河海大學(xué)水工建筑物重力壩

1、一、重力壩的工作原理及其特點 1、工作原理 利用自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地 基間的凝聚力來抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定 利用自重引起的壓應(yīng)力來抵消由水壓力產(chǎn)生 的拉應(yīng)力 橫 縫 排水孔 排水管 灌漿帷幕 帷幕灌漿 孔 非溢流壩段 上游水位 2 2、重力壩的特點、重力壩的特點 斷面尺寸大，抵抗?jié)B漏、漫頂破壞的能力強，在各種壩型中失事率最低 對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強 泄流問題容易解決 施工導(dǎo)流容易解決 體積大便于機械化施工 結(jié)構(gòu)作用明確 2-1 2-1 概述概述 由于體積大，材料強度不能充分利用 底部揚壓力大，對穩(wěn)定不利 由于體積大，水化熱不易散發(fā)，溫控 要求高 2-1 2-1 概述概述 2、重

2、力壩的特點 二、重力壩的型式二、重力壩的型式 按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分 實體重力壩 寬縫重力壩 空腹重力壩 2-1 2-1 概述概述 2-1 2-1 概述概述 按作用分 非溢流重力壩 溢流重力壩 2-1 2-1 概述概述 按建筑材料分 混凝土重力壩 碾壓混凝土重力壩 漿砌石重力壩 2-1 2-1 概述概述 三、重力壩設(shè)計的主要內(nèi)容三、重力壩設(shè)計的主要內(nèi)容 1、總體布置 壩軸線 組成建筑物的位 置 2、剖面設(shè)計 3、穩(wěn)定分析 4、應(yīng)力分析 5、構(gòu)造設(shè)計 6、地基處理 7、溢流壩或泄水孔設(shè)計 8、監(jiān)測設(shè)計 2-1 2-1 概述概述 2-2 2-2 重力壩的荷載及其組合重力壩的荷載及其組合 一、荷載 荷載 作用

3、 不隨時間變化的-永久作用永久作用如自重、土壓力等 隨時間變化的-可變作用可變作用如水壓力、揚壓力、 溫度、孔隙水壓力等； 偶然發(fā)生的-偶然作用偶然作用如地震、校核水 位下的水壓力等 可變作用是指在設(shè)計基準期內(nèi)作用的量值隨時間 變化與平均值之比不可忽略的作用。 1 1、自重、自重 壩體自重是重力壩的主要荷載之一。 W=A+ -壩上永久設(shè)備重 沿壩基面滑動，僅計壩體重量； 沿深層滑動，需計入滑體內(nèi)巖體重； 用有限單元法計算時，應(yīng)計入地基初始應(yīng) 力的影響； 假定：假定： 1地基中任一點的垂直應(yīng)力(y)=h 2水平應(yīng)力(x)=h 3剪應(yīng)力(xy)=0 1上游面垂直 2上游面傾斜 擋水壩段 溢流壩段

4、3水的容重 清水 渾水(按實際情況考慮) 2 2、靜水壓力、靜水壓力 壩基揚壓力包括兩部分 下游水深引起的浮托力； 由水頭差引起的滲透 壓力； 滲透壓力從上游向下游逐漸消減，其變化呈滲透壓力從上游向下游逐漸消減，其變化呈 拋物線分布。揚壓力對壩體穩(wěn)定不利，拋物線分布。揚壓力對壩體穩(wěn)定不利， 為減小揚壓力需采取工程措施： 設(shè)帷幕設(shè)帷幕 用折減系數(shù)表示巖體構(gòu)造、性質(zhì)、帷幕的 深度、厚度、灌漿質(zhì)量、 排水孔直徑、間距、 深度等因素。 設(shè)排水設(shè)排水 3 3、揚壓力、揚壓力 ( (含壩基和壩體內(nèi)揚壓力含壩基和壩體內(nèi)揚壓力) ) 規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定： 河床壩段 ：=0.20.3 岸坡壩段 ：=0.30.4

5、 需要指出需要指出：原型觀測資料表明：揚壓力因受泥沙淤 積的影響隨時間延長而減小，對穩(wěn)定有 利。 壩體內(nèi)揚壓力 4.4.動水壓力動水壓力 溢流壩泄水時，溢流面上作用有動水壓力，其中壩頂曲線段和下游直線 段上的動水壓力較小，可忽略不計。在反弧段上需根據(jù)水流動力方程求解動水壓 力。 反弧段上總水平分力和垂直分力為： )sin(sin )cos(cos 12 12 vF vF g q y g q x 根據(jù)動量沖量原理：單位時間內(nèi)物體動量的增量 等于該物體所受外力的合力即 t vmvm F 12 5 5、冰壓力、冰壓力 冰壓力包括靜冰壓力和動冰壓力 靜冰壓力： 寒冷地區(qū)，水庫表面將結(jié)冰，當氣溫升 高

6、時，冰層膨脹，對建筑物產(chǎn)生的壓力。 大?。?取決于冰層厚度、開始升溫時的氣溫及 溫 升率。見教材表2-18。(表中數(shù)據(jù)為單 位面 積上的靜冰壓力，總的應(yīng)乘上冰厚)。 1pibi Fmf d b ibbic fK f 冰層厚度（m）0.40.60.81.01.3 靜冰壓力標準值 （kN/m） 85180215245280 說明：說明： 1冰壓力對高壩可以忽略，因為一方面水庫開闊， 冰易凸起破碎，另一方面在總荷載中所占比例較 ??； 2對低壩、閘較為重要，它占總荷載的比重大； 3某些部位如閘門進水口處及不宜承受大冰壓力 的部位，可采取沖氣措施等。 iicb icib bdfF AfVdF 5 . 0

7、 07. 0 2 1 動冰壓力： 當冰破碎后，受風(fēng)和水流的作用而漂流， 當冰塊撞擊在壩面或閘墩上時將產(chǎn)生動冰壓力。 當冰的運動方向垂直或接近垂直壩面時，按式(2- 51) (2-52)計算，取其中小值。 6 6、泥沙壓力、泥沙壓力成因 水庫蓄水后，入庫水流流速降低并趨 于零，挾帶的泥沙隨流速減小而沉積 于壩前，其過程是先沉積大顆粒，而 后沉積細顆粒。 計算 a、淤積高程 壩前淤積逐年增高，可根據(jù)河流的挾沙 量進行估算，估算年限通常為50-100年。 b、指標 淤積的泥沙逐年固結(jié)，容重和內(nèi)摩擦角 也 在逐年變化，很難算準，設(shè)計時可根據(jù) 經(jīng) 驗取定，象黃河這樣的多沙河流應(yīng)由試 驗 定出。 c、計算

8、公式 )45( 2 022 2 1n tghP nnn 6、泥沙壓力 7.7.浪壓力浪壓力 成因-空氣流動，帶動水體，形成波浪。 波浪三要素 2hl(2hm)波高； 2Ll (2Lm) 波長； h0 (hz)波浪中心線與靜水位的距離； a、波浪涌高2hL 波浪運動不受庫底影響-深水深水 波波 波浪運動受庫底影響，且 庫水深小于臨界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)時-破破 碎波碎波 水深大于臨界深度Hk小于LL波浪受庫底影響-淺淺 水波水波 3 1 4 5 0166. 02DVh fL b、波長2L 8 . 0 )2(4 .102 LL hL c、波浪中心線距靜水面的距離h。 LL L L

