大坝分三部分。从南向北依次为:主石坝、太皇堤和三合土坝。三部分既各自独立,又相辅相成,互为利用,互为保护,形成了“三位一体”的独特布局。从整体上看,既有都江堰的原理借鉴,又有自身特色。最南端的主石坝呈南北向长443米,自身又分三段,北边一段叫玲珑坝,中间一段叫乱石坝。南边一段叫滚水坝。滚水坝在三坝中最低,它的作用是在汶水开始上涨、小汶河河水位超过安全界线后向西漫水,以防小汶河决口。北边的玲珑坝比滚水坝高0.1米,中间的乱石坝又比玲珑坝高0.2米。随着汶水水位的升降,三坝分级漫水,可调蓄河水储量。据水利部门测量,“三坝”先后漫水的数量与大汶河洪水的流量及小汶河的过水是互相协调的,因而既保证了小汶河持续供水,又能排洪防溢。坝的建筑形状略成弧形,弓背向着迎水面,增加了坝的预应力。为保证跌水坡与坝基的安全,又在坝的跌水面修了一道缓冲槛,水经缓冲槛而缓速,减轻了对坝的冲击力。整个大坝为石结构,重达1吨至6吨以上的巨石,镶砌得十分精密,为防止洪水冲塌,石与石之间采用束腰扣榫结合法,一个个铁扣把大坝锁为一体,固若金汤,气势磅礴,雄伟壮观。
主石坝北的太皇堤,顺河向为东北西南向,堤为土石结构。汶水东来,太皇堤正面相迎,使水势缓速而南折再靠近石坝,既能保坝,又能助三合土坝泄供。应当说,太皇堤起着保坝抗洪的双重作用。
太皇堤北端接三合土坝。三合土坝走向与太皇堤相同,因用三合土筑成,所以称为三合土坝。三合土坝的作用何在呢?为抵御特大洪水,清代初期,在整体维修的同时,增筑此坝,坝长260余米,水平高度比坝面高2米。如果主石坝漫水水位超过2米、加之太皇堤吃紧,此时三合土坝即行漫水,起到泄洪保坝的作用,实为汶水溢洪道。