重力坝的材料及构造
（一）混凝土重力坝的材料
建造重力坝的混凝土，除应有足够的强度承受荷载外，还要有一定的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗冲耐磨性以及低热性等。
1.强度等级
混凝土按标准立方体试块抗压极限强度分为12个强度等级，用符号C表示。重力坝常用的有C7.5、C10、C15、C20、C25、C30六个级别。混凝土的强度随龄期而增加，坝体混凝土抗压强度一般采用90天龄期强度，保证率为80%；抗拉强度采用28天龄期强度，一般不采用后期强度。
2.混凝土的耐久性
混凝土的耐久性包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨、抗侵蚀等。
（1）抗渗性是指混凝土抵抗水压力渗透作用的能力。抗渗性可用抗渗等级表示，抗渗等级是用28天龄期的标准试件测定的，分为W2、W4、W6、W8、W10和W12六级。
（2）抗冻性是表示混凝土在饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。混凝土抗冻性用抗冻等级表示，分为F50、F100、F150、F200、F300五级，一般应视气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和程度、结构构件重要性和检修的难易程度来选取。
（3）抗冲耐磨性是指混凝土抗高速水流或挟沙水流的冲刷、磨损的性能。目前对于抗磨性尚未订出明确的技术标准。根据经验，使用高等级硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥拌制成的高等级混凝土，其抗磨性较强，且要求骨料坚硬、振捣密实。
（4）抗侵蚀性是指混凝土抵抗环境侵蚀的性能。当环境水有侵蚀时，应选择抗侵蚀性能较好的水泥，水位变化区及水下混凝土的水灰比，可比常态混凝土的水灰比减少0.05。为了降低水泥用量并提高混凝土的性能，在坝体混凝土内可适量掺加粉煤灰掺和料及引气剂、塑化剂等外加剂。
3.坝体混凝土分区
混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件不同，对上述混凝土材料性能指标的要求也不同。为了满足坝体各部位的不同要求，节省水泥用量及工程费用，把安全与经济统一起来，通常将坝体混凝土按不同工作条件分为6个区，见图3-8。
图3-8 坝体混凝土分区示意图
1—上游最高水位；2—上游最低水位；3—下游最低水位；4—闸墩；5—导墙
Ⅰ区——上、下游水位以上坝体表层混凝土，其特点是受大气影响。
Ⅱ区——上、下游水位变化区坝体表层混凝土，既受水的作用也受大气影响。
Ⅲ区——上、下游最低水位以下坝体表层混凝土。
Ⅳ区——坝体基础混凝土。
Ⅴ区——坝体内部混凝土。
Ⅵ区——抗冲刷部位的混凝土（如溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等）。
为了便于施工，选定各区混凝土强度等级时，强度等级的类别应尽量少，相邻区的强度等级相差应不超过两级，以免由于性能差别太大而引起应力集中或产生裂缝。分区的厚度一般不得小于2～3m，以便浇筑施工。
（二）混凝土重力坝的构造
重力坝的构造设计包括坝顶构造、坝体分缝、止水、排水、廊道布置等内容。这些构造的合理选型和布置，可以改善重力坝工作性能，满足运用和施工上的要求，保证大坝正常工作。
1.坝顶构造
本章仅介绍非溢流坝坝顶构造，溢流坝的坝顶构造见第四章。
非溢流坝坝顶上游侧一般设有防浪墙。防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，高度一般为1.2m，防浪墙在坝体横缝处应留伸缩缝并设止水。坝顶路面一般为实体结构[图3-9（a）、（b）]，并布置排水系统和照明设备，也可采用拱形结构支承坝顶路面[图3-9（c）]，以减轻坝顶重量，有利于抗震。
图3-9 非溢流坝坝顶构造
（a）、（b）实体结构；（c）拱形结构
1—防浪墙；2—公路；3—起重机轨道；4—人行道；5—坝顶排水管；6—坝体排水管(https://www.daowen.com)
2.坝体分缝与止水
为了适应地基不均匀沉降和温度变化，以及施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等要求，常需设置垂直于坝轴线的横缝、平行于坝轴线的纵缝以及水平施工缝。横缝一般是永久缝，纵缝和水平施工缝则属于临时缝。重力坝分缝如图3-10所示。