9、H L h cthh 1 2 2 4 0 d、平原、濱海地區(qū)按莆田公式計算，見式（2-23、24、25） 式中：cth為雙曲余切 0.45 0.7 2 0 22 0.7 00 2 0 0.0018 0.13th 0.7th 0.13th 0.7 mm m gD VghgH VV gH V 0.5 2 00 13.9 mm gTgh VV （2-23) （2-24) （2-25) 2 2 th 2 mm m m gTH L L 內(nèi)陸峽谷水庫用官廳公式計算，見式（2-27、28） (適用于V020m/s，Dx x, ,自自 鉛直線量取；鉛直線量?。?y yx x, ,自水平線量取。自水平線量取。

10、有揚壓力的壩內(nèi)應(yīng)力有揚壓力的壩內(nèi)應(yīng)力 (全截面線性分布全截面線性分布) 22 22 2 1 )( xyyx )( 2 2 1 1 xy arctg 0)( yuxux p 0)( uyuyx p （ 2-54） 4 4、考慮揚壓力時的計算方法、考慮揚壓力時的計算方法 ( (全截面呈折線分布全截面呈折線分布) ) 實際上由于壩體及壩基實際上由于壩體及壩基 的防滲、排水等作用，水平的防滲、排水等作用，水平 截面上的揚壓力一般呈折線截面上的揚壓力一般呈折線 分布。計算時，可將揚壓力分布。計算時，可將揚壓力 分解為一個全截面呈梯形或分解為一個全截面呈梯形或 三角形分布和一個在上游部三角形分布和一個在上

11、游部 分呈局部三角形分布的圖形。分呈局部三角形分布的圖形。 三、應(yīng)力分析的有限單元法三、應(yīng)力分析的有限單元法 在有限元法計算中， 一般把壩體作為平面應(yīng)力 問題，壩基作為平面應(yīng)變 問題進行分析。 壩基應(yīng)包括主要的 地質(zhì)構(gòu)造，要取足夠大的 范圍，在所取范圍的邊緣 位移應(yīng)已很小，可以忽略， 可假定為固支或鉸支邊界。 所取地基范圍，一般在壩 踵和壩趾分別向上、下游 取一倍壩高，壩基深度也 取一倍壩高。先把壩體和 地基平面離散化，得到有 限個離散單元，在單元角 點或邊線某些選定點作為 鉸接，稱之為節(jié)點。 以取平面問題的三角形單元為例， 如圖4-14(a)所示，它有6個結(jié)點位移 分量，即 e iijjmm

12、 uuu 同時，三角形的3個結(jié)點上存在著結(jié)點力 (4-40) U e iijjmm FUVUVV 在單元內(nèi)部任意一點的水平位移和垂直位移 的一般表達式為 e u N e N x 式中： 為單元結(jié)點的位移列向量； 為形函數(shù)矩陣，是坐標的函數(shù)。根據(jù)幾何方程式 可以得出關(guān)系式 、 e B B 為單元的應(yīng)變矩陣。 T xyxy D D e S SDB S 據(jù)彈性理論中的廣義虎克定律，可以得出單元應(yīng)力 與應(yīng)變的關(guān)系式。 式中： 為應(yīng)力列陣； 為轉(zhuǎn)換矩陣。 (4-44) 為彈性矩陣將式(4-43)代入式(4-44)，得 (4-45) (4-46) 四、壩體強度驗算四、壩體強度驗算 壩基面 運用期 施工期

13、下游壩基(壩趾)處允許有不大 于0.1MPa的拉應(yīng)力 壩趾處允許壓應(yīng)力取試塊 巖石極限抗壓強度的(1/251/5) 強度高者分母取大值 強度低者分母取小值 max min 0 y y 壩基 5 5 5 壩壩 體體 運用期 施工期 地 震 允許壓應(yīng)力可提高30% 拉應(yīng)力的安全系數(shù)不小于2.0 1 砼壓 下游面可以有不大于0.2MPa的主拉應(yīng)力 h y y 0min max )4 . 025. 0( 砼 分項系數(shù)極限狀態(tài)壩體強度驗算分項系數(shù)極限狀態(tài)壩體強度驗算 2 2 (*)()(1) RRR RR WM T Sm AJ (*)(*) CR RfRf或 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DLS408-1999

14、）采用分 項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法，即荷載計算時，考慮了各 種作用（荷載）都有變異性或隨機性。并給出了各種 作用的分項系數(shù)，從而計算出相應(yīng)的設(shè)計值，然后用 材料力學(xué)法計算各應(yīng)力分量并用極限狀態(tài)設(shè)計原則進 行強度驗算。 1. 1.承載能力極限狀態(tài)壩趾的抗壓強度驗算承載能力極限狀態(tài)壩趾的抗壓強度驗算 驗算壩趾抗壓強度時，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)，按 式（1-58）和（1-59）分別計算基本組合和偶然組合兩 種情況，計算時按公式要求采用材料的標準值和作用 的標準值或代表值。作用效應(yīng)函數(shù) (4-53) 2 2 (*)()(1) CCC CC WM T Sm AJ (*) C Rf 2.2.承載能力極限狀態(tài)壩

15、體選定截面下游端點的承載能力極限狀態(tài)壩體選定截面下游端點的 抗壓強度驗算抗壓強度驗算 驗算壩體選定截面下游端點的抗壓強度時，同 樣應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)，按式(1-58)和式(1-59)分 別計算基本組合和偶然組合兩種情況，計算時按公 式要求采用材料的標準值和作用的標準值或代表值。 作用效應(yīng)函數(shù) 3. 3. 正常使用極限狀態(tài)壩體上、下游面拉應(yīng)力驗算正常使用極限狀態(tài)壩體上、下游面拉應(yīng)力驗算 （1）運行期壩體上游面上游面拉應(yīng)力驗算 0 R RR R R J TM A W （2 2）施工期壩體下游面拉應(yīng)力驗算）施工期壩體下游面拉應(yīng)力驗算 應(yīng)力控制標準與采用的分析方法有關(guān)，應(yīng)力分析方法不 同，控制標準也

16、不一樣，目前我國重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定了按 材料力學(xué)法計算的應(yīng)力控制標準，還提出了有限元法計算壩有限元法計算壩 體應(yīng)力時的應(yīng)力控制標準。體應(yīng)力時的應(yīng)力控制標準。 用有限元法計算壩體應(yīng)力時，作用(荷載)取標準值，材料、 地基性能應(yīng)根據(jù)試驗結(jié)合工程類比取定值計算。有限元法計 算混凝土重力壩上游垂直應(yīng)力時，控制標準為： (1)(1)壩基上游面壩基上游面：計入揚壓力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于壩底 寬度的0.07倍或壩踵至帷幕中心線的距離。 (2)(2)壩體上游面壩體上游面：計入揚壓力時，拉應(yīng)力區(qū)寬度宜小于計算 截面寬度的0.07倍或計算截面上游面至排水孔(管)中心線的 距離。 100 CCC CC WM T

