拱壩的材料和壩體構(gòu)造

1、第八節(jié)第八節(jié) 拱壩的材料和壩體構(gòu)造拱壩的材料和壩體構(gòu)造 u拱壩對材料的要求和材料的分區(qū)拱壩對材料的要求和材料的分區(qū) （一）拱壩的材料和對材料的要求混凝土應(yīng)嚴(yán)格保證設(shè)計規(guī)范對強度、抗?jié)B、抗凍、低熱、抗沖刷和抗侵蝕等方面的要求。(1)壩體混凝土的極限抗壓強度一般以90d或180d齡期強度為準(zhǔn)，極限抗拉強度一般取極限抗壓強度的110115。此外，還應(yīng)注意混凝土的早期強度，控制表層混凝土7d齡期的標(biāo)號不低于C10號，以確保早期的抗裂性。高壩近地基部分混凝土的90d齡期標(biāo)號不得低于C25號，內(nèi)部混凝土90d齡期不低于C20號。(2)保證抗?jié)B性、抗凍性和低熱等方面的要求。為此，對壩體混凝土的水灰比必須嚴(yán)格

2、控制，對較高的拱壩，壩體外部混凝土的水灰比應(yīng)限制在0.450.5的范圍內(nèi)，內(nèi)部可為0.60.65。在承受高速水流和挾沙水流沖刷的部位，混凝土應(yīng)具有很好的抗磨性。用水灰比低的、振搗密實并表面抹光的混凝土，抗磨性能較高。實踐證明，水灰比大于0.55的混凝土，抗磨性能常不能滿足要求。( (二）對拱壩混凝土材料的分區(qū)要求二）對拱壩混凝土材料的分區(qū)要求對混凝土拱壩來說，也可以根據(jù)拱壩材料所處的位置、使用要求、應(yīng)力情況把拱壩分為不同的區(qū)域，對不同區(qū)域的混凝土材料提出不同的要求，充分發(fā)揮材料的性能，真正作到物盡其用，發(fā)揮最大經(jīng)濟效益。對于高拱壩或較厚的重力拱壩，由于應(yīng)力有較大的差異，拱端應(yīng)力可能比壩中部應(yīng)力

3、大許多，可考慮拱端與壩的中部強度等級不同，可在壩體內(nèi)部、外部和拱端分別采用不同標(biāo)號的混凝土，拱端應(yīng)力較大，可提高標(biāo)號，壩體內(nèi)部應(yīng)力較低，可用較低標(biāo)號同一倉面內(nèi)最多用兩種強度等級混凝土，每一強度等級最小寬度一般不小于2m，以利于施工 抗震要求，壩體中、上部是高應(yīng)力區(qū)，在考慮混凝土標(biāo)號分區(qū)時應(yīng)予以注意溢流面及孔管內(nèi)壁的泄洪消能部位，可根據(jù)需要，需設(shè)有專門的面層，提高混凝土強度等級、提出抗?jié)B、抗沖刷等要求，并注意提高其抗磨性和抵抗自然作用的抗風(fēng)化性u拱壩壩內(nèi)主要構(gòu)造拱壩壩內(nèi)主要構(gòu)造（一）拱壩分縫與接縫處理（一）拱壩分縫與接縫處理（1）拱壩分縫）拱壩分縫拱壩是空間整體結(jié)構(gòu)，為便于施工期間混凝土散熱和降

4、低收縮應(yīng)力，同時為了適應(yīng)混凝土的澆鑄能力，減少地基對壩體約束的影響，防止混凝土產(chǎn)生裂縫，控制裂縫發(fā)生的位置和發(fā)展方向，拱壩壩體需要分段澆筑，各段之間必然設(shè)有收縮縫，在壩體混凝土冷卻到年平均氣溫以下或左右，混凝土充分收縮后，再用水泥漿封填，以保證壩的整體性。拱壩壩縫按位置可分為橫縫、縱縫、水平澆筑縫、壩身縫、壩踵縫、底縫、周邊縫等；按作用可分為收縮縫(即縱橫縫)、防止傳力的壩身“切縫”；按存在時間的長短，可分為永久縫和臨時縫。收縮縫、水平澆筑縫為臨時縫。某些壩身“切縫“、壩踵縫、底縫和周邊縫為永久縫。（2 2）拱壩的橫縫）拱壩的橫縫 橫縫是半徑向的，間距一般取1520m，也有略大于20m的。在變

5、半徑的拱壩中，為了使橫縫與半徑向一致，必然會形成一個扭曲面。有時為了簡化施工，對不太高的拱壩也可以中間高程處的徑向為準(zhǔn)，仍用鉛直平面來分縫。橫縫底部縫面與建基面或墊座面的夾角不得小于60。，并應(yīng)盡可能接近正交?？p內(nèi)設(shè)鉛直向的梯形鍵槽，以提高壩體的抗剪強度。橫縫上游側(cè)應(yīng)設(shè)置止水片，止水片可與上游止?jié){片結(jié)合。 在一定的條件下，也可將橫縫的一部分保持為永久性的明縫。當(dāng)近拱端有一岸或兩岸自壩頂?shù)侥骋桓叱谭秶鷥?nèi)的地質(zhì)條件很差，不足以承擔(dān)拱端的巨大推力時，可將這一范圍內(nèi)的橫縫保持為永久縫， （3 3）拱壩的縱縫）拱壩的縱縫拱壩厚度較薄，一般可不設(shè)縱縫，對厚度大于40m的拱壩時，可考慮設(shè)計縱縫。縱縫基本上平

