棉花滩碾压混凝土重力坝设计要点Word文档下载推荐.docx

1、f1.001.101.051.151.1c（MPa）0.600.751.201.0溢流坝段基础面较平，坝体断面变化不大，故取单宽按常规方法计算。岸坡上的挡水坝段，基础面高差大，坝体断面变化也大，故取整个坝段计算其稳定，采用“等K值法”，即根据基础面变化情况分成若干（偶数）计算块，如图3所示， 图3 坝体“等K值法”稳定计算示意图从高程较高处往下分别用“等K值法”分析每二块的稳定安全系数Ki，然后以AI加权平均计算出整个坝段的安全系数K，若不满足要求，则开挖平台来满足。该法计算公式为式中 i计算块编号，i=1，2； fi基础面、坝体层面抗剪断摩擦系数； ci基础面、坝体层面凝聚力（MPa）； W

2、i计算块计算断面以上的全部垂直作用荷载（除扬压力）； Pi计算块计算断面以上的全部向下游的水平作用荷载； Ai计算块计算断面面积（m2）； Ui计算块计算断面上的扬压力； i计算块基础面倾角； Ki坝段抗滑稳定安全系数； K坝段抗滑稳定安全系数。基础面抗滑稳定计算成果见表2。挡水坝段坝体层间抗滑稳定计算成果见表3，沿基岩缓倾角结构面的抗滑稳定可满足规范要求，不详列。为了安全，用遇7度地震烈度时对坝体稳定进行复核，满足规范要求，结果从略。 表2 各坝段基础面抗滑稳定安全系数K值 坝段基本组合4.043.353.653.284.74特殊组合3.603.003.422.974.02 表3 挡水坝段坝

3、体层面抗滑稳定安全系数K值 高程m79.00103.25115.00153.75168.003.214.144.7512.4465.832.823.614.037.8817.58表2、表3中，基本组合：正常水位水压+扬压力+自重+泥沙压力；特殊组合：校核洪水位水压+扬压力+自重+泥沙压力。5 应力分析确定坝体断面时，仍采用常规的材料力学方法计算应力，取单宽进行分析，计算结果见表4。亦对遇7度地震时进行过复核，坝体应力满足要求，结果从略。 表4 材料力学方法计算坝体应力成果坝段部 位荷载组合垂直应力（MPa）坝趾基础面主应力（MPa）上游坝面下游坝面高程130（基础面）（1）0.300.64（2

4、）0.030.881.37高程166.75 0.31*0.21 0.13*0.39高程830.341.542.410.041.712.68115 0.68*0.90 0.44*高程680.351.800.101.86 0.66*0.91 0.51*1.07高程781.642.5701.782.78高程1380.490.770.731.14168 0.23*0.29 0.06*0.45 注：a. （1）为基本组合，（2）为特殊组合。b. *为不计扬压力时的坝面主应力，皆可满足： 0.25H的要求。c.除注明外皆计扬压力。岸坡坝段、由于基础面高差大，其受力情况为三维问题，故选取坝段为代表进行三维有

5、限元应力分析。（1）主要计算条件水压力、扬压力及泥沙荷载为一次加载；自重则根据施工安排分5次施加；考虑相邻坝段的作用；荷载组合为一种基本组合（正常蓄水位）及二种特殊组合（校核洪水位及7度地震）。（2）应力控制标准鉴于目前我国规范中尚未规定用有限元法计算坝体应力时的控制标准，为了评判计算结果，一是控制帷幕线处x（水平正拉应力）；二是将64m长的坝段分成三个坝段长约20m的常规坝段，用同样方法进行计算，将其结果进行对比。因为在已建工程中，不少类似的岸坡坝段在良好的运行着，坝段长度在20m左右，岸坡坡度亦在40左右。 （3）计算结果在基本组合情况，帷幕线处x（拉）除个别地方受基础面影响（突变）大于0

