重力坝设计中坝体构造注意事项.docx

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重力坝设计中坝体构造注意事项

重力坝设计中坝体构造注意事项

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∙混凝土浇筑

∙重力坝设计

∙坝体构造

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坝体构造　

①廊道：

为了检查坝体内部的工作状态，布设各种量测仪器，满足坝内交通和灌浆、排水的需要，在坝内设置水平或斜向廊道或竖井。

廊道沿坝高设置一层或多层，有纵向和横向两种，断面一般为上圆下方的城门洞形。

②分缝：

为适应地基变形和温度变化，沿坝轴线方向用横缝把坝分成若干个坝段，横缝间距通常为15～20m。

横缝缝面根据需要设或不设键槽,灌浆或不灌浆。

在施工中，由于混凝土浇筑能力的限制和温度控制的要求，还要设置施工缝。

平行于坝轴线方向的竖向施工缝叫纵缝。

纵缝的间距一般为15～30m,可以是直缝、错缝或斜缝。

缝面设键槽,并需灌浆。

水平向施工缝叫水平缝。

水平缝的间距在基础约束范围以内和以外，分别为1～3m和3～6m，缝面一般均需进行凿毛处理。

③止水：

在坝体横缝内、陡坡坝段与基础接触面以及廊道和孔洞穿越横缝处的周围，必需设置止水。

止水应具有柔性，可以用金属片、橡皮、塑料片或沥青井做成。

高坝上游面的横缝止水需用两道止水片，中间设一沥青井

④坝体排水:

为了减少渗水对坝体的不利影响，在坝体靠近上游防渗层的下游侧布设一排垂直向排水管，常用多孔混凝土管，间距为2～3m，将渗水汇入廊道。

重力坝设计中需考虑哪些荷载

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∙泥沙压力

∙地震荷载

∙重力坝设计

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基本荷载

（1）坝体及其上固定设备的自重

（2）正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力

　　（3）相应于正常蓄水位时的静水压力

　　（4）相应于设计洪水位时的动水压力

（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）泥沙压力

　　（9）其他出现几率多的荷载

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）其他出现机率很少的荷载

重力坝设计中应力分析方法

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∙应力分析方法

∙重力坝设计

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设计的坝体断面需满足规定的应力条件。

在中国，在基本荷载组合下，重力坝坝基面的最大垂直正应力应小于坝基容许压应力，最小垂直正应力应大于零；在地震情况下，坝基容许出现不大的拉应力。

对于坝体应力,在基本荷载组合下,下游面最大主压应力不大于混凝土的容许压应力；上游面的最小主压应力（不计扬压力）应大于或等于0.25（为水的容重，为坝面计算点的静水头）。

应力分析的方法可归纳为理论计算和模型试验两大类。

目前常用的模型试验方法有偏光弹性试验、激光全息试验和脆性材料试验。

理论计算方法有如下两种。

　①重力法：

又称材料力学方法。

它计算简便，适用范围广，已经过模型试验和工程实践的验证，有一套成熟的应力控制标准。

重力法的主要假定是：

坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，其计算公式如下：

[529-03]式中[529-04]和[529-05]为作用于坝段上全部荷载的法向力总和和对计算截面形心轴的力距总和；为计算截面面积；为计算截面积对形心轴的惯性矩；为计算点到形心轴的距离。

　②有限单元法：

弹性理论中的一种数值解法。

将结构划分为若干结点联系的有限个单元，利用边界条件和连续条件，根据弹性理论列出单元的应力、应变、位移关系式和全部结点平衡方程组。

依靠电子计算机计算出坝体和坝基内各点的应力和变形。

对于实体重力坝的应力分析，一般可采用二维有限元法，属于空间性质的问题，可采用三维有限元法。

　对于中、低坝，当地质条件较简单时，可只用材料力学方法计算坝的应力。

对于高坝，尤其是当地质条件复杂时，除用材料力学方法计算外，宜同时进行模型试验或采用有限元法进行计算。

重力坝设计中溢流坝和泄水孔的布置

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∙溢流坝

∙水库调洪计算

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在进行坝体布置时，首先要考虑溢流坝和泄水孔口的位置，要满足泄洪与放水的需要，并与下游平顺连接，不致淘刷坝基、岸坡和相邻建筑物基础。

泄水孔口高程和尺寸应根据水库调洪计算和水力计算，结合闸门和启闭机条件确定。

溢流面要求有较高流量系数，同时不产生空蚀。

坝下要设置消能工，应考虑地形、地质、枢纽布置和水流条件，比较选定其形式和尺寸。

一般溢流坝与电站坝分列布置，当河谷狭窄时，也可布置电站厂房顶溢流。

重力坝的优缺点是什么

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∙重力坝

∙混凝土重力坝

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在水压力及其他外荷载作用下，主要依靠坝体自重来维持稳定的坝。