6、行于壩軸線布置，其作用主要是防止混凝土沿上下游方向收縮而產(chǎn)生裂縫。相鄰壩塊間的縱縫應(yīng)錯開，縱縫的間距約為2040m。為方便施工，一般采用鉛直縱縫，到縫頂附近應(yīng)緩轉(zhuǎn)與下游壩面正交，避免澆筑塊出現(xiàn)尖角。國外的雙曲拱壩的縱縫只設(shè)一道，并由基底布置至一定高程即中斷。國內(nèi)的雙曲拱壩由于底寬都不很大因而不設(shè)縱縫。應(yīng)該指出，隨著混凝土施工技術(shù)的不斷改進(jìn)，即使壩體厚度超過了規(guī)范規(guī)定的40米，也常采用加強混凝土溫控措施通倉澆鑄的辦法避免設(shè)置縱縫，如我國的二灘電站的雙曲拱壩，拱端最大厚度以達(dá)到60米，也沒有設(shè)置縱縫。青海省共和縣和貴德縣交界處的黃河干流上的龍羊峽水電站中的重力拱壩剖面及壩內(nèi)部分構(gòu)造圖。電站的擋水建

7、筑物為定圓心、定半徑的混凝土重力拱壩，壩頂高程2610m，從圖中可以看出，最寬的壩段由壩底到下游壩面共設(shè)置了3道垂直縱縫，縱縫的間距從上游壩面到下游依次為22米、18米、22米和18米不等。三條縱縫（4 4）拱壩縱、橫縫的灌漿）拱壩縱、橫縫的灌漿橫縫和縱縫都必須進(jìn)行接縫灌漿。灌漿時壩體溫度應(yīng)降到設(shè)計規(guī)定值，縫的張開度不宜小于0.5mm?？p兩側(cè)壩體混凝土齡期，在采取有效措施后，不宜小于4個月。灌漿漿液結(jié)石達(dá)到預(yù)期強度后，壩體才能蓄水?？v、橫縫將壩體切割為若干柱狀體，混凝土按此柱狀體澆筑上升?？v、橫縫縱、橫縫面上一般設(shè)有鍵槽，并進(jìn)行接縫灌漿，以保持壩的整體性?？v、橫縫的設(shè)置需考慮多種因素統(tǒng)籌安排。

8、由于縱、橫縫不僅給施工帶來許多不便，而且縫面只能傳遞壓剪應(yīng)力，難以傳遞拉應(yīng)力，是壩體的薄弱部位。因此，在滿足設(shè)計與施工的情況下，應(yīng)盡量減少縱、橫縫縱、橫縫縫數(shù)量。（5 5）拱壩的墊座與周邊縫）拱壩的墊座與周邊縫對于地形不規(guī)則的河谷或者局部有深槽時，可先在拱壩與基礎(chǔ)之間先澆筑一層大體積混凝土，稱之為墊座，然后在墊座上澆筑拱壩壩體，墊座與壩體之間，在全壩上設(shè)置一道縫，稱之為拱壩的周邊縫 混凝土墊混凝土墊座座 周邊縫周邊縫周邊縫作用周邊縫作用壩的體形基本對稱，壩體拉應(yīng)力在周邊縫附近消失，使墊座承受壓應(yīng)力，并向基礎(chǔ)內(nèi)很好地擴散，改善壩體與基礎(chǔ)的受力條件。周邊縫還可減小壩體傳至墊座的彎矩，從而可減小甚至

9、消除壩體上游面的豎向拉應(yīng)力，使壩體和墊座接觸面的應(yīng)力分布趨于均勻，并可利用墊座增大與基巖的接觸面積，調(diào)整和改善地基的受力狀態(tài)。墊座作為一種人工基礎(chǔ)，可以減小河谷地形的不規(guī)則性和地質(zhì)上局部軟弱帶的影響，改進(jìn)拱壩的支承條件。有試驗研究成果表明，地震時墊座的振動較壩體振動強烈，說明墊座對壩體振動起緩沖作用。周邊縫的構(gòu)造一般是在大壩墊座澆筑后，混凝土表部不打毛，作為老混凝土，在其上澆筑壩體?？p的上游面設(shè)置鋼筋混凝土塞，該塞與其周圍混凝土之間涂以瀝青等防滲填料，縫面設(shè)止水銅片，為防止止水片漏水后增加壩體滲壓，在其下游又設(shè)置排水管，并在縫的兩側(cè)布設(shè)鋼筋。由于周邊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工麻煩，且難以控制施工質(zhì)量。另