图3-10 坝体分缝示意图
（1）横缝及止水。永久性横缝将坝体沿坝轴线分成若干坝段，其缝面常为平面，各坝段独立工作。横缝可兼作伸缩缝和沉降缝，间距（坝段长度）一般为12～20m，当坝内设有泄水孔或电站引水管道时，还应考虑泄水孔和电站机组间距；对于溢流坝段还要结合溢流孔口尺寸进行布置。
横缝内需设止水设备，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等。高坝的横缝止水应采用两道金属止水铜片和一道防渗沥青井，如图3-11所示。对于中、低坝的止水可适当简化，中坝第二道止水片，可采用橡胶或塑料片等，低坝经论证也可仅设一道止水片。金属止水片的厚度一般为1.0～1.6mm，加工成“}”形，以便更好地适应伸缩变形。第一道止水片距上游坝面约为0.5～2.0m，以后各道止水设备之间的距离为0.5～1.0m；止水每侧埋入混凝土的长度为20～25cm。沥青井为方形或圆形，边长或内径为15～25cm，为便于施工，后浇坝段一侧可用预制混凝土块构成，井内灌注石油沥青和设置加热设备。
止水片及沥青井需伸入基岩30～50cm，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。溢流孔口段的横缝止水应沿溢流面至坝体下游尾水位以下，穿越横缝的廊道和孔洞周边均需设止水片。
图3-11 横缝止水构造图
1—第一道止水铜片；2—沥青井；3—第二道止水片；4—廊道止水；5—横缝；6—沥青油毡；7—加热电极；8—预制块
（2）纵缝。为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝块，待坝体降到稳定温度后再进行接缝灌浆。常用的纵缝形式有竖直纵缝、斜缝和错缝等，如图3-12所示。纵缝间距一般为15～30m。为了在接缝之间传递剪力和压力，缝内还必须设置足够数量的三角形键槽（图3-13）。
图3-12 重力坝纵缝布置图
（a）竖直纵缝；（b）斜缝；（c）错缝
图3-13 三角形键槽（单位：cm）
（3）水平工作缝。水平工作缝是分层施工的新老混凝土之间的接缝，是临时性的。为了使工作缝结合好，在新混凝土浇筑前，必须清除施工缝面的浮渣、灰尘和水泥乳膜，用风水枪或压力水冲洗，使表面成为干净的麻面，再均匀铺一层2～3cm的水泥砂浆，然后浇筑。国内外普遍采用薄层浇筑，浇筑块厚1.5～3.0m。在基岩表面须用0.75～1.0m的薄层浇筑，以便通过表面散热，降低混凝土温升，防止开裂。
3.坝体排水
为了减少坝体渗透压力，靠近上游坝面应设排水管幕，将渗入坝体的水由排水管排入廊道，再由廊道汇集于集水井，由抽水机排到下游。排水管距上游坝面的距离，一般要求不小于坝前水头的1/15～1/25，且不小于2m，以使渗透坡降在允许范围以内。排水管的间距为2～3m，上、下层廊道之间的排水管应布置成垂直的或接近于垂直，不宜有弯头，以便检修。
排水管可采用预制无砂混凝土管、多孔混凝土管，内径为15～25cm，见图3-14。排水管施工时用水泥浆砌筑，随着坝体混凝土的浇筑而加高。在浇筑坝体混凝土时，须保护好排水管，以防止水泥浆漏入而造成堵塞。
图3-14 坝体排水管
图3-15 廊道和竖井系统布置图
1—检查廊道；2—基础灌浆廊道；3—竖井；4—排水廊道；5—集水井；6—横缝；7—灌浆帷幕；8—排水孔幕
4.廊道布置
为了满足施工运用要求，如灌浆、排水、观测、检查和交通的需要，须在坝体内设置各种廊道。这些廊道互相连通，构成廊道系统，如图3-15所示。
（1）基础灌浆廊道。对于中高坝，通常需要设置基础灌浆廊道，以减少坝体混凝土施工和坝基帷幕灌浆之间的干扰。基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据钻灌机具尺寸及工作要求确定，一般宽度可取2.5～3m，高度可为3.0～3.5m。断面形式采用城门洞形。灌浆廊道距上游面的距离可取0.05～0.1倍水头，且不小于4～5m。廊道底面距基岩面的距离不小于1.5倍廊道宽度，以防廊道底板被灌浆压力掀动开裂。廊道底面上、下游侧设排水沟，下游排水沟设坝基排水孔及扬压力观测孔。灌浆廊道沿地形向两岸逐渐升高，坡度不宜大于40°～45°，以便进行钻孔、灌浆操作和搬运灌浆设备。
（2）检查和坝体排水廊道。为了检查巡视和排除渗水，常在靠近坝体上游面沿高度方向每隔15～30m设置检查排水廊道。廊道断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m，距上游面距离应不小于0.05～0.07倍水头，且不小于3m。