第一节 重力坝
重力坝是一种应用广泛的坝型，通常修建在岩基上，用混凝土或浆砌石筑成。坝轴线一般为直线，垂直坝轴线方向设有永久性横缝，将坝体分为若干个独立坝段，以适应温度变化和地基不均匀沉陷，坝的横剖面基本上是上游近于铅直的三角形，如图3-1所示。
图3-1 混凝土重力坝示意图
一、重力坝的工作原理及特点
重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来满足稳定要求；同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。与其他坝型比较，其主要特点如下。
（1）结构作用明确，设计方法简便。重力坝沿坝轴线用横缝将坝体分成若干个坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比较简单。
（2）泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大，筑坝材料抗冲刷能力强，适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便紧凑，一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪隧洞。在意外的情况下，即使从坝顶少量过水，一般也不会招致坝体失事，这是重力坝最大的优点。
（3）结构简单，施工方便，安全可靠。坝体放样、立模、混凝土浇筑和振捣都比较方便，有利于机械化施工。而且由于剖面尺寸大，筑坝材料强度高，耐久性好，因此抵抗水的渗透、冲刷，以及地震和战争破坏的能力都比较强，安全性较高。
（4）对地形、地质条件适应性强。地形条件对重力坝的影响不大，几乎任何形状的河谷均可修建重力坝。由于坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低。重力坝对地基的要求虽比土石坝高，但低于拱坝及支墩坝，无重大缺陷、一般强度的岩基均可满足要求。
（5）受扬压力影响较大。坝体和坝基在某种程度上都是透水的，渗透水流将对坝体产生扬压力。由于坝体和坝基接触面较大，故受扬压力影响也大。扬压力的作用方向与坝体自重的方向相反，会抵消部分坝体的有效重量，对坝体的稳定和应力不利。
（6）材料强度不能充分发挥。由于重力坝的断面是根据抗滑稳定和无拉应力条件确定的，坝体内的压应力通常不大，使材料强度得不到充分发挥，这是重力坝的主要缺点。
（7）坝体体积大，水泥用量多，一般均需采取温控散热措施。许多工程因施工时温度控制不当而出现裂缝，有的甚至形成危害性裂缝，从而削弱坝体的整体性能。
二、重力坝的类型
（1）按坝的高度分类，可分为高坝、中坝、低坝三类。坝高大于70m的为高坝，坝高在30～70m之间的为中坝，坝高小于30m的为低坝。坝高指的是坝体最低面（不包括局部深槽或井、洞）至坝顶路面的高度。
（2）按筑坝材料分类，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。一般情况下，较高的坝和重要的工程经常采用混凝土重力坝，中、低坝则可以采用浆砌石重力坝。
（3）按泄水条件分类，可分为溢流坝和非溢流坝。坝体内设有泄水孔的坝段和溢流坝段统称为泄水坝段。非溢流坝段也可称为挡水坝段，如图3-1所示。
（4）按施工方法分类，可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。
（5）按坝体的结构型式分类，可分为实体重力坝［图3-2（a）］、宽缝重力坝［图3-2（b）］、空腹重力坝［图3-2（c）］。
图3-2 重力坝的型式
（a）实体重力坝；（b）宽缝重力坝；（c）空腹重力坝
三、重力坝的剖面设计
本节仅介绍非溢流重力坝剖面设计，溢流重力坝剖面设计见第四章相关内容。
（一）基本剖面
重力坝承受的主要荷载是静水压力、扬压力和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。因为作用于上游面的水压力呈三角形分布，所以重力坝的基本剖面是三角形，如图3-3所示。
图3-3中，坝高H是已知的，关键是要确定最小坝底宽B以及上下游边坡系数n、m。经分析计算可知，坝体断面尺寸与坝基的好坏有着密切关系。当坝体与坝基的摩擦系数较大时，坝体断面由应力条件控制；当摩擦系数较小时，坝体断面由稳定条件控制。根据工程经验，重力坝基本剖面的上游边坡系数常采用0～0.2，下游边坡系数常采用0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。
（二）实用剖面
1.坝顶宽度
图3-3 重力坝的基本剖面
