第五节 重力坝的剖面设计

一、设计原则

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；②工程量最少；③便于施工；④运用方便。影响剖面设计的因素很多，如荷载、地基条件、运用要求、筑坝材料、施工条件，等等。设计时需要综合考虑上述因素，进行方案比较，从中选出最优方案。近年来开始采用优化设计方法，取得了良好效果。

二、基本剖面

重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。重力坝的基本剖面是三角形。

三、实用剖面

非溢流重力坝实用剖面常见的有以下3种形式：上游面为铅直的、倾斜的或部分倾斜的（图6-24）。当地基很好、摩擦系数较大时，坝体剖面主要受控于坝上游面的拉应力，上游面可以做成铅直的；当地基较差时，坝体剖面主要受控于滑动稳定，则上游面做成稍为倾斜的或上部铅直下部倾斜的，利用一部分水重协助坝身抵抗滑动。

在通常情况下，上游边坡系数n=0～0.2，下游边坡系数m=0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.6～0.8倍，这些经验数据可作为拟定坝剖面时的参考。

由于运用和交通的需要，坝顶应有足够的宽度。在无特殊要求时，坝顶宽可采用坝高的8%～10%，一般不小于2m。当有交通要求时，应按交通要求布置。有时在坝顶布置移动式起重机，坝顶宽度应满足安置起重机轨道以及其他运用上的要求。

坝顶高出水库静水面的高度可按下式计算

式中：h_1%为波浪高度，m；h_z为波浪中心线高出静水位的高度，m；h_c为安全超高，按表6-5采用，m。

在计算h_1%和h_z时，设计和校核情况应采用不同的计算风速值。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算，并从中选用较大值。

式（6-27）中，Δh_设、Δh_校分别按（6-26）计算。当坝顶设防浪墙时，对1、2级坝，在可能最大洪水情况下，坝顶高程不得低于相应的静水位，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。

图6-25为典型的坝顶结构图。由于布置上的要求，有时需将坝顶部分伸出坝外［图6-25（a）］；当要求的坝顶较宽时，也可做成桥梁结构型式［图6-25（c）］。坝顶防浪墙的高度一般为1.2m，采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构。在坝体伸缩缝处，防浪墙也应留有伸缩缝，缝内设置止水。

设计时应根据地形、地质及坝体型式（例如溢流的和非溢流的），将整个大坝分成若干个典型坝段，先求得各典型坝段的经济剖面，然后再统一考虑，适当修改，尽可能使整个坝体在外观上协调一致。

四、优化设计

前面介绍由基本剖面反复修改成为实用剖面是工程设计中常用的坝体经济剖面选择法，虽然可作出较经济合理的设计，但由于方法的局限性，且试算工作繁重，较难求得最优方案。近年来采用优化设计方法，即运用非线性数学规划求解坝体最优断面的方法，取得了良好的效果。重力坝优化设计内容见本书第五章第二节。