10、外拱壩設(shè)計，并不嚴(yán)格要求壩體為對稱結(jié)構(gòu)，即使壩體幾何形狀對稱，但基礎(chǔ)地質(zhì)條件往往比較復(fù)雜，其力學(xué)指標(biāo)也難以對稱；而且一些情況下周邊縫反而是壩體結(jié)構(gòu)中的一個薄弱面，準(zhǔn)確的工作情況往往也難以把握等，國內(nèi)外一些工程師對周邊縫持慎重和保留態(tài)度，我國目前尚未在中、高壩上采用過周邊縫，只在一些寬淺河谷中的小型拱壩中采用了瀝青底滑縫墊座。u拱壩的廊道與排水拱壩的廊道與排水 （一）拱壩的廊道拱壩的廊道壩內(nèi)設(shè)置廊道的主要目的，是為了壩體與基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿、排水、檢查、維護(hù)和安全監(jiān)測。同時，可兼顧交通運輸之用：廊道的布置應(yīng)全壩統(tǒng)籌兼顧，一道多用。廊道按其用途可分為帷幕灌漿廊道、排水廊道、觀測廊道、電纜廊道、交通廊道等

11、；按廊道與其大壩軸線的相對關(guān)系，又可分為縱向廊道和橫向廊道。前者平行于壩軸線，后者垂直于壩軸線。 廊道設(shè)置原則(1)縱向廊道距上游面不宜太近，應(yīng)布置在壓壓應(yīng)力區(qū)，且不過分惡化壩體應(yīng)力，同時應(yīng)滿足防滲要求。廊道上游壁壩體厚度，一般為00501倍該處水庫水頭，且不小于3m。(2)縱橫廊道布置幾層為宜，應(yīng)視需要而定，一般相鄰兩層廊道高差為2040m。從已建拱壩廊道布置情況來看，一般壩越高，縱向廊道的層數(shù)也越多；壩越厚，廊道的層數(shù)也越多；但是都設(shè)置了最低層的帷幕灌漿廊道。(3)對于低壩或薄拱壩，可不設(shè)廊道，常在壩后或混凝土澆筑面上進(jìn)行帷幕灌漿，后者將影響大壩澆筑進(jìn)度。排水孔設(shè)在壩后或兩岸壩肩的排水隧洞

12、內(nèi)，形成三維空間排水系統(tǒng)，壩體的檢查、維護(hù)、監(jiān)測、交通等，可利用壩后橋進(jìn)行。壩體內(nèi)可只設(shè)置一層灌漿廊道。( (二）壩體排水布置二）壩體排水布置壩體混凝土滲漏水的主要通道是：沿混凝土的蜂窩、冷縫、澆筑層面滲水；橫縫滲水；通向水庫的孔洞、鋼管、埋件滲水；壩上游面或混凝土內(nèi)部發(fā)生裂縫，逐漸擴展到壩面滲水；較嚴(yán)重的冰凍龜裂滲水；或上述幾種滲水通道的組合連通形成滲水通道等。 壩內(nèi)一般采用豎向排水管，管間距宜為2535m，管內(nèi)徑宜為l525cm。排水管的水，一般排至縱向廊道的排水溝內(nèi)，各層縱向廊道的滲漏水，與基礎(chǔ)排水統(tǒng)籌安排形成一個排水系統(tǒng)，或自流排到壩外，或集中引到排水井，再抽排至下游。（三）拱壩的管孔

13、（三）拱壩的管孔 為泄洪用的泄水孔斷面如前所述多為矩型，因流速較高，最好用鋼板襯砌，以防止孔壁混凝土受沖刷、減小對水流的摩阻力、避免內(nèi)水向壩體滲透和改善孔口附近的應(yīng)力狀態(tài)。由于鋼板襯砌施工不便，且鋼板外壁易產(chǎn)生空隙，故當(dāng)內(nèi)水壓力不大時，也可不用。矩形管孔 （三）拱壩壩頂與壩面的布置和構(gòu)造（三）拱壩壩頂與壩面的布置和構(gòu)造壩頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式和尺寸應(yīng)按使用要求來決定。當(dāng)無交通要求時，非溢流壩的頂寬一般不小于3m。溢流壩段壩頂工作橋、交通橋的尺寸和布置必須能滿足泄洪、閘門啟閉、設(shè)備安裝、運行操作、交通、檢修和觀測等的要求。如有公路通過，還應(yīng)滿足行車和人行道要求及壩頂照明、電纜布置要求；如有大壩外部觀測設(shè)備，也需留夠空間，滿足觀測要求。一般上游設(shè)置防浪墻，下游設(shè)置防護(hù)欄桿。（四）拱壩的重力墩（四）拱壩的重力墩重力墩是拱壩壩端的人工支座。重力墩主要用于不規(guī)則形狀的河谷；或為減小寬高比，避免岸坡大量開挖的河谷；或河谷有一岸較平緩，用重力墩與其他壩段(如重力壩或土石壩)或岸邊溢洪