第二章重力壩

第二章巖基上的重力壩第一節(jié)概述一、重力壩的工作原理及特點(diǎn)巖基上重力壩的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或稍傾向上游的三角形斷面。主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面上產(chǎn)生抗滑力來抵抗庫水的推力，以達(dá)到穩(wěn)定的要求。重力壩典型布置參見三門峽水電站鳥瞰圖、萬家寨水電站鳥瞰圖、朱莊水庫砌石重力壩。重力壩的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、安全可靠。但剖面尺寸較大，抵抗水的滲漏，洪水漫頂，地震或戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強(qiáng)，因而失事率較低。2、對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，壩體作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低，低壩甚至可修建在土基上。3、樞紐泄洪容易解決，便于樞紐布置。4、施工方便，便于機(jī)械化施工。5、結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算比較簡單。缺點(diǎn)：1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。2、壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)能充分發(fā)揮。3、揚(yáng)壓力大，對穩(wěn)定不利。4、砼體積大，溫控要求較高。第二節(jié)重力壩的荷載及組合作用于得力壩的主要荷載有：①自重；②靜水壓力；③揚(yáng)壓力；④動水壓力；⑤冰壓力；⑥泥沙壓力；⑦浪壓力；⑧地震力；⑨溫度及其他荷載。一、自重壩體自重由壩體體積和材料的容重算出。初步設(shè)計(jì)時可取砼γc=24KN/m3，施工詳圖階段由現(xiàn)場砼試驗(yàn)決定，當(dāng)計(jì)算深層滑動時，還應(yīng)考慮巖體的自重。二、靜水壓力作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學(xué)原理計(jì)算，分為水平及垂直力分別進(jìn)行計(jì)算。水平力：P1=(1/2)rH12P4=(1/2)rH22

垂直力：P2=(1/2)rnH12P3=(1/2)rmH22

三、揚(yáng)壓力1、壩底揚(yáng)壓力，形成原因：①上下游水位差；②砼、巖石都是透水材料。由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚(yáng)壓力的準(zhǔn)確分布，故通常加定揚(yáng)壓力從壩踵到壩趾成直線變化。α為揚(yáng)壓力折減系數(shù)與巖體的性質(zhì)和構(gòu)造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關(guān)。規(guī)范規(guī)定：河床壩段α=0.2-0.3岸坡壩段α=0.3-0.42、壩身揚(yáng)壓力（見下右圖）。壩身排水管折減系數(shù)α3=0.15-0.3

四、動水壓力在溢流面上作用有動水壓力，壩頂曲線和下游面直線段上的動水壓力很小，可忽略不計(jì)。只計(jì)算反弧段上的動水壓力。計(jì)算時假定水流為勻速流，流速為V，如果忽略水重W，側(cè)面水壓力F1和F2，則可以直接由動量議程求出作用于整個反弧上的水壓力水平分量。PH=rqV(Cosa2-Cosa1)/g垂直分量：取V1≈V2Pv=rqV（Sinф1+Sinф2）/g

五、冰壓力1、靜冰壓力2、動冰壓力六、泥沙壓力水庫蓄水后，入庫水流挾帶泥沙，逐年淤積在壩前，對壩面產(chǎn)生泥沙壓力。淤積高程，根據(jù)河流的挾沙量和規(guī)定的淤積年限進(jìn)行估算，年限可取50-100年。按土力學(xué)公式計(jì)算，參照一般經(jīng)驗(yàn)取數(shù)據(jù)Pn=γnhn-tg2(45°-Φx/2)Pn—--泥沙對上游壩面壓力強(qiáng)度hn—--計(jì)算點(diǎn)以上淤沙厚度七、浪壓力浪壓力與風(fēng)速和水水庫吹程有關(guān)。中中等高度以上的重重力壩，浪壓力在在荷載中所占比重重較小，通常忽略略。重力壓上游面多為為鉛直（或接近鉛鉛直），當(dāng)波浪推推進(jìn)到壩前。由于于壩面的反射作用用產(chǎn)生駐波，波高高為4Ll，而波長保持不變。。