6、.3MPa外，其余皆在0.3MPa以内，可满足要求；对分成三个常规坝段中，将高度居中基础面平台所占比例与相近的一个（称-2）与坝段进行对照。比较二者基础面上应力分布情况：第一，主拉应力区占的面积及强度大小-2比坝段不利；第二，上、下游方向同量级拉应力相对平均分布宽度（拉应力分布宽度/平均坝底宽）-2比大；第三，垂直应力（拉）及水平正应力（拉）的分布（即上述二种比较），总的说来-2比不利。鉴于已建工程中，类似-2的坝段都在安全的运行着，说明坝段的应力并不存在异常的情况，其应力分布情况是可以接受的，即坝体是安全的。6 坝体分缝工程实践中国内外部份RCCD坝体分缝情况如表5所示。国内外已建或拟建的R

7、CCD中往往不设纵横，不设或少设横缝。6.1 不设横缝例如，美国521m长的柳溪坝、814m长的上静水坝，我国122.5m长的坑口坝及149m长的龙门滩坝等。一些坝，尤其是国外，在运行中产生不同程度的横向裂缝并引起渗漏，如上静水坝，12条贯通上、下游的裂缝，粗估裂缝间距75m。6.2 短间距横缝类似CC重力坝，例如日本岛地川、玉川等坝，间距15m，这与他们采用“金包银”防渗方式不无关系，同样，我国铜街子坝亦用这方式防渗，70.8m长分四个坝段。横缝过多，影响了施工进度，与RCC筑坝技术优越性相矛盾。6.3 长间距横缝长间距横缝是指与CC重力坝比较而言，例如在30m以上者，美国大鹿溪坝，平均间距

8、73m，西班牙圣尤金娜坝，间距40m，澳大利亚科普菲尔德坝，坝长340m，分四个坝段，其中溢洪道坝段长100m，出现了贯穿上、下游的横向裂缝。 鉴于上述工程实践经验，通过计算分析，棉花滩RCCD决定不设纵横，但设置横缝，横缝间距如前述，这是基于下述分析：设短间距横缝是比较稳妥的，产生裂缝可能性小，但其不足之处也是明显的；而横缝间距过大，如果超过100m，或不设横缝，则产生贯穿性裂缝的可能性很大，不仅工程实践证明了这一点，我国有关单位从理论上也证明了这个事实，因此，横缝间距控制在100m以内。考虑下列几个因素后，棉花滩横缝间距采用3370m。 1）地形地质条件本工程未有特别不利的地质构造，主要考

9、虑地形条件，两岸岸坡较陡，在地形突变处设置横缝。表5 国内外若干已建和在建RCC重力坝分缝情况序号坝名国别完成年份坝高（m）底宽（m）坝顶长（m）分缝情况运行情况纵缝横缝间距（m）1岛地川日本19808977240不分15未发现上游坝面贯穿缝2柳溪美国19825241.6521没有出现贯穿RCCD坝体的明显裂缝,内部测仪表明蓄水后靠近基础处开始出现裂缝,但未延伸穿过坝体,表明由于非粘结性模板复盖未发现裂缝。3密尔顿英国25123诱导缝不详4科普菲尔德澳大利亚198440363403条横缝,其中有一坝段最大间距100m（溢洪道） 溢流坝段中部出现一条贯穿上、下游横向裂缝5中福克3837.8125

10、上游坝面采用常规混凝土板厚30cm面上每隔4.6m设一垂直诱导槽，槽内填弹性止水材料RCC不分缝6盖尔斯威尔19855140.8291同上，诱导槽间距3.6m施工期产生7条贯穿上、下游的裂缝7坑口中国198656.842.5122.5未发现贯穿整个坝段的横向裂缝8蒙克期维尔4836.0671下部分隔12m设带止水诱导缝上部间距36m溢流坝段上的分缝向下扩展到下部，在3.6m间隔分缝后无裂缝9上静水19878755.7814蓄水后发现12条上、下游贯穿坝体的横向裂缝，间距约75m10玉川103100441未发现上、下游贯穿坝体的横向裂缝11奥利韦特法国255蓄水后发现3条上、下游贯穿坝体的横向裂