由于运用和交通的需要，坝顶应有足够的宽度。坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定，并满足抗震、特大洪水时抢护等要求。无特殊要求时，常态混凝土坝坝顶最小宽度为3m，碾压混凝土坝为5m，一般取坝高的8%～10%。若有交通要求或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定。
2.坝顶超高
实用剖面必须加安全高度，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程。坝顶高于水库静水位的高度按下式计算：
式中 Δh——坝顶高于水库静水位的高度，m；
——累积频率为1%时的波浪高度，m；
hz——波浪中心线至静水面的高度，m；
hc——安全超高，m，按表3-1选用。
表3-1 安全超高hc
必须注意，在计算h1%和hz时，由于正常蓄水位和校核洪水位采用了不同的风速计算值（正常蓄水位时，采用重现期为50年的最大风速；校核洪水位时，采用多年平均最大风速），故坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程应按下列两式计算，并取大值。
式中 Δh正——计算的坝顶（或防浪墙顶）距正常蓄水位的高度，m；
Δh校——计算的坝顶（或防浪墙顶）距校核洪水位的高度，m。
重力坝常用的剖面如图3-4所示。
图3-4 重力坝常用剖面型式
（a）上游面为铅直；（b）上游面为折线；（c）上游面为倾斜
四、重力坝的荷载及组合
（一）重力坝的荷载
作用在重力坝上的主要荷载有：坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力或冰压力、泥沙压力以及地震荷载等。荷载分布见图3-5，按其性质可分为基本荷载和特殊荷载两种。
图3-5 重力坝的荷载分布图
1.基本荷载
（1）坝体及其上永久设备的自重。
（2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力。
（3）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力。
（4）泥沙压力。
（5）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力。
（6）冰压力。
（7）土压力。
（8）相应于设计洪水位时的动水压力。
（9）其他出现机会较多的荷载。
2.特殊荷载
（1）校核洪水位时的静水压力。
（2）相应于校核洪水位时的扬压力。
（3）相应于校核洪水位时的浪压力。
（4）相应于校核洪水位时的动水压力。
（5）地震荷载。
（6）其他出现机会很少的荷载。
（二）荷载组合
作用在重力坝上的各种荷载，除坝体自重外，都有一定的变化范围。例如，在正常运行、放空水库、设计或校核洪水等情况下，其上下游水位就不相同。当水位发生变化时，相应的水压力、扬压力亦随之变化。又如，在短期宣泄最大洪水时，就不一定会同时发生强烈地震。再如，当水库水面封冻，坝面受静冰压力作用时，波浪压力就不存在。因此，在进行坝的设计时，应按“可能性和最不利”的原则把各种荷载组合成不同的设计情况，然后用不同的安全系数对坝体的稳定和强度进行验算，以妥善解决安全和经济的矛盾。
荷载组合情况分为两大类：一类是基本组合，指水库处于正常运用情况下可能发生的荷载组合，又称设计情况，由基本荷载组合而成；另一类是特殊组合，指水库处于非常运用情况下的荷载组合，又称校核情况，由基本荷载和一种或几种特殊荷载组合而成。
五、重力坝的稳定应力分析
1.稳定计算
重力坝的稳定分析一般选择坝基面为计算截面，当坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也核算其深层滑动稳定性。
当把坝体与基岩间看成一个接触面，而不是胶结面，可按抗剪强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数Ks。
若认为坝体与基岩胶结良好，滑动面上的阻滑力包括抗剪断摩擦力和抗剪断凝聚力，则采用抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数
。
式中 Ks、
——按抗剪强度公式、抗剪断强度公式计算的抗滑稳定安全系数；
∑W——作用在坝体上全部荷载对滑动平面法向分力的代数和，kN；
∑P——作用在坝体上全部荷载对滑动平面切向分力的代数和，kN；
f、f′——坝体混凝土与坝基接触面间的抗剪摩擦系数及抗剪断摩擦系数；
c′——坝体混凝土与坝基接触面间的抗剪断凝聚力，kPa；
A——坝体与坝基接触面的面积，m2。