17、AJ kPa 五、非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響五、非荷載因素對壩體應(yīng)力的影響 地基變形對壩體應(yīng)力的影響地基變形對壩體應(yīng)力的影響 地基不均勻?qū)误w應(yīng)力的影響地基不均勻?qū)误w應(yīng)力的影響 壩體跨越不同彈模的巖體，應(yīng)力將受到一 定的影響 當壩踵處的彈模高于壩趾處的彈模時，壩 踵易出現(xiàn)拉應(yīng)力 壩體不同材料對壩體應(yīng)力的影響壩體不同材料對壩體應(yīng)力的影響 壩體外部材料彈模越高，壩踵越易出現(xiàn)拉應(yīng)力 縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響 縱縫對壩體應(yīng)力的影響縱縫對壩體應(yīng)力的影響 分期施工對壩體應(yīng)力的影響分期施工對壩體應(yīng)力的影響 2-5 2-5 重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計重力壩的剖面及優(yōu)化設(shè)計 一、設(shè)計原則一、設(shè)計原

18、則 1、滿足穩(wěn)定和強度要求； 2、盡可能節(jié)省工程量，使剖面尺寸最??； 3、外部形狀簡單，便于施工； 4、運行管理方便； 二、基本剖面二、基本剖面 定義：定義：基本剖面是指壩體在自重、庫水壓力和 揚壓力三個主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和應(yīng) 力要求并使其剖面最小的三角形剖面。 （一）按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度（一）按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度 假定上游庫滿水位平三角形頂點，荷載只考假定上游庫滿水位平三角形頂點，荷載只考 慮水平水壓力慮水平水壓力P P（假設(shè)下游無水），水重假設(shè)下游無水），水重QQ 和壩體自重和壩體自重G G以及揚壓力以及揚壓力U U。在壩軸線方向取在壩軸線方向取 單位長度壩體，其上下游面

19、的水平投影長度單位長度壩體，其上下游面的水平投影長度 分別為分別為BB，和（和（1- 1-）B B。 1 1設(shè)計工況設(shè)計工況 滿庫和空庫兩種工況滿庫和空庫兩種工況 2 2強度標準強度標準 重力壩上下游邊緣不出現(xiàn)重力壩上下游邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力拉應(yīng)力。 3 3方法方法 庫空：庫空： 0 0 1 1 滿庫：滿庫： ， 當當0 0時，時， 0 2 1 c 1 0 1 c H B )2()1( 1 0 r c rH B -0.20-0.20 （二）按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度（二）按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度 （1）加大，可以利用上游傾斜壩面上的水重增加壩 體穩(wěn)定，減小壩底寬度B；由于應(yīng)力條件的限制， 值不能

20、隨意加大。 （2）最優(yōu)的的值，應(yīng)通過應(yīng)力和穩(wěn)定條件聯(lián)立求 解。 （3）當f較大時，B/H由應(yīng)力條件控制； 當f較小時，B/H由穩(wěn)定條件控制。 按應(yīng)力條件按應(yīng)力條件 )( 1 0 c f K H B 3 . 0 5 . 0 8 . 0 0 . 1 按穩(wěn)定條件按穩(wěn)定條件 （4 4）根據(jù)經(jīng)驗，一般）根據(jù)經(jīng)驗，一般n=00.2n=00.2，m=0.60.85m=0.60.85，B B約為約為H H的的0.70.90.70.9倍倍 6 . 0 75. 0 f f 從理論上講，基本剖面雖然經(jīng)濟，但不實用，因 為 ： 1壩頂不能是一個尖頂，不便于施工、運行管理 和交通。 2壩高不能剛好與水位齊平，必須有一定

21、的超高。 3廠房壩段需設(shè)閘門和攔污柵，希望上部做成垂 直的。 三、實用剖面三、實用剖面 壩頂寬度壩頂寬度 （1 1）滿足設(shè)備布置、運行、交通及施工的要求，非溢流壩的壩頂）滿足設(shè)備布置、運行、交通及施工的要求，非溢流壩的壩頂 寬度一般可取壩高的寬度一般可取壩高的810%810%，并不小于，并不小于2 2米。米。 （2 2）若作交通要道或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確）若作交通要道或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確 定，當有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時，壩頂最小寬度還應(yīng)滿足定，當有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時，壩頂最小寬度還應(yīng)滿足 強度的要求。強度的要求。 壩頂高程壩頂高程 壩頂或壩

22、頂上游防浪墻頂高出水庫靜水位高度壩頂或壩頂上游防浪墻頂高出水庫靜水位高度 h h2h2hl lh h0 0h hc c； 式中：式中： 2 2h hl l波浪高度，波浪高度， h h0 0 波浪中心線高出靜水位高度；波浪中心線高出靜水位高度；h hc c 安全超高。安全超高。 由于由于設(shè)計和校核采用的風(fēng)速不同設(shè)計和校核采用的風(fēng)速不同，設(shè)計和校核情況的，設(shè)計和校核情況的2 2h hl l、 h h0 0值不值不 同同。 。 設(shè)計洪水位計算的壩頂高程設(shè)計洪水位計算的壩頂高程h h設(shè) 設(shè)= =設(shè)計洪水位設(shè)計洪水位+ + h h設(shè) 設(shè) 校核洪水位計算的壩頂高程校核洪水位計算的壩頂高程h h校 校= =

23、校核洪水位校核洪水位+ + h h校 校 壩頂高程壩頂高程maxmax（ h h設(shè)， 設(shè)， h h校校） ），同時防浪墻高度，同時防浪墻高度 1.21.2mm 三、實用剖面三、實用剖面 剖面形態(tài)剖面形態(tài) 由基本剖面修改為實用剖面，有三種常用的形態(tài)。由基本剖面修改為實用剖面，有三種常用的形態(tài)。 （1 1）鉛直上游壩面）鉛直上游壩面 適用適用：壩基：壩基f f、c c較大，剖面由應(yīng)力條件控制。較大，剖面由應(yīng)力條件控制。 優(yōu)點優(yōu)點：便于布置和操作壩身過水管道進口控制設(shè)備。：便于布置和操作壩身過水管道進口控制設(shè)備。 缺點缺點：經(jīng)濟性不明顯。：經(jīng)濟性不明顯。 （2 2）上游壩面上部鉛直、下部傾斜）上游壩

24、面上部鉛直、下部傾斜 優(yōu)點優(yōu)點：利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，上部仍能便于管道：利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，上部仍能便于管道 進口布置和操作。進口布置和操作。 缺點缺點：上游折坡點要結(jié)合應(yīng)力和管道進口布置高程：上游折坡點要結(jié)合應(yīng)力和管道進口布置高程 選定，要驗算折坡點截面的強度和穩(wěn)定。一般在壩選定，要驗算折坡點截面的強度和穩(wěn)定。一般在壩 高的高的1/32/31/32/3的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。 （3 3）上游壩面略呈傾斜）上游壩面略呈傾斜 優(yōu)點：優(yōu)點：增加壩體自重，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定增加壩體自重，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定 性，可避免庫空時下游產(chǎn)生過大拉應(yīng)力。性，可避免庫空時下游產(chǎn)生過大拉應(yīng)力。

