一、非溢流重力坝的剖面

非溢流坝的剖面形式、尺寸影响荷载的计算、稳定和应力分析，因此，非溢流坝剖面的设计以及其他相关结构的布置，是重力坝设计的关键步骤。

（一）剖面设计的原则与步骤

非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④方便施工，利于维修。

剖面拟定的步骤为：首先拟定基本剖面；其次根据运用以及其他要求，将三角形基本剖面修改成实用剖面；最后对实用剖面进行应力分析和稳定验算，按规范要求，经过几次反复修正和计算后，得到合理的设计剖面。

（二）非溢流重力坝的基本剖面

重力坝承受的主要荷载是静水压力和自重，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平水压力呈三角形分布，而且三角形剖面外形简单，底面和基础接触面积大，稳定性好，所以非溢流重力坝的基本剖面是上游近于垂直的三角形，如图4-4所示。

图4-4　非溢流重力坝的基本剖面

基本剖面的拟定，采用工程经验确定具体尺寸，简便合理。根据工程实践，上游坝坡系数常采用n=0～0.2，下游坝坡系数常采用m=0.6～0.8，坝底宽约为B=（0.7～0.9）H（H为坝高或最大挡水深度）。混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3～2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定性。

（三）非溢流重力坝的实用剖面

基本剖面拟定后，要进一步根据作用在坝体上的全部荷载（如静水压力、浪压力等）以及运用条件，如防浪墙布置、坝顶设备布置、交通需要、施工和检修要求等，把基本剖面进行修改成为实用剖面。

1.坝顶宽度

为了满足设备布置、运行、检修、施工、交通、抗震、险情时抢护等的需要，坝顶必须有一定的宽度。考虑坝体各部分尺寸协调美观，一般情况坝顶宽度可采用最大坝高的8%～10%，且不小于3m；碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m；当有交通要求时，应按交通要求确定；当坝顶布置移动式启闭设施时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。

2.坝顶布置

坝顶结构布置的原则是安全、经济、合理、实用。其布置有下列形式：①坝顶部分伸向上游；②坝顶建成矩形实体结构，必要时为移动式启闭机铺设轨道；③坝顶部分伸向下游，并做成拱桥或桥梁结构形式。坝顶排水一般都排向上游。坝顶常设防浪墙，高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及漂浮物的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝体分缝处也必须留伸缩缝，缝内设止水，如图4-5所示。

图4-5　坝顶结构布置

（a）防浪墙示意图；（b）坝顶构造图；（c）坝顶剖面图及下游正视图
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；7—最高水位

3.坝顶高程

为了交通和运用管理的安全，非溢流重力坝的坝顶应高于校核洪水位。当坝顶上游设防浪墙时，坝顶高程不得低于相应的静水位（图4-6）。

坝顶或防浪墙顶高程=水库静水位+超高

超高为波浪高度、波浪中心线高出正常蓄水位或校核洪水位的高度、安全超高三项之和，计算结果取设计情况和校核情况的较大值。

图4-6　重力坝的坝顶高程

4.实用剖面形式

坝顶的宽度和高程确定以后，可以得出所需要的实用剖面，坝体实用剖面常采用以下三种形式（图4-7）：①铅直坝面，上游坝面为铅直面，便于施工，利于布置进水口、闸门和拦污设备，但是可能会使下游坝面产生拉应力，此时可修改下游坝坡系数m值；②斜坡坝面，当坝基条件较差时，可利用斜面上的水重，提高坝体的稳定性；③折坡坝面，是最常用的实用剖面，既可利用上游坝面的水重增加稳定，又可利用折坡点以上的铅直面布置进水口，还可以避免空库时下游坝面产生拉应力。坝底一般应按规定置于坚硬新鲜岩基上。

实用剖面应该以剖面的基本参数为依据，以强度和稳定为约束条件，建立坝体工程量最小的目标函数，进行优化设计，确定最终的设计方案和相应尺寸。

图4-7　非溢流坝剖面形式