抗剪断参数的选取直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。一般情况下，应综合分析试验数据，并参照地质条件类似工程的经验数据后确定。
当坝体的抗滑稳定安全系数不能满足要求时，除改变坝体的剖面尺寸外，还可以采取以下的工程措施提高坝体的稳定性。
（1）利用水重。将坝体的上游面做成倾向上游的斜面或折坡面，利用坝面上的水重增加坝的抗滑力，以达到提高坝体稳定的目的。
（2）减小扬压力。通过结构措施或工程措施加强防渗排水，以达到减小扬压力的目的。
（3）提高坝基面的抗剪断参数f′、c′值。措施有：将坝基开挖成“大平小不平”等形式，对整体性较差的地基进行固结灌浆，设置齿墙或抗剪键槽等。
（4）预应力锚固措施。一般是在靠近坝体上游面采用深孔锚固预应力钢索，既增加了坝体稳定性，又可消除坝踵处的拉应力。
（5）增大筑坝材料重度（在坝体混凝土中埋置重度大的块石），或将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力，提高稳定性。
2.应力分析
坝体的最大和最小应力一般发生在上、下游坝面，对于较低重力坝的强度，只需用上、下游坝面垂直正应力控制即可，所以，应首先计算坝体边缘应力。计算简图及荷载、应力的正方向，如图3-6所示。其材料力学法的计算公式为：
图3-6 坝体应力计算图
式中
——上游面垂直正应力，kPa；
——下游面垂直正应力，kPa；
T——坝体计算截面沿上下游方向的水平宽度，m；
∑W——计算截面以上所有垂直分力的代数和(包括扬压力，下同)，以向下为正，kN；
∑M——计算截面以上所有作用力对计算截面形心的力矩代数和（以逆时针方向为正），kN·m。
【例3-1】 某混凝土重力坝为3级建筑物，剖面尺寸如图3-7所示。设计洪水位177.2m，相应下游水位154.3m；淤沙高程160.4m；水的重度取10.0kN／m3，淤沙的浮重度为8.0kN／m3，内摩擦角φ=18°；混凝土强度等级为C10，允许压应力为2.5MPa，混凝土重度取24kN／m3；坝基为较完整的微风化花岗片麻岩，允许压应力为20MPa，摩擦系数f=0.6；帷幕及排水孔的中心线距上游坝脚分别为5.3m和6.8m，排水处扬压力折减系数α=0.3。50年一遇风速22.5m／s，水库吹程D=3km。试核算基本组合的设计洪水位情况下：①坝体与坝基接触面的抗滑稳定性；②坝趾和坝踵垂直正应力是否满足要求。
解:（1）荷载及组合计算。作用在重力坝上的荷载包括坝体自重、水平水压力、水重、扬压力、浪压力、水平泥沙压力和垂直泥沙压力，计算结果为：∑W=7621.3kN，∑P=4081.0kN，计及扬压力时荷载对坝基截面形心的力矩∑M=-14421.0kN·m。
（2）坝基面抗滑稳定性核算。则：
故在设计洪水位情况下，坝基面的抗滑稳定性满足要求。
图3-7 坝体剖面及荷载计算简图（单位：m）
（3）坝踵和坝趾应力核算。
1）坝踵垂直正应力（计扬压力）：
2）坝趾垂直正应力（计扬压力），计入扬压力时：
远小于坝基和坝体允许压应力。
故在设计洪水位情况下，坝趾和坝踵应力满足要求。
六、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
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。
（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。
图3-10 坝体分缝示意图
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。
七、重力坝的地基处理
重力坝承受较大的荷载，对地基的要求较高，它对地基的要求介于拱坝和土石坝之间。除少数较低的重力坝可建在土基上之外，一般须建在岩基上。然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化、节理、裂隙、破碎等缺陷，在不同程度上破坏了基岩的整体性和均匀性，降低了基岩的强度和抗渗性。因此必须对地基进行适当的处理，以满足重力坝对地基的要求。这些要求包括：①具有足够的强度，以承受坝体的压力；②具有足够的整体性、均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷；③具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量；④具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。
重力坝的地基处理一般包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层、破碎带进行专门的处理等。