重力坝的断面基本呈三角形，筑坝材料为混凝土或浆砌石。

据统计,在各国修建的大坝中,重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重。

在中国的坝工建设中,混凝土重力坝也占有较大的比重,在20座高100m以上的高坝中，混凝土重力坝就有10座。

重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：

①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。

重力坝的缺点是：

①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。

重力坝的历史发展

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∙重力坝

∙大迪克桑斯坝

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重力坝是最早出现的一种坝型。

公元前2900年埃及美尼斯王朝在首都孟斐斯城附近的尼罗河上，建造了一座高15m、长240m的挡水坝。

中国于公元前3世纪，在连通长江与珠江流域的灵渠工程上，修建了一座高5m的砌石溢流坝，迄今已运行2000多年，是世界上现存的，使用历史最久的一座重力坝。

18世纪，在法国和西班牙用浆砌石修建了早期的重力坝，横断面都很大，接近于梯形。

1853年以后，在筑坝实践中，设计理论逐步发展，法国工程师们开始拟出一些重力坝的设计准则，如抗滑稳定、坝基应力三分点准则等，出现了以三角形断面为基础的重力坝断面。

20世纪初，由于混凝土工艺和施工机械的迅速发展，在美国建造了阿罗罗克坝和象山坝等第一批混凝土重力坝。

1930年以后，美国修建了高183m的沙斯塔坝和高168m的大古力坝以后，重力坝的设计理论和施工技术有了一个飞跃。

在应力计算方面，提出了重力法和弹性理论法,包括考虑空间影响的试荷载法;在构造方面，建立了完整的分缝、排水和廊道系统，以及温度、变形、应力等观测系统；在施工方面，机械化程度有了显著增长，发展了柱状浇筑法和混凝土散热冷却以及纵缝灌浆等一整套施工工艺。

1950年以后，重力坝继续得到发展，在瑞士修建了当今世界上最高的重力坝──大迪克桑斯坝，坝高285m；在印度修建了高226m的巴克拉坝和高192m的拉克华坝；在美国修建了高219m的德沃夏克坝。

苏联在寒冷地区多修建混凝土重力坝，如高215m的托克托古尔坝，在中国，60年代初建成高106m的三门峡重力坝和高105m的新安江宽缝重力坝；70年代建成了高147m的刘家峡重力坝和高90.5m的牛路岭空腹重力坝。

80年代又建成了高165m的乌江渡拱形重力坝。

1970年以后，世界上创造出碾压混凝土坝筑坝技术。

它的特点是采用干硬性混凝土，用自卸汽车运料入仓，推土机平仓，振动碾碾压，通仓薄层浇筑，不设纵缝，不进行水管冷却,横缝用切缝机切割。

它具有节省水泥,简化温度控制和施工工艺,缩短工期,降低造价的优点。

美国威洛克里克坝（又译柳溪坝）、日本岛地川坝、中国福建坑口坝和南盘江天生桥二级水电站首部枢纽都采用了这种施工技术。

坑口坝坝高56.8m,通仓浇筑，不设横缝，但在迎水面增设防渗面,简化了坝体构造。

（[福建大田坑口坝，中国第一座碾压混凝土坝，高56.8m，1986年竣工]、[贵州遵义乌江渡水电站，拱型重力坝高165m，1983年竣工水电站全景]、[水电站主坝，中国最高的混凝土重力坝,高147m]、[瑞士大迪克桑斯坝,世界最高的混凝土重力坝,高285m,1962年竣工]、[日本岛地川坝,世界第一座碾压混凝土坝,高90m,1980年竣工]）

重力坝分类

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∙重力坝分类

∙悬臂式重力坝

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重力坝按其结构形式分为:

①实体重力坝;

②宽缝重力坝；

③空腹重力坝。

重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面

实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。

①悬臂式重力坝：

横缝不设键槽，不灌浆；

②铰接式重力坝：

横缝设键槽，但不灌浆；

③整体式重力坝：

横缝设键槽，并进行灌浆。

重力坝坝体断面的拟定

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∙混凝土

∙重力坝

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坝顶在最高洪水位上要留有一定的安全超高。

坝顶宽度视运用和交通的需要而定。

坝的上游面通常做成铅直面，或略向上游倾斜，一般坡度=0～0.2；坝的下游面通常为均一的坡度，一般坡度＝0.6～0.8。

坝底宽,一般为坝高的7/10～9/10。

坝体断面需根据稳定和应力要求进行优化设计，求出坝体混凝土方量为最小的优化设计断面，并考虑布置和运行需要，作某些修正。

重力坝地基处理时帷幕灌浆和固结灌浆的作用

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∙溢流坝

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帷幕灌浆的作用在地下形成阻水帷幕，主要是增加渗流水的垂直渗径，消减渗流水压力，减小坝体扬压力。

固结灌浆：

是指坝基岩层裂缝发育，承载力弱，且深度较深时，进行固结灌浆增强坝基岩层的整体性，主要作用是增强坝基岩层的整体性，提高基面的承载能力。

重力坝临时性横缝用于什么情况？

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∙重力坝

∙临时性横缝

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主要用于下述情况:

（1）河谷狭窄，做成整体重力坝可适当发挥两岸的支撑作用，有利于坝体的强度和稳定。

（2）岸坡较陡的各坝段连成整体可以改善岸坡的稳定性。

（3在软弱破碎带上的各坝体，连成整体增加坝体刚度。

（4）强地震区，如坝段连成整体，可提高坝体的抗震性能。

混凝土重力坝的基础经处理后应符合要求

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∙混凝土

∙重力坝

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1具有足够的强度，以承受坝体的压力；

2具有足够的整体性和均匀性，以满足坝体抗滑稳定和减小不均匀沉陷；

3具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量，降低渗透压力；

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。

混凝土重力坝的温度裂缝分类

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∙混凝土

∙重力坝

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1贯穿裂缝；2深层裂缝；3表面裂缝。

混凝土重力坝安全监测设计的主要任务

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∙重力坝

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1监视工程建筑物在施工期、蓄水期和运行期的工作状态与安全；

2检验设计，指导施工和运行；

3为科学研究积累资料。

重力坝应力和应变的监测布置的步骤

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∙重力坝

∙应力和应变

∙监测布置

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1应根据坝高、结构特点及地质条件选定重点监测坝段。

2在重点监测坝段可布置1个～2个监测断面；在监测断面上，可在不同高程布置几个水平监测截面。

水平监测截面宜距坝底5m以上；必要时另在混凝土与基岩结合面附近布置测点。

3同一浇筑块内的测点应不少于2点，纵缝两侧应有对应的测点；通仓浇筑的坝体其监测截面上一般布置5点。

4坝踵和坝址应加强监测，除布置应力、应变监测仪器外，还应配合布置其他仪器。

5监测坝体应力的应变计组与上、下游坝面的距离宜大于1.5m～2.0m（在严寒地区还应大于冰冻深度），纵缝附近的测点宜距纵缝1.0m～1.5m。

6边坡陡峻的岸坡坝段，宜根据设计计算及试验的应力状态布设应变计组。

7表面应力梯度较大时，应在距坝面不同距离处布置测点。

一般布设单向或两向应变计。

混凝土重力坝直线型重力坝的立模放样

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∙重力坝

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在坝体分块立模时，应将分块线投影到基础面上或已浇好坝坡脚放样示意图的坝块面上，模板架立在分块线上，因此分块线也叫立模线，但立模后立模线被覆盖，还要在立模线内侧弹出平行线，称为放样线，用来立模放样和检查校正模板位置。

放样线与立模线之间的距离一般为0.2一O.5m。

重力坝横缝止水和排水

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∙排水

∙重力坝

∙止水

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1重力坝的混凝土防渗面板应设伸缩缝,缝距宜为10-20m.如坝体设横缝.混凝土防渗面板或心墙的分缝应与坝体一致.

2拱坝混凝土防渗面板或心墙的横缝间距宜为10-20m,并与坝身砌体横缝的形式和部位一致,混凝土防渗面板或心墙应和坝体同时封拱.

3混凝土防渗面板或心墙的工作缝除必须按有关规定处理外,竖直工作缝应埋设止水,水平工作缝宜采用键槽连接.

4混凝土防渗面板与心墙的伸缩缝,在水头大于30m或死水位以下的部位应设两道止水,死水位以上且水头小于30m的部位可设一道止水.

5横缝止水应与坝基岩石紧密连接,止水片宜埋入基岩内30-50cm

6横缝止水后面宜设竖向排水孔,通至纵向排水检查廊道或坝体水平排水系统.

浆砌石重力坝的浆砌石体抗压强度安全系要求

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∙重力坝

∙浆砌石

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1在基本荷载组合时,应不小于3.5

2在特殊荷载组合时,应不小于3.0

重力坝按筑坝材料布置要求

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∙重力坝

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1重力坝宜建在岩基上，低坝也可建在软基上；

2坝身泄洪、引水、发电、排沙建筑物的布置，应避免相互干扰；

3河谷狭窄时，可采用横缝灌浆形成整体式重力坝；河谷较宽时可采用分缝式重力坝；

4当采用碾压式混凝土重力坝时，坝体结构布置应有利于碾压混凝土施工。

混凝土重力坝巡视检查要求

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∙重力坝

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1从施工期到运行期，各级混凝土重力坝及其附属建筑物均应定期进行巡视检查。

在水库首次蓄水过程中、水库水位迅速消落期间、大洪水期间、坝区发生有感地震及其它特殊情况时，应增加巡视检查次数；

2发现大坝及附属建筑物有损伤，或近坝区岸坡、地下水位、基础渗流等出现异常迹象时，应立即上报，并分析原因和研究处理措施；

3对1、2级重力坝的重要部位，有条件的工程可建立电视图像监测系统。