具體公式見書八、地震荷載根據(jù)《水工建筑物物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》》地震慣性力和地地震動水壓力的計(jì)計(jì)算，一般采用““擬靜力法”，對對高度大于150m的壩，宜進(jìn)行行動力分析。九、荷載組合作用在壩上的荷載載，按其性質(zhì)分為為基本和特殊兩種種組合。1、基本荷載：（1）壩體及設(shè)備備自重（2）正常蓄水位位或設(shè)計(jì)洪水位時時的靜水壓力（3）對應(yīng)于（2）的揚(yáng)壓力（4）泥沙壓力（5）相應(yīng)的浪壓壓力（6）冰壓力（7）土壓力（8）相應(yīng)于設(shè)計(jì)計(jì)洪水位時的動水水壓力（9）其他出現(xiàn)機(jī)機(jī)會較多的荷載2、特殊荷載（頻頻率低，作用時間間短）（10）校核洪水水位（11）相應(yīng)的揚(yáng)揚(yáng)壓力（12）相應(yīng)的浪浪壓力（13）相應(yīng)的動動水壓力（14）地震荷載載（15）其他出現(xiàn)現(xiàn)機(jī)會較少的荷載載第三節(jié)重力壩壩的穩(wěn)定分析重力壩主要依靠自自身重力維持穩(wěn)定定。因此抗滑穩(wěn)定定分析是設(shè)計(jì)中的的重要課題。重力壩可能沿壩基基平面滑動，也可可能沿地在中緩傾傾角斷層或軟弱夾夾層滑動。按照目前的設(shè)計(jì)方方法，高度H小于于100m的重力力壩，控制剖面尺尺寸常常的穩(wěn)定而而不是應(yīng)力。目前的計(jì)算公式大大都是半徑驗(yàn)性的的，因?yàn)橛绊懸蛩厮睾芏唷s=f(∑W-U)/∑Pb、滑動面傾向上上游時：Ks=[f(∑WCosβ-U+∑PSinβ)]/(∑PSinββ+∑WCosββ)公式評價：本公式式不考慮凝聚力，，偏于安全，凝聚聚力作為安全儲備備，所以規(guī)定的安安全系數(shù)較低。（二）抗剪斷公式式假定：認(rèn)為砼與基基巖接觸良好，直直接采用接觸面上上的抗剪斷參數(shù)f′和c′。公式：Ks″＝[f’(∑W-U)+C”A]/∑P安全系數(shù)Ks″,設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：：不分等級基本荷載組合：采采用3.0特殊荷載組合：（（1）采用2.5；（2）采用不不小于2.3。二、深層抗滑穩(wěn)定定分析深層滑動：地基內(nèi)往往存在著著較弱夾層或緩傾傾角斷層，壩體檔檔水后，有可能沿沿這些薄弱面產(chǎn)生生滑動，就叫做深深層滑動。目前尚無成熟的方方法：（1）單斜面深層層滑動的計(jì)算（2）雙斜面深層層滑動（圖見下頁頁）三、岸坡壩段的穩(wěn)穩(wěn)定分析壩體在自重的作用用下有沿岸坡下滑滑的趨勢，加上壩壩體上游面的水壓壓力，構(gòu)成三維受受力。四、提高壩體抗滑滑穩(wěn)定性的工程措措施（1）利用水重（2）將壩基開挖挖成傾向上游的斜斜面（3）在壩踵下設(shè)設(shè)齒墻（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用預(yù)應(yīng)力力第四節(jié)重力壩壩的應(yīng)力分析目的：1、為了檢驗(yàn)大壩壩在施工期和運(yùn)用用期是否滿足強(qiáng)度度要求；2、為解決設(shè)計(jì)和和施工中的某些問問題，如砼分區(qū)，，某些部位的配筋筋等提供依據(jù)。應(yīng)力分析的過程：：1、進(jìn)行荷載計(jì)算算及荷載組合2、選擇合適的方方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算算3、檢驗(yàn)大壩各部部位的應(yīng)力是否滿滿足強(qiáng)度要求一、應(yīng)力分析方法法綜述（1）模形試驗(yàn)方方法（2）材料力學(xué)方方法（3）彈性理論的的解析方法（4）彈性理論的的差分方法（5）彈性理論的的有限單元法二、材料力學(xué)方法法（一）基本假定1、壩體砼為均質(zhì)質(zhì)，連續(xù)各向同性性的彈性材料。2、取單寬壩體作作為固結(jié)在地基上上的懸臂梁計(jì)算，，且不受兩側(cè)壩體體的影響。3、水平斷面上的的垂直正應(yīng)力σy是直線分布。（二）邊緣應(yīng)力的的計(jì)算1、水平截面上的的正應(yīng)力σyu、、σyd。2、剪應(yīng)力τu和和τd。壩體應(yīng)力計(jì)算圖3、水平正應(yīng)力σσxu和σxd。4、主應(yīng)力σ1u，σ2u和σ1d，σ2d。（三）內(nèi)部應(yīng)力的的計(jì)算1、壩內(nèi)水平截面面上的正應(yīng)力σy假定和σy在水平截面上直線線分布。