1.地基的开挖与清理
坝基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定。我国现行重力坝设计规范要求，凡100m以上的高坝须建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；50～100m的坝可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化层中部或上部基岩上。同一工程中，两岸较高部位的坝段，其利用基岩的标准可比河床部位适当放宽。
坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河方向，各坝段基础面上、下游高差不宜过大，为有利于坝体的抗滑稳定，可开挖成略向上游倾斜；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝块的侧向稳定；基坑开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应力集中造成坝体裂缝；当地基中存在有局部工程地质缺陷时，也应予以挖除。
为保持基岩完整性，避免开挖爆破振裂，基岩应分层开挖。当开挖到距设计高程0.5～1.0m的岩层时，宜用手风钻造孔，小药量爆破。如岩石较软弱，也可用人工借助风镐清除。基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗。对易风化、泥化的岩体，应采取保护措施，及时覆盖开挖面。
2.坝基的固结灌浆
在重力坝工程中采用浅孔低压灌注水泥浆的方法对地基进行加固处理，称为固结灌浆（图3-16）。固结灌浆的目的是提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。现场试验表明，在节理裂隙较发育的基岩内进行固结灌浆后，基岩的弹性模量可提高2倍甚至更多，在帷幕灌浆范围内先进行固结灌浆可提高帷幕灌浆的压力。
图3-16 固结灌浆孔的布置（单位：m）
固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆孔呈梅花形布置，孔距、排距和孔深根据坝高、基岩的构造情况确定，一般孔距3～4m，孔深5～8m。帷幕上游区的孔深一般为8～15m，钻孔方向垂直于基岩面。当无混凝土盖重灌浆时，压力一般为0.2～0.4MPa(2～4kg／cm2)，有盖重时为0.4～0.7MPa，以不掀动基础岩体为原则。
3.帷幕灌浆
帷幕灌浆的目的是降低坝底的渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基和绕渗渗透流量。帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排深钻孔，利用高压灌浆充填基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕（图3-17）。帷幕灌浆材料目前最常用的是水泥浆，水泥浆具有结石体强度高、经济和施工方便等优点。在水泥浆灌注困难的地方，可考虑采用化学灌浆。化学灌浆具有很好的灌注性能，能够灌入细小的裂隙，抗渗性好，但价格昂贵，又易造成环境污染，使用时需慎重。
防渗帷幕的深度应根据基岩的透水性、坝体承受的水头和降低坝底渗透压力的要求确定。当坝基下存在可靠的相对隔水层时，帷幕应伸入相对隔水层内3～5m。不同坝高所要求的相对隔水层的透水率q(1m长钻孔在1MPa压水压力作用下，1min内的透水量)应采取下列不同标准：坝高在100m以上，q=1～3Lu；坝高在50～100m之间，q=3～5Lu；坝高在50m以下，q=5Lu。如相对隔水层埋藏很深，帷幕深度可根据降低渗透压力和防止渗透变形的要求确定，一般可在0.3～0.7倍水头范围内选取。
图3-17 防渗帷幕沿坝轴线的布置图
1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—灌浆平洞；5—排水孔；6—最高库水位；7—原河水位；8—防渗帷幕底线；9—原地下水位线；10—蓄水后地下水位线
防渗帷幕的排数、排距及孔距，应根据坝高、作用水头、工程地质、水文地质条件确定。在一般情况下，高坝可设两排，中坝设一排。当帷幕由两排灌浆孔组成时，可将其中的一排钻至设计深度，另一排可取其深度的1/2左右。帷幕灌浆孔距为1.5～3.0m，排距宜比孔距略小。