25、 適用：適用：f f、c c較小情況。較小情況。 三、實用剖面三、實用剖面 四、優(yōu)化設(shè)計四、優(yōu)化設(shè)計 1、確定描述壩體體形的設(shè)計參數(shù)； 2、建立目標函數(shù)，一般取結(jié)構(gòu)的重量和造價， 因重力壩的造價主要取決于壩體砼方量，故取 壩體體積作為目標函數(shù)； 3、確定約束條件，如穩(wěn)定約束、應(yīng)力約束、幾 何約束等； 4、優(yōu)化計算方法，目標函數(shù)和約束條件都是設(shè) 計參數(shù)的非線性函數(shù)，因此重力壩的優(yōu)化設(shè)計 是一個非線性規(guī)劃問題。 2-6 2-6 泄水重力壩設(shè)計泄水重力壩設(shè)計 壩身設(shè)有溢流面、底孔、中孔的重力壩稱 為泄水重力壩。它既是泄水建筑物，又是擋水建 筑物。因此它除了應(yīng)滿足擋水建筑物的穩(wěn)定強度 要求外，還應(yīng)滿足

26、水流條件、解決好下泄水流對 建筑物可能產(chǎn)生的空蝕、振動以及對下游的沖刷。 一、泄水重力壩的泄水方式 1、壩頂溢流式 從壩頂過水，閘門承受水頭較小，孔口 尺寸可以較大； 閘門全開時，下泄流量與水頭 的二分之三次方成正比； 閘門啟閉方便，易于檢查修理； 可以排冰及其他漂浮物，但不能預(yù)泄； 2、大孔口溢流式 為滿足預(yù)泄要求將堰頂高程降低； 利用胸墻擋水減小閘門高度； 低水位時胸墻不影響泄流，和堰頂泄流相同； 胸墻可以做成活動式的，當遇特大洪水時， 可將胸墻吊起來； 庫水位較低時， 不能供水和放空檢修； 3 3、深式泄水孔、深式泄水孔 按孔內(nèi)流態(tài)可分為按孔內(nèi)流態(tài)可分為 有壓泄水孔有壓泄水孔 無壓泄水孔

27、無壓泄水孔 流量與水頭的二分之一次方成比例，超泄能力小； 閘門承受水頭高，操作、檢修都比較復(fù)雜； 可向下游供水、預(yù)泄、放空、排沙和施工導(dǎo)流； 以上三種方式各有特色，應(yīng)結(jié)合具體情況比較選擇，一般可配合使用，但為簡化結(jié) 構(gòu)、便于施工和運用，類型不宜過多； 二、溢流重力壩的剖面設(shè)計二、溢流重力壩的剖面設(shè)計 1 1、溢流面、溢流面 1溢流面頂部曲線 視堰頂是否允許出現(xiàn)真空，有真空堰和 非真空堰兩種堰型，非真空堰曲線稍稍切入 相應(yīng)于薄壁堰的溢流水舌，使其在設(shè)計條件 下壩面不致發(fā)生真空；真空堰較非真空堰瘦， 堰面與自由水舌脫開，工程中常用的非真空 堰有克奧曲線和冪曲線(WES) 要求：堰面壓力分布合理，無

28、負壓； 泄流能力大； 這兩個要求實際上是矛盾的，為滿足這兩者， 出現(xiàn)了不同的堰曲線 1 n n d x y k H 定型設(shè)計水頭定型設(shè)計水頭H Hd d 當當H(H(運運) )HdHd時，出現(xiàn)負壓，時，出現(xiàn)負壓，QQ，負壓需控，負壓需控 制；制； 當H(運)Hd時，出現(xiàn)正壓，Q， 2直線段 直線段的坡度取用非溢流壩下游坡度，并 作調(diào)整，使其與非溢流壩在同一平面，上部與溢 流曲線相切，下部與反弧段相切。 3反弧段（結(jié)構(gòu)尺寸） 鼻坎高程 挑角 反弧半徑R l/h0.5時不分開 l/h0.5時分開 2 2、溢流壩的孔口尺寸、溢流壩的孔口尺寸 1 1己知設(shè)計洪水位和允許下泄流量己知設(shè)計洪水位和允許下泄

29、流量 先定先定qLHqLH。( (堰頂高程堰頂高程) ) 2未知設(shè)計洪水位,己知允許下泄流量 假定堰頂高程(孔口尺寸)，調(diào)最大泄量 與 q相比 影響因素：設(shè)計洪水標準； 下游防洪要求； 地形地質(zhì)條件(單寬流量) 總泄量 a、確定單寬流量 b、孔口尺寸 Q L q 0s QQQ 0 (1)(1)LLndnbnd 表4-6 永久性建筑物洪水標準 12345 正常運用(設(shè)計)10005005001001005050303020 非常運用(校核) 5000200020001000 1000500500200200100 運用情況 洪水重現(xiàn)期（年） 建筑物級別 3/2 0 2 gmB Q H g v H

30、H 2 2 0 0 (堰頂高程)=設(shè)計洪水位-H0 3 3、溢流壩頂部結(jié)構(gòu)布置、溢流壩頂部結(jié)構(gòu)布置 包括閘門、啟閉機、閘墩、工作橋、公包括閘門、啟閉機、閘墩、工作橋、公 路橋等路橋等 4、溢流重力壩的穩(wěn)定及強度計算 (方法同非溢流重力壩) 三、大孔口、深式泄水孔的布置三、大孔口、深式泄水孔的布置 1、大孔口的布置 為滿足預(yù)泄洪水、減小閘門高度 的要求，在壩頂可布設(shè)帶胸墻的大孔 口泄水建筑物,大孔口泄流視水頭與孔 口高度情況分為三種： 1Hmax/D1.5 堰頂按孔口射 流曲線設(shè)計 2Hmax/D1.2 堰流 31.2 Hmax/D1.5 通過試驗 確定曲線型式，最大負壓不超過3-6m 水柱高

31、2 2、深式泄水孔的型式及布、深式泄水孔的型式及布 置置 1 1深式泄水孔易產(chǎn)生的問題深式泄水孔易產(chǎn)生的問題 孔內(nèi)流速高，易產(chǎn)生負壓、孔內(nèi)流速高，易產(chǎn)生負壓、 空蝕、振動；空蝕、振動； 閘門在水下，承受壓力大，檢修困難，啟門 力也相應(yīng)加大； 門體結(jié)構(gòu)、止水和啟閉都較復(fù)雜； 2深式泄水孔的型式 按水流條件分 有壓：優(yōu)點：工作閘門布置在出口，門后為大氣， 可部分開啟，出口高程低，利用水頭大，Q大可 使斷面尺寸較?。?缺點缺點：閘門關(guān)閉時，孔內(nèi)承受較大：閘門關(guān)閉時，孔內(nèi)承受較大 的內(nèi)的內(nèi) 水壓力，對壩體的應(yīng)力和防滲水壓力，對壩體的應(yīng)力和防滲 不不 利，常需鋼板襯砌；利，常需鋼板襯砌； 無壓：優(yōu)點：工