2、壩體內(nèi)剪應(yīng)力力τ。3、壩內(nèi)水平正應(yīng)應(yīng)力σx。4、壩內(nèi)主應(yīng)力σσ1和σ2。5、考慮揚(yáng)壓力時時的計(jì)算方法。（四）強(qiáng)度指標(biāo)用材料力學(xué)分析壩壩體應(yīng)力時，重力力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定定的強(qiáng)度指標(biāo)。1、壩基面的σy應(yīng)符合下列要求（1）運(yùn)用期：在在各種荷載組合下下（地震荷載除外外）（2）施工期2、壩體應(yīng)力要求求（1）運(yùn)用期（2）施工期三、各種因素對壩壩體應(yīng)力的影響壩體應(yīng)力的實(shí)際分分布情況比較復(fù)雜雜，受很多因素影影響。1、地基變形模量量對壩體應(yīng)力的影影響（如圖）2、地基變形彈模模對壩體應(yīng)力的影影響3、壩體異彈模對對壩體應(yīng)力的影響響4、縱縫對壩體應(yīng)應(yīng)力的影響5、分期施工對壩壩體應(yīng)力的影響(見下圖)6、壩踵斷裂對壩壩體應(yīng)力的影響第六節(jié)重力壩的的剖面及優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)一、設(shè)計(jì)原則1、滿足穩(wěn)定和強(qiáng)強(qiáng)度要求2、工程量少3、便于施工4、運(yùn)用方便二、基本剖面因?yàn)樽饔糜谏嫌蚊婷娴乃畨毫Τ嗜墙切畏植?所以重重力壩面是三角形形。當(dāng)a>90時，即即上游面為倒坡。。庫空時，三角形形重心可能超過底底邊三分點(diǎn)在下游游面產(chǎn)生拉應(yīng)力，，而且倒坡不便施施工。當(dāng)a<90時，利利用水重幫助穩(wěn)定定。但角度太小時時，庫滿時合力可可能超過底邊三分分點(diǎn)（偏下游）在在上游面產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力。上游面坡度度越緩，第一主應(yīng)應(yīng)力越易成為拉應(yīng)應(yīng)力，故a角不宜宜太小。規(guī)律：1）施工運(yùn)用方便便多做成a=902）f較低時，為為滿足穩(wěn)定，減小小a角，利用水重重3）工程經(jīng)驗(yàn)m=0.6—0.8（下游坡）n=0—0.2（（上游坡）三、實(shí)用剖面根據(jù)運(yùn)用和交通要要求，壩頂應(yīng)有足足夠的寬度，無特特殊要求，壩頂寬寬=8-10%壩壩高，但不得小于于2米，如有運(yùn)用用和交通要求，應(yīng)應(yīng)滿足這些要求。。壩頂高于水庫水位位的高度△h計(jì)算算：△h=hl+hz+hc壩頂高度=設(shè)計(jì)洪洪水位+△h四、大壩優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)即在給定荷載條件件下采用最經(jīng)濟(jì)、、最合理的設(shè)計(jì)（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)方方法分類1、傳統(tǒng)重復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)法2、準(zhǔn)則法3、數(shù)學(xué)法求解：①直接最優(yōu)優(yōu)法：（試驗(yàn)最優(yōu)優(yōu)法）直接對目標(biāo)標(biāo)函數(shù)進(jìn)行比較，，以逐步達(dá)到最優(yōu)優(yōu)；②間接最優(yōu)法法：（分析最優(yōu)法法）把研究對象用用數(shù)學(xué)方程描述，，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析法法求其最優(yōu)解。（二）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容：：１、規(guī)定描述壩體體體形的設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)２、建立目標(biāo)函數(shù)數(shù)３、確定約束條件件４、選擇求解方法法第七節(jié)重力壩的的溫度控制及裂縫縫的防治一、壩體溫度的變變化情況二、施工期的溫度度應(yīng)力（一）地基約束引引起的應(yīng)力（二）內(nèi)部溫差引引起的應(yīng)力三、重力壩的溫度度裂縫及防治措施施（一）控制澆筑塊塊的溫度和濕度（二）提高澆筑的的質(zhì)量和抗裂性能能（三）設(shè)置橫縱縫縫第八節(jié)重力壩的的地基處理重力壩失事有40%是因?yàn)榈鼗鶈枂栴}造成的。