11、缝，其中1条在坝轴线中部，其余在其两侧各1条距离约80m12大鹿溪19887661.87869条横缝分成10个段，其平均间距73m，有一个最大坝段长91m13圣尤金娜西班牙8365310同上14铜街子1990826770.84个坝段间距1621龙门滩198957.5149已蓄水，尚未发现上、下游贯穿坝体的横向裂缝16天生桥二级58.754.547015.220.0尚未发现上、下游贯穿坝体的横向裂缝17岩滩199111072.5498.5202）坝体构造条件本工程溢流坝段断面与非溢流坝段断面差别较大，其交接处设置横缝。3）施工条件坝体高程105m至120m部位，填筑面积超过7000m2，比其它高

12、程的填筑面积大得多，按此面积来配置RCC拌和及填筑设备显然是不合理的，因此在大坝中间，即溢洪道坝段中间设置分仓浇筑用的横缝。4）温度控制条件大坝最大底宽84.5m，横缝间距小于坝底宽，基础浇筑块温度应力均满足要求。5）坝体应力条件从前述应力分析结果看，选定的横缝间距是合适的。7 防渗结构由于RCCD碾压层面多，且因种种原因导致结合不良，成为坝体渗漏通道，这已是由一些工程压水试验及运行观测结果证明了的事实，因此，在工程实践中一方面采取种种措施来改善层面的结合条件，但又带来费用增加及影响施工进度，故另一方面研究在坝体上游面采用集中防渗型式，使之既可满足坝体防渗要求，又施工方便，还可使坝体RCC在满

13、足强度和稳定前提下，进一步减少内部RCC的水泥用量及简化温控措施和施工工艺。在工程实践中，于坝体上游采用的防渗结构有以下几种：（1）沿坝体上游面浇一层不同类型混凝土：浇一层CC，即“金包银”（日本岛地川、玉川，我国铜街子等）；设预制混凝土板（美国盖尔斯威尔，我国龙门滩等）；设轻型空格模板，再填混凝土。（2）坝体上游面填筑一层二级配富灰RCC，美国柳溪坝及我国荣地坝、普定重力拱坝等。（3）上游坝面外设防渗层。坝面与预制混凝土模板之间设防渗膜（美国温彻斯特，墨西哥特里戈密等）；坝面与预制混凝土模板之间设沥青砂浆防渗层（我国坑口坝）；坝面涂刷高分子聚合物涂料防渗等。总结分析国内外工程实践后，棉花滩R

14、CCD决定采用上游坝面集中防渗型式，并重点比较了填沥青砂浆及二级配RCC二种型式，前者的优点是与坝体施工不干扰，施工较简单，特别是有实践经验，除坑口坝采用过外，从50年代至80年代用此法作为高坝上的补漏措施，例如70年代用于129m高的湖南镇梯形坝上补漏，运行效果良好，但不足之处是要有专门设备，施工机械化程度低，高温下灌注沥青劳动条件差，质量不易保证等。而二级配RCC防渗措施早在1987年上静水就使用过，但胶凝材料用量较大，我国荣地坝也用过，但用了一些辅助措施，施工较复杂，近年完工的普定坝，成功地采用这种型式，结构比较简单，胶凝材料仅用188kg/m3（水泥85kg），并根据水头来确定其厚度比

15、较合理。实践表明客观存在的优点是与坝体RCC同时施工，施工设备及工艺相同，施工方便；施工条件较好，故质量易保证；根据水头来确定厚度，保证防渗效果。为此，棉花滩RCCD决定采用这种防渗型式。具体做法见图2和图4，二级配RCC防渗层厚度用1/15水头来控制，初定胶凝材料200kg/m3（水泥85kg），标号为R180200S8, 高程143m以上为等厚2.0m，以下则以1 : 0.0667坡度直线变化。8 混凝土设计 根据坝体不同部位的受力情况及使用要求而定出的混凝土分区及标号如图4所示，其中RCC设计技术指标见表6。 图4 溢流坝段混凝土标号分区表6 RCC设计技术指标标号抗压（MPa）抗拉极限