32、作閘門在進口，可以部分開啟， 關(guān)閉后孔道內(nèi)無水，明流段可不 用鋼板襯砌，施工簡便，干擾少， 有利于加快進度； 缺點：斷面尺寸大，削弱壩體； 按所處高程分：中孔-位于壩高1/3-2/3范圍 內(nèi) 底孔-位于壩高底部1/3范圍 內(nèi) 按布置的層數(shù)分：單層、多層(雙層) 3 3深式泄水孔的布置深式泄水孔的布置 A A、進口曲線、進口曲線 要求：要求：a a、水頭損失小，泄水能力大；、水頭損失小，泄水能力大； b、控制負壓，防止空蝕； 進口曲線：(橢圓方程) 2 2 22 1 y x AA 常采用常采用1/41/4橢圓，長軸與孔軸平行橢圓，長軸與孔軸平行 對圓形孔對圓形孔 A=A=直徑直徑 =0.30=0

33、.30 孔口兩側(cè)孔口兩側(cè) A= A=孔寬孔寬 =1/4 =1/4 對矩形孔對矩形孔 A=A=孔高孔高 =1/3=1/31/41/4 B、管身 有壓：有壓：用圓形，過水 能力強，周邊應(yīng)力較好； 無壓：無壓：用矩形，留足 夠的凈空頂部距水面矩離取最大流量不摻 氣水深的3050 C C、漸變段、漸變段 由方由方圓圓( (進口段用進口段用) ) 由圓由圓方方( (出口段用出口段用) ) 因施工較復(fù)雜，不宜太長，為滿足水流平順要求又不宜太短，故常取 L=(1.52.0)D D D、豎向連接、豎向連接 由緩變陡時，由緩變陡時， 用用拋物線拋物線 由陡變緩時，由陡變緩時， 用用反弧反弧 E E、平壓管和、平

34、壓管和 通氣孔通氣孔 四、泄水重力壩的下游消能四、泄水重力壩的下游消能 通過壩體的下泄水流具有很大的能量，當水位差為40m時，單寬流量q=50秒立方米， 1米寬河床內(nèi)的水流動能可達24000匹馬力，如此巨大的能量主要消耗于兩個方面： 1、水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動、 漩渦； 2、水流與固體邊界作用，如摩擦、沖刷等； 當沖刷擴展到壩基時，就會危及壩體安全； 消能設(shè)計原則：消能設(shè)計原則：1 1盡量增加水流的內(nèi)部紊動盡量增加水流的內(nèi)部紊動 2 2限制水流對河床的沖刷限制水流對河床的沖刷 范圍范圍 消能方式：(底流消能、挑流消能、 面流消能、消力戽消能) 1、底流消能 1工作原理 在壩趾下游設(shè)

35、消力池、消力坎等， 促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過 水流的內(nèi)部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。 2產(chǎn)生底流消能的條件 1 2 ( 1 81) h rh F 圖3-48 水躍類型 (a)波狀水躍(b)弱水躍(c)振蕩水躍 (d)穩(wěn)定水躍(e)強水躍 3 3巖基上護坦的構(gòu)造巖基上護坦的構(gòu)造 要求：護坦厚度應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，在揚要求：護坦厚度應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，在揚 壓力和脈動壓力作用下不浮起。壓力和脈動壓力作用下不浮起。 荷載：水重集度P 平均脈動壓強A 動水壓力 (比較復(fù)雜，由試驗確定) 揚壓力強度U(設(shè)排水時，僅有浮托力， 不設(shè)排水時，除考慮浮托力外還有滲 透 壓力) 增穩(wěn)措施-錨筋 h h PAU

36、PAU k k 2、挑流消能 1工作原理 利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴散， 摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成 旋滾，消耗能量約20。起初沖刷河床，形成 沖坑，達一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩(wěn)定。 2設(shè)計內(nèi)容 選擇鼻坎型式 反弧半徑 鼻坎高程 挑射角度 3連續(xù)式挑坎 R水流轉(zhuǎn)向容易， 但鼻坎向下游延伸較長， 工程量增加； RR水流轉(zhuǎn)向困難，一般取水流轉(zhuǎn)向困難，一般取(8-10)h(8-10)hc c； 挑射距離遠，入水角大，沖坑深；挑射距離遠，入水角大，沖坑深； 挑射距離近，入水角小，沖坑淺；挑射距離近，入水角小，沖坑淺； =2035 鼻坎高程一般高出下游最高水位1-2m。 4對壩體

37、安全的評估 挑距 沖坑 222 1 11112 0.50.25 sincoscossin2 () g k Lvvvg hh tqH )( ,00. 5/ 50. 2/ ttttL tL kkk k 對陡傾角巖石對陡傾角巖石: 對緩傾角巖石對緩傾角巖石: 5差動式挑坎 使水流通過高低坎分為兩股射出，在垂直方 向有較大的擴散，水舌入水寬度增加，減少了單 位面積上的沖刷能量，兩股水流在空中互相撞擊、 摻氣加劇。因此沖坑較連續(xù)式的淺，約減少35， 但挑距將有所減小。 主要缺點：高坎側(cè)面極易形成負壓而產(chǎn)生空蝕。 3、面流消能 工作原理：利用鼻坎將水流挑至水面(不是空中)， 在主流下面形成旋滾，從而達到消

38、能 的目 的。 結(jié)構(gòu)尺寸：同挑流鼻坎 不同之處：鼻坎低一些(下游水位附 近) ； 小一些(=0) 適用場合：下游水位較深，單寬流量變化范 圍小，水位變幅不大； 有排冰和漂木要求； 缺點：消能效率不高；缺點：消能效率不高； 下游水面波動大；下游水面波動大； 影響電站穩(wěn)定運行和通航。影響電站穩(wěn)定運行和通航。 圖圖3-74 3-74 跌坎面流消能基跌坎面流消能基 本流態(tài)本流態(tài) （a a）自由面流；）自由面流； （b b）混合面流）混合面流 （c c）淹沒混合面流；）淹沒混合面流； （d d）淹沒面流，）淹沒面流， 4、消力戽消能 工作原理：利用戽坎在水下的特點，使水 流分別在戽內(nèi)和戽后漩滾，形 成“

39、三滾一浪”，進而達到消 能目的。 設(shè)計內(nèi)容：確定反弧半徑R R坎上水流出流條件好， 戽內(nèi)漩滾水體相應(yīng) 加 大，對消能有利， 但R太大，效果不顯 著，且戽體工程量 加 大。 戽坎高度戽坎高度a a 戽坎應(yīng)高于河床，以防泥沙雜戽坎應(yīng)高于河床，以防泥沙雜 物物 卷入戽內(nèi)，一般取尾水深的卷入戽內(nèi)，一般取尾水深的 1/91/9， a=R(1-a=R(1-COSCOS) 挑射角度 大部分工程采用45，也有采 用37-40，易產(chǎn)生戽流， 但涌浪高沖坑深戽內(nèi)漩滾 易 超出戽外，最好由試驗確定。 戽底高程 一般取與河床同高，原則上保證 在各級流量和下游水位條件下 均 能發(fā)生穩(wěn)定戽流。 優(yōu)點：工程量比消力池省，沖