地基處理主要包含含兩個方面的工作作：一是防滲，二二是提高基巖強(qiáng)度度。一．壩基的開挖與與清理目的：使壩體坐落落在穩(wěn)定堅(jiān)固的地地基上。規(guī)范規(guī)定：>70m的高壩，必須須建在新鮮、微風(fēng)風(fēng)化或弱風(fēng)化的巖巖石上。30——70m的中壩，，必須建在微風(fēng)化化或弱風(fēng)化的巖石石上。同一工程中中，兩岸較高部位位的壩段，可比河河床段適當(dāng)放寬。。二．壩基的固結(jié)灌灌漿目的：提高基巖的的強(qiáng)度和整體性，，降低地基的透水水性。固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)內(nèi)容容：１．決定灌漿范圍圍：高壩或巖基裂裂隙發(fā)育，全壩基基灌漿；一般情況況下在壩踵壩趾處處灌漿（為什么？？）。２．灌漿孔的深度度：一般5—8m；帷幕上游區(qū)8—15m３．灌漿孔的間距距：孔距、排距3—6m４．灌漿孔的排列列形式：平面上作作梅花形或方格形形。５．灌漿孔的鉆孔孔方向：與主要裂裂隙面正交。６．灌漿的壓力：：在不擾動基巖的的前提下盡量大。。無混凝土蓋重時為為0.2—0.4MPa有混凝土蓋重時為為0.4—0.7MPa三．帷幕灌漿目的：降低滲水壓壓力，防止壩基內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)學(xué)管涌，減小壩基基滲透水量。灌漿材料：水泥漿漿、化學(xué)灌漿四．壩基排水目的：進(jìn)一步降低低壩底面的滲透壓壓力。設(shè)置：1.設(shè)于防防滲帷幕后2.有時設(shè)有壩基基面排水。五．?dāng)鄬?、軟弱夾夾層和溶洞的處理理第九節(jié)重力壩的的材料及構(gòu)造一．混凝土水工混凝土除要求求有足夠的強(qiáng)度以以外，還有有一定定的抗?jié)B性、抗侵侵蝕性、抗凍性、、抗磨性和低熱性性等。（一）混凝土的強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)按抗壓強(qiáng)度，水工工混凝土分為75、100、150、200、250、300及及400等標(biāo)號，，75#混凝土只只能用在某些不重重要的、應(yīng)力很小小的部位，僅作回回填及壓重用。壩體混凝土的抗壓壓齡期一般可取為為90天，最多不不超過180天。。壩體混凝土的抗抗拉齡期一般可取取為28天，一般般不采用后期強(qiáng)度度。（二）混凝土的耐耐久性包括抗?jié)B。抗凍，，抗磨和抗侵蝕等等。（見教材略略）二、壩體混凝土分分區(qū)（圖見下頁））原因：壩體各部分分工作條件不同，，為了節(jié)約和合理理使用水泥，通常常將壩體按不同部部位和不同工作條條件分區(qū)，采用不不同標(biāo)號。為了便于施工，應(yīng)應(yīng)盡量減少標(biāo)號的的類別，相鄰區(qū)的的強(qiáng)度標(biāo)號不宜超超過兩極，免引起起應(yīng)力集中或產(chǎn)生生溫度裂縫。分區(qū)區(qū)的厚度一般不得得小于2-3米，，以便澆筑。壩體對各區(qū)區(qū)混凝土性性能的要求求（表層2-13））P64三、橫縫橫縫垂直壩壩軸線，將將壩體分成成若干壩段段。重力壩橫縫縫作用：1）減小溫溫度應(yīng)力，，2）適應(yīng)應(yīng)地基不均均勻變形，，3）滿足足施工要求求（如混凝凝土澆筑能能力及溫度度控制）間距：12-20米米，也有達(dá)達(dá)20米（一）永永久性性橫縫常做成平面面，不設(shè)鍵鍵槽，不進(jìn)進(jìn)行灌漿，，各壩段獨(dú)獨(dú)立工作?！，F(xiàn)在常是是溫度縫、、沉降縫合合二為一，，故留成-2cm寬寬的縫。橫橫縫內(nèi)需設(shè)設(shè)止水。止止水材料：：紫銅片，，橡膠、塑塑料及瀝青青等。對于于高壩應(yīng)采采兩道止水水，中間設(shè)設(shè)瀝青井，，中低壩適適當(dāng)簡化。。止水片及瀝瀝青井需伸伸入巖基一一定深度，，約30-50cm，井內(nèi)填填滿瀝青沙沙，止水井井延伸到最最高水位以以上，瀝青青井需延伸伸到壩頂。。沿溢流面，，壩體下游游最高水位位以下和穿穿越橫縫的的廊道和孔孔洞周邊均均需設(shè)止水水井。（二）臨臨時性性橫縫主要用于下下述情況:（1）河谷谷狹窄，做做成整體重重力壩可適適當(dāng)發(fā)揮兩兩岸的支撐撐作用，有有利于壩體體的強(qiáng)度和和穩(wěn)定。（2）岸坡坡較陡的各各壩段連成成整體可以以改善岸坡坡的穩(wěn)定性性。（3在軟弱弱破碎帶上上的各壩