16、拉伸抗渗S抗冻D抗剪指标极限水胶比强度保证率fC（MPa）R1802001.6S8D500.685%R1801501.30.7510-4S4R1801000.7根据设计技术要求进行试验而推荐的满足要求的RCC主要配比情况如表7所示。表7 设计推荐的RCC配合比参数表 级配粉煤灰掺量（%）材料用量（kg/m3）水泥品种水水泥砂石200#0.49599857961354永安525#150#0.5659.47101511龙岩425#100#60.760907171542注：粉煤灰为永安火电厂静电回收干灰；三级配：大、中、小石=3：4：3；二级配：中、小石=1：RCCD中廊道等孔洞对RCC施工干扰极大

17、，设置钢筋后尤甚，必须有妥善的解决办法。棉花滩在设计中准备采用普定工程中试用过的办法，即有一种“变态混凝土”，将孔周一圈RCC在现场再加入砂浆（可在现场拌制）后改用振捣器振实，将其变成CC施工方法，这样，既解决了布筋问题，又不用另外拌制CC。9 温控措施按施工进度安排，本RCCD分三个低温季节（10月下旬至来年4月中旬）填筑，根据由各种情况产生的温度应力计算结果表明，除因遇寒潮引起的表面温度应力超过同龄期的混凝土抗拉强度外，皆可满足要求，为此制定温控措施于后。（1）坝体允许浇筑温度据分析，RCC浇筑月份内坝体允许浇筑温度基本皆高于本月份的多年平均气温（见表8），故一般情况下无需采取专用的温控措

18、施，只有当平均气温高于允许浇筑温度时，才须采取适当的降温措施，例如冷水拌合预冷骨料或在早晚气温较低时浇筑。（2）坝面保温遇寒潮侵袭时，对坝面及短时间或较长时间间歇的仓面及时复盖保温材料（3cm厚的泡沫塑料板），尤其是上游坝面及溢流面；另外，加强天气预报工作，预计寒潮来临时，适当延长拆模时间（指木模）。为了防止由于气温年变化及混凝土内外温差引起的表面裂缝，在低温季节（11月份至3月份）对已浇的长期暴露部位混凝土表面进行保温，特别是靠近基础部位，上游面及孔洞进出口处，保温材料用泡沫塑料板、草袋等。仓面采用喷雾或洒水冷却措施，以降低表面温度。表 8 约束区坝体允许浇筑温度表（）高 程6888（2#、

19、3#、4#坝段）68112.4（5#坝段）88149.4（1#、2#、3#、4#坝段）112.4149.4（5#、6#坝段）149.4178.0浇筑月份4（上中旬）（下旬）多年平均气温10.712.616.5允许浇筑速度 注：非约束区坝体允许浇筑温度可提高1210 可靠度分析根据已经颁布的水利水电工程结构可靠设计统一标准（GB50199-94）（下称水工统标）的要求，我们对棉花滩RCCD进行了初步可靠度分析。仅取挡水坝段单宽分析，计算了基本作用组合及偶然作用组合二种情况，按水工统标要求，坝体断面必须满足坝基面的抗滑稳定、坝趾处混凝土抗压承载能力极限状态及坝踵垂直应力控制条件的正常使用极限状态要求。坝体可靠指标值的计算结果见表9。棉花滩大坝为1级水工建筑物，其结构安全级别为1级，水工统标中规定，在基本作用组合下坝体承载能力极限状态目标可靠指标值为4.2，而偶然作用组合下的值在水工统标中虽未作出规定，但据研究，一般可采用比基本作用组合降低0.5左右，因此，上述计算结果均大于规定值，坝体断面可满足要求。 表9 可靠指标值计算结果 控制条件组合情况坝基面抗滑稳定坝趾抗压强度坝踵应力条件4.57856.90545.0偶然组合4.29586.5743