40、刷坑比挑流消能 小，不存在霧化問題。 缺點：下游水位波動較大，延綿范圍較長，易沖缺點：下游水位波動較大，延綿范圍較長，易沖 刷河岸，對航運不利，底部漩滾會把河刷河岸，對航運不利，底部漩滾會把河 床床 砂石帶入戽內(nèi)，磨損戽面，增加維修費砂石帶入戽內(nèi)，磨損戽面，增加維修費 用。用。 5、寬尾墩與挑流聯(lián)合消能 6、不利流態(tài)-折沖水流的產(chǎn)生及其防止 折沖水流：閘壩泄向下游的水流，主流在平面 上不能均勻擴散，兩側(cè)形成回流， 使主流受擠壓，單寬流量增加，當 兩側(cè)回流強度不同、水位不同時， 可能將主流壓向一側(cè)，并沿下游河 道或左或右擺動的現(xiàn)象。 參見教材Page441 圖10-6。 防止措施：防止措施： 1

41、在樞紐布置上盡可能使下泄水流與原河道 主流一致； 2規(guī)定閘門操作程序，均勻?qū)ΨQ開啟； 3設(shè)分水墻，布置消力墩、擴散檻和齒檻等 4進行水工水力學(xué)模型試驗； 2-7 2-7 重力壩的材料及構(gòu)造重力壩的材料及構(gòu)造 一、重力壩的材料一、重力壩的材料 重力壩的材料主要是混凝土，山區(qū)也有 用石塊砌 1 1水土混凝土的特點水土混凝土的特點 抗壓性能好 多用于承受壓力的結(jié)構(gòu)； 可塑性好 可以制成結(jié)構(gòu)所需要的形狀 能抗?jié)B、抗侵蝕 可進行機械化施工 ，節(jié)省勞動力 可進行水下施工，大大改善施工條件 可制成預(yù)制件 2 2混凝土的設(shè)計強度及齡期混凝土的設(shè)計強度及齡期 強度包括抗拉、抗壓、抗剪。通常用標強度包括抗拉、抗壓

42、、抗剪。通常用標 號來表示砼強度的高低。號來表示砼強度的高低。 砼強度是隨著齡期增長的，那么在規(guī)定設(shè)計標 號時應(yīng)同時規(guī)定設(shè)計齡期 。 抗壓：規(guī)定設(shè)計齡期為90天，不超過180 天，28天齡期時的強度不低于75號 抗拉：規(guī)定設(shè)計齡期為28天，一般不采用后 期強度。 常用的砼標號有C10、C15、C20、C25、C30、 C40等。 在試驗室里，用砼拌和物做成在試驗室里，用砼拌和物做成2020202020cm20cm的試塊，在標的試塊，在標 準條件準條件( (溫度溫度20203 3C C，相對濕度，相對濕度9595以上以上) )下養(yǎng)護下養(yǎng)護2828天天(90(90天天) ) 作抗壓試驗。測得作抗壓

43、試驗。測得 其極限抗壓強度，以kg/c表示，即為標號。 (抗壓強度=(75-85)標號) 3 3、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性 耐久性包括抗?jié)B、抗凍、抗磨、抗侵蝕 抗?jié)B：指抵抗壓力水滲透的性能，用抗?jié)B標號 表示，可根據(jù)作用水頭與抗?jié)B砼層厚度 的比值 (滲透坡降)選定。 抗凍：指砼在飽和狀態(tài)下，經(jīng)過多次凍融循環(huán) 而不破壞，也不嚴重降低強度的性能。 抗磨：指抵抗高速水流或挾沙水流的沖刷磨損的抗磨：指抵抗高速水流或挾沙水流的沖刷磨損的 性能。目前尚未訂出明確的技術(shù)標準，通性能。目前尚未訂出明確的技術(shù)標準，通 常有抗磨要求的砼其抗壓強度不得低于常有抗磨要求的砼其抗壓強度不得低于 200號。 抗侵蝕：

44、某些物質(zhì)的化學(xué)作用，需進行水質(zhì)分析 二、壩體混凝土分區(qū)二、壩體混凝土分區(qū) 理由：因壩體各部位受力條件不同，為節(jié)約和 合理使用水泥而為之。 分區(qū)：-上下游水位以上壩體表層砼 -上下游水位變化區(qū)的壩體表層砼 -上下游最低水位以下壩體表層砼 -靠近地基的砼 -壩體內(nèi)部砼壩體內(nèi)部砼 -抗沖刷部位砼抗沖刷部位砼( (如溢流面、泄水孔如溢流面、泄水孔 周邊周邊 導(dǎo)墻閘墩等導(dǎo)墻閘墩等) ) 為便于施工，應(yīng)盡量減少混凝土標號的類別，相鄰區(qū)的強度標號不應(yīng)超過兩級，以免引起應(yīng)力集中或 產(chǎn)生溫度裂縫。分區(qū)厚度不小于2-3m。 三、壩頂構(gòu)造三、壩頂構(gòu)造 四、施工溫度控制及裂縫的防止四、施工溫度控制及裂縫的防止 混凝土

45、在施工過程中，由于水泥水化熱的影響，引起體積變化，如果 體積受到外部或內(nèi) 部的約束，便產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當應(yīng)力值超過初期混凝土 的抗拉能力時(砼初期抗拉強度是很低的)便出現(xiàn)裂縫。因此應(yīng)嚴格控制溫度。 1 1、溫度變化規(guī)律、溫度變化規(guī)律 為了深入理解混凝土塊體內(nèi)溫度裂縫的成因，首先需了解壩為了深入理解混凝土塊體內(nèi)溫度裂縫的成因，首先需了解壩 體砼溫度的變化規(guī)律體砼溫度的變化規(guī)律 砼澆筑入倉后，其溫度將有一個復(fù)雜的 變化過程，它與以下三個因素有關(guān)： 1砼在硬化過程中散發(fā)水化熱成為內(nèi)部熱源； 2流態(tài)砼入倉時的溫度與當時周圍介質(zhì)的溫 度不同，即存在“初始溫差”； 3周圍氣溫隨時間在變化； 由于上述三個因素

46、的存在，砼內(nèi)部各點 之間以及砼與周圍介質(zhì)存在溫差，熱量在其 間流動傳導(dǎo)，大體上講，砼入倉后任一點的 溫度變化過程為: 混凝土的溫度變化過程混凝土的溫度變化過程 大體積混凝土的溫度變化過程，可分為3 個階段：溫升期，降溫期 （冷卻期），和穩(wěn)定期。 2 2、溫度應(yīng)力及裂縫成因、溫度應(yīng)力及裂縫成因 溫度變化后，砼產(chǎn)生體積變形，當變形溫度變化后，砼產(chǎn)生體積變形，當變形 不能自由發(fā)生而受到約束時即產(chǎn)生溫度應(yīng)力。不能自由發(fā)生而受到約束時即產(chǎn)生溫度應(yīng)力。 根據(jù)約束的特點，溫度應(yīng)力可分為： 基礎(chǔ)約束溫度應(yīng)力易導(dǎo)致貫穿性裂縫 砼自身約束溫度應(yīng)力易導(dǎo)致表面裂縫等 混凝土壩溫度裂縫混凝土壩溫度裂縫 3 3、溫度裂縫