帷幕灌浆需要从河床向两岸延伸一定的范围，形成一道从左到右的防渗帷幕。当相对不透水层距地面较近时，帷幕可伸入岸坡与相对不透水层相衔接。当两岸相对不透水层很深时，帷幕可以伸到原地下水位线与最高库水位相交点B附近，如图3-17所示。在最高库水位以上的岸坡可设置排水孔以降低地下水位，增加岸坡的稳定性。
帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后进行，灌浆压力由试验确定，通常在帷幕孔顶段取1.0～1.5倍的坝前静水压强，在孔底段取2～3倍的坝前静水压强，但应以不破坏岩体为原则。
4.坝基排水设施
为了进一步降低坝底扬压力，需在防渗帷幕后设置排水系统，如图3-18所示。坝基排水系统一般由排水孔幕和基面排水组成。主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，孔距2～3m，孔径15～20cm，孔深常采用帷幕深度的0.4～0.6倍，方向则略倾向下游。除主排水孔外，还可设辅助排水孔1～3排，孔距一般为3～5m，孔深为6～12m。若基岩裂隙发育，还可在基岩表面设置排水廊道或排水沟、管作为辅助排水。排水沟、管纵横相连形成排水网，增加排水效果和可靠性。并在坝基上布置集水井，渗水汇入集水井后，用水泵排向下游。
图3-18 坝基排水设施布置图
1—主排水孔；2—辅助排水孔；3—坝基纵向排水廊道；4—半圆形排水管；5—横向排水沟；6—灌浆廊道
八、重力坝识图案例
福建省安砂水电站位于闽江支流沙溪的九龙溪中游，距永安市区44km，为沙溪流域的龙头水电站，是国家“四五”计划重点建设的Ⅱ等大（二）型水利枢纽工程。坝址以上流域面积5184km2，电站总装机容量125MW，多年平均年发电量为6.14亿kW·h。水库校核洪水位（p=0.1%）267.53m，总库容7.4亿m3；正常蓄水位265m，调节库容4.4亿m3，死水位234.0m，死库容2.0亿m3，属季调节水库。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉等效益。水利枢纽由拦河坝、深式泄水孔、引水隧洞、调压井、厂房、开关站、竹木过坝设施、灌溉取水管以及电站永久房建等9个部分组成（图3-19）。
图3-19 安砂水电站枢纽布置图
大坝为2级建筑物，采用混凝土宽缝重力坝，按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。坝顶高程269.0m，最大坝高92m，坝顶宽度8.0m，坝顶长度166m。为满足施工浇筑与散热要求、温度变化和地基不均匀沉降要求，共设置了9条横缝，将坝体分为10个坝段（图3-20），上游坝坡1：0.15，下游坝坡1：0.8（溢流坝为1：1.0）。在右岸3#坝段设置了竹木过坝设施，采用门机和桅杆起重机联合吊运。
在4#~7#坝段设置3孔溢洪道，3孔最大下泄流量为6815m3/s，溢流段总长度56m，净长度48m；顶部工作桥面高程为274.0m，设3台固定式卷扬启闭机；闸墩厚度4m（闸墩上游为半圆形，下游为流线型）闸墩长度需满足工作桥、交通桥及闸门布置的需要；工作闸门为三扇16m×14.3m（宽×高）钢质弧形闸门；本工程采用挑流式消能，挑流鼻坎为差动式，鼻坎顶高程高出下游最高水位1~2m；溢流面由顶部曲线段、中间直线过渡段、下部反弧段组成（图3-21）。由于枯水期水库水位在溢流堰顶之下的时间较长，便于闸门和溢洪道检修，故本工程未设检修闸门。
图3-20 大坝下游立视图（单位：m）
图3-21 溢流坝剖面图（单位：m）
8#坝段设置水库放空泄水深孔1孔，长度41.3m，最大泄流量500m3/s，断面为马蹄形（5.4m×4.8~4.5m）；顺水流方向从上游到下游依次是：平面检修闸门、深式泄水孔、弧形工作闸门、挑流消能设施、尾水平台（图3-22）。
图3-22 水库放空泄水深孔剖面图（单位：m）
9#坝段设置灌溉取水孔1孔，断面为圆形，直径为0.8m，最大引用流量1.2m3/s，并设置了通往坝顶的扶梯。
为满足灌浆、检查、观测、排水、交通等需要，本工程分3层设置了检查和交通廊道、观测廊道、坝基排水廊道、灌浆廊道，上部两层廊道在左右岸均设置了进出口。廊道内还埋设有扬压力观测仪、横缝变形观测仪、坝体挠度观测仪（正垂线和倒垂线法）等各种观测检查设备。
坝体内部宽缝的宽度为2~4m，宽缝距离上下游坝面分别为10.0m和8.0m。本工程利用5#、6#坝段间的宽缝，设置总渗水量测设施、集水井和抽水泵房。
坝顶设置有工作桥（通往工作桥扶梯）、交通桥、路灯、防浪墙（高1.2m，与坝顶可靠连接）、排水孔，观测设施（静力水准和引张线观测点）等。
本工程迎水面采用抗渗等级为W8的抗渗混凝土；永久性横缝的缝内设2道止水铜片，1道沥青井，并在第二道止水之后，每隔2.5m，沿坝轴线设置坝体排水管1道，排水管采用无砂混凝土管，直径150cm。