（2-55），可知λ应在0～1.0之间，且不能太大，否则满库时，合力可能超出坝底三分点，坝踵出现拉应力。

联解式（2-53）与式（2-54）可得λ与T的理论值。结合实践经验，工程中常如下确定基本剖面参数：当为岩基时，一般取上游坡率n＝0～0.2，下游坡率m＝0.6～0.8，坝底宽一般为坝高的0.7～0.9倍；当为软基时，除满足上述稳定与应力条件外，还应控制坝底最大与最小应力的比值不超过容许值，软基上的坝底宽度常可达到坝高的1～1.7倍或更大。

二、实用剖面

考虑到交通、施工和运行管理，防止波浪漫溢坝顶，以及其他荷载作用等因素，重力坝实际采用的剖面，坝顶应有足够的宽度，坝顶高程在静水位以上还应有一定的超高。

（一）坝顶宽度b

b一般取坝高的8%～10%，且不小于2m。当有交通要求或坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度应满足交通和布置启闭机轨道的要求。

（二）坝顶高程

坝顶或防浪墙顶高出水库静水位的高度按下式计算：

对于设计蓄水位和校核洪水位，分别采用不同的计算风速值，求得相应的波浪超高Δh设和Δh校以后，坝顶或防浪墙顶高程按下式计算：

并选用其中较大值。当设防浪墙时，防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，在坝体横缝处留伸缩缝，并设止水。

（三）实用剖面形式

工程中常用的坝体剖面形式，有如图2-24所示几种：①上游面铅直，即n＝0，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较大或坝内布置有泄水孔或引水管道的情况。铅直的上游面便于布置其进水口控制闸门和拦污设备，但因重心偏于上游，库空或低水位时，下游坝面易产生拉应力。②上游面上部铅直，下部倾斜，即折坡面形式，既便于布置坝内泄水孔、管进口控制设备，又可利用一部分水重增加坝体稳定，是工程中常采用的一种形式，上游起坡点高度一般设在倍坝高附近。但须对折坡处截面进行强度与稳定校核。③上游面略向上游倾斜，起坡点设于基本剖面三角形顶点，可更多地利用水重增加坝体稳定，但不利于布置泄水孔、管进口设备。适用于混凝土与基岩间f、c值较低的情况。

（四）坝顶构造

典型的坝顶构造，如图2-25（b）所示，一般在坝顶上游设置与坝体连为一体的钢筋混凝土防浪墙，墙高约1.2m，厚0.4～0.6m，与坝体设有相同的伸缩横缝，缝内设止水。坝顶下游侧设边石或栏杆，防浪墙与边石内侧设人行道，高出路面约0.2m，宽0.75～1.0m。坝顶做成向两侧的横坡，坡端设排水沟，并与坝内排水管连通，以便将坝面雨水排于库内。有时由于布置上的要求，也可将上游坝顶部分地伸出坝外，见图2-25（a）。当坝顶较宽时，也可做成桥梁式结构，见图2-25（c）。

实际工程中对坝体剖面设计时，一般是先参照条件相近的已建工程经验，结合本工程实际情况，根据实用剖面的参数取值范围，初步拟定H、b、n、m、y1值；然后根据稳定和应力分析进行修改，并对整个坝体统一考虑，使各坝段经济合理又外观协调一致。