47、的控制與防止、溫度裂縫的控制與防止 1注意澆筑塊的溫度、濕度控制 減少砼水化熱溫升是降低溫度應(yīng)力防止裂縫的重要方法，包括： 減少水泥用量 如分區(qū)采用不同標號砼、埋塊石、在水泥中加摻合劑 降低砼的入倉溫度，如預(yù)冷骨料，加冰拌和。 采取措施散發(fā)熱量，包括人工冷卻和天然散熱 2提高砼的澆筑質(zhì)量和抗裂性能 高壩靠近地基部位28天齡期砼不低于C15- C20，壩內(nèi)90天齡期不低于C10 中低壩，上述標號可適當降低，但不低于90 天齡期C10 提高砼澆筑質(zhì)量，合格率不低于80，離差 系數(shù)應(yīng)盡量小于0.15 3分縫(橫縫和縱縫) 目的：a、適應(yīng)施工能力的要求 b、防止溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫 c、防止不均勻沉降產(chǎn)生

48、裂縫 型式：橫縫：垂直于壩軸線，相隔型式：橫縫：垂直于壩軸線，相隔12-20m12-20m，有，有 時顧及溢流孔口尺寸和廠房機組間時顧及溢流孔口尺寸和廠房機組間 距。距。 永久縫-縫面為平面，縫寬1-2cm， 縫內(nèi)設(shè)止水，止水材料可用 金 屬片(如紫銅片)、橡膠、塑 料 和瀝青等。 臨時縫-縫面為楔形鍵槽，為傳遞力需灌漿 。 臨時縫適合于下列情況 a a、河岸狹窄，做成整體以發(fā)揮兩岸的支撐作用；、河岸狹窄，做成整體以發(fā)揮兩岸的支撐作用； b b、岸坡較陡，做成整體以改善岸坡壩段的穩(wěn)定性；、岸坡較陡，做成整體以改善岸坡壩段的穩(wěn)定性； c c、對軟弱破碎帶上的壩段，做成整體可增加壩體剛度；、對軟弱

49、破碎帶上的壩段，做成整體可增加壩體剛度； d d、提高大壩的抗震性能；、提高大壩的抗震性能； 橫縫鍵槽的方向可豎向布置也可水平向布橫縫鍵槽的方向可豎向布置也可水平向布 置。置。 縱縫：沿壩軸線布置，屬于臨時縫；待壩體溫縱縫：沿壩軸線布置，屬于臨時縫；待壩體溫 度度 降到穩(wěn)定溫度后，進行接縫灌漿。 縱縫型式： 鉛直縱縫-最常用的一種，間距15-30m，為 更好地傳力，需在縫面上設(shè)三角形 鍵槽，縫面主要受正應(yīng)力，剪應(yīng)力 較小。 錯 縫-將將縫錯開，不作灌漿處理，基巖附近分縫錯開，不作灌漿處理，基巖附近分 塊高度高塊高度高1.5-2.0m1.5-2.0m，壩體內(nèi)，壩體內(nèi)3-4m3-4m，錯，錯 距不

50、應(yīng)超過澆筑塊厚度的一半，以免垂直距不應(yīng)超過澆筑塊厚度的一半，以免垂直 開裂，適用于低壩。施工簡便。開裂，適用于低壩。施工簡便。 斜 縫-大致沿主應(yīng)力方向設(shè)置，縫面剪應(yīng)力小， 亦 不必灌漿，斜縫不應(yīng)直通上游面，為防止斜 縫在終止處沿縫頂向上貫穿,需采取并縫措 施，如布設(shè)騎縫鋼筋，設(shè)并縫廊道等。斜縫 施工復(fù)雜，較少采用。 通倉澆筑-由于溫控和施工技術(shù)水平提高，加之施工 簡 便，可以加快速度，采用薄層通倉澆筑， 為防止水泥水化熱引起溫度應(yīng)力，故采取 降 低水泥用量添加粉煤灰，采用碾壓技術(shù)提 高 容重-碾壓混凝土壩。 五、壩體排水五、壩體排水 1 1、作用：降低壩體內(nèi)的滲透壓力。、作用：降低壩體內(nèi)的滲

51、透壓力。 2 2、布置：、布置：壩體排水管的間距，一般壩體排水管的間距，一般2-3m2-3m管內(nèi)管內(nèi) 徑徑 15-25cm15-25cm； 距上游面 距離 要求不小于壩前水深 的1/10-1/12； 排水線路 滲入壩體排水管 廊道集水井下游 排水管材料 無砂砼或多孔砼 六、廊道六、廊道 1 1、作用：灌漿、排水、檢修、交通、檢查、作用：灌漿、排水、檢修、交通、檢查 等等 2 2、型式、型式 基礎(chǔ)廊道基礎(chǔ)廊道： 尺尺 寸：城門洞型寸：城門洞型2.5m2.5m3.5m3.5m滿足灌漿要滿足灌漿要 求；求； 距上游面： 應(yīng)滿足砼滲透坡降要求， 取(0.05-0.1)H 距壩基面：滿足帷幕灌漿時蓋重的

52、要求， 一般取4-5m 壩身廊道： 尺 寸：滿足交通檢查等要求，上圓下方 1.2m2.2m 距上游面距離：同排水管，(0.05 - 0.07)H 且不小于3m沿高程：每隔15-20m設(shè)一層。 2-8 2-8 重力壩的地基處理重力壩的地基處理 重力壩的失事有40是因為地基問題 造成的。實際上，完整無缺的地基也是很難 找到的?；鶐r中存在著節(jié)理、裂隙、斷層、 夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面，它們都會不同程度地破 壞或降低了巖體的穩(wěn)定性、強度及抗?jié)B能力 。 所以在具有缺陷的巖基上修建重力壩應(yīng)對地 基進行處理。它包括兩方面的工作：一是防一是防 滲；二是提高基巖強度滲；二是提高基巖強度( (承載力承載力) )。其處理措

53、 施有： 一、開挖和清理一、開挖和清理 將復(fù)蓋層和風(fēng)化破碎的巖石挖掉，包括 清除松動石塊，打掉突出的尖角。(當復(fù)蓋層 很深時，全部清除工作量十分巨大，可考慮 其他壩型)。 二、固結(jié)灌漿二、固結(jié)灌漿 目目 的：的：提高基巖的整體性和彈性模量；提高基巖的整體性和彈性模量； 減少基巖受力后的變形；減少基巖受力后的變形； 提高基巖的抗壓抗剪強度； 降低壩體的滲透性減少滲流量； 設(shè)計內(nèi)容： 1確定灌漿范圍應(yīng)力較大的上下游部位 局部節(jié)理裂隙發(fā)育和破 碎帶及其附近的范圍 2灌漿孔的深度 5-8 m 3灌漿孔的間距3-4m 4 排列型式 梅花形或井字形 固結(jié)灌漿孔排列型式固結(jié)灌漿孔排列型式 梅花形或井字梅花形

54、或井字 ( (棋盤棋盤) )形形 三、帷幕灌漿三、帷幕灌漿 目的：降低壩基滲透壓力，減少滲流量目的：降低壩基滲透壓力，減少滲流量 深度：深度：相對隔水層淺時，打至隔水層內(nèi)相對隔水層淺時，打至隔水層內(nèi)3-5m3-5m； 相對隔水層深時，打至(0.3-0.7) 倍 壩高； 相對不透水層相對不透水層是指單位吸水率0.01升/分米， 單位吸水率單位吸水率 即一米長的鉆孔在1kg/c壓力 下一分鐘內(nèi)的吸水量。 厚度：由承受的水力坡降而定 位置：基礎(chǔ)灌漿廊道上游沿壩軸線形成阻 水 幕 方向：鉆孔方向一般垂直向下，必要時有 一 定斜度(10以內(nèi))與節(jié)理方向正交。 2 HH J LL 2 L L 132 2L

55、LLL 2 312 1 () 2 L LLL 4 (1) a H L J a J為帷幕的允許滲透坡降 說明：說明：最大滲透坡降發(fā)生在帷幕頂部，當設(shè)雙排灌漿孔時，只最大滲透坡降發(fā)生在帷幕頂部，當設(shè)雙排灌漿孔時，只 需將一排灌至設(shè)計深度，另一排灌至設(shè)計深度的需將一排灌至設(shè)計深度，另一排灌至設(shè)計深度的1/2-2/31/2-2/3即可。即可。 四、壩基排水四、壩基排水 因帷幕不能完全截斷滲流，為進一步降低壩底的滲透壓力， 需設(shè)置壩基排水(打排水孔和設(shè)置基礎(chǔ)排水廊道)。 五、斷層破碎帶處理五、斷層破碎帶處理 斷層破碎帶由于強度低，彈性模量小，可能引起壩基產(chǎn)生 不均勻沉陷和壩體開裂。破碎帶如連通水庫將使壩

56、基滲透壓力 加大，在高壓水作用下破碎帶內(nèi)的物質(zhì)可能產(chǎn)生機械和化學(xué)管 涌淘刷壩基，危及大壩安全。 處理措施：處理措施： 1、破碎帶傾角較大或與地面接近垂直時，在 壩基面采用砼塞。塞深為(1-1.5)破碎帶寬 度。 圖4-51 傾角較緩的斷層破碎帶處理 1平洞回填；2斜井回填；3阻水斜塞；4表面混凝土梁(塞)； 5破碎帶；6帷幕灌漿孔；7阻水斜塞井壁固結(jié)灌漿 2、有傾角但不大的破碎帶處理除在壩基面做砼塞外， 還需在其下部埋深部分進行斜井和平洞回填處理。 2- 9 2- 9 其他型式的重力壩其他型式的重力壩 重力壩的主要缺點： 1揚壓力大； 2材料強度不能充分利用； 3壩體體積大，水泥用量多，水化熱

57、高， 散熱條件差； 一、寬縫重力壩 1、寬縫重力壩的剖面型式及構(gòu)造特點 它由實體重力壩橫縫“加寬”而成，壩基 滲水從寬縫處排出，使揚壓力減小同時作用 面積減小，比實體重力壩可節(jié)省10-20。 寬縫的存在增加側(cè)向天然散熱面，加快散寬縫的存在增加側(cè)向天然散熱面，加快散 熱過程，有利于溫度控制；熱過程，有利于溫度控制； 壩段內(nèi)厚度減薄，有利于充分利用材料強壩段內(nèi)厚度減薄，有利于充分利用材料強 度；度； 壩內(nèi)有寬縫便于觀測檢查； 根據(jù)不同壩段的地質(zhì)條件，通過改變寬縫尺 寸來調(diào)節(jié)壩體重量，外觀保持一致； 模板用量增加，倒懸模板拆裝麻煩，施工復(fù) 雜； 氣溫變化劇烈的地區(qū)，易產(chǎn)生表面裂縫； 2、剖面尺寸 壩

58、段寬度 L=16-24m 考慮： 1溢流壩段布置，孔數(shù)和尺寸； 2發(fā)電廠房的機組間距； 3施工條件； 縫寬縫寬 2S=(20-40)2S=(20-40)L 2SL 2S寬縫的優(yōu)點不明顯；寬縫的優(yōu)點不明顯； 2S2S壩體腹部易產(chǎn)生拉壩體腹部易產(chǎn)生拉 應(yīng)力；應(yīng)力； 寬縫高寬縫高 滿足施工導(dǎo)流、廠房引水管、穩(wěn)定等要求。滿足施工導(dǎo)流、廠房引水管、穩(wěn)定等要求。 n 可比實體重力壩略緩 n=0.15-0.35 m 可比實體重力壩略陡 m=0.5-0.7 tu 滿足水力坡降和側(cè)向傳力要求； tu=(0.08-0.12)H 不小于3m td 滿足應(yīng)力、施工和保溫要求 td=3-5m 不小于2m 3、穩(wěn)定和應(yīng)力

59、分析 穩(wěn)定分析-方法同實體重力壩 不同之處：不同之處：1按個壩段進行 2揚壓力與實體壩不同 應(yīng)力分析：嚴格地講是三維問題，實踐經(jīng)驗表應(yīng)力分析：嚴格地講是三維問題，實踐經(jīng)驗表 明：明： 寬縫壩的應(yīng)力分布接近平面狀態(tài)，寬縫壩的應(yīng)力分布接近平面狀態(tài)， 只只 是局部應(yīng)力分布復(fù)雜。分析時按兩是局部應(yīng)力分布復(fù)雜。分析時按兩 種種 問題處理：問題處理： 1整體作為變厚度的平面問題來處理，整體應(yīng) 力分析用材力法，截面簡化為工字形，假定壩體 應(yīng)力沿壩軸線厚度方向均勻分布，y呈直線分布 2局部應(yīng)力分析-頭部 三、空腹重力壩 優(yōu)點：優(yōu)點：1 1有效地降低揚壓力，節(jié)省工程量。有效地降低揚壓力，節(jié)省工程量。 2 2河谷

60、狹窄，樞紐布置有困難時，廠房可布河谷狹窄，樞紐布置有困難時，廠房可布 置在空腹內(nèi)，還可節(jié)省壓力鋼管長度。置在空腹內(nèi)，還可節(jié)省壓力鋼管長度。 3 3上下游壩體上下游壩體( (稱前后腿稱前后腿) )，分別澆筑，免設(shè)縱，分別澆筑，免設(shè)縱 縫；縫； 缺點：缺點：1 1結(jié)構(gòu)、施工均較復(fù)雜，設(shè)計難度較大；結(jié)構(gòu)、施工均較復(fù)雜，設(shè)計難度較大； 2 2模板多，鋼筋用量大；模板多，鋼筋用量大； 剖面設(shè)計 先按實體重力壩擬定剖面 設(shè)空腹 空腹大小空腹大小 所節(jié)省的砼與減少的揚壓力相當； 空腹形狀空腹形狀 以近似半個橢圓為宜，長軸與水平 面約呈60夾角，大致接近于實 體 壩主應(yīng)力方向； 空腹高度空腹高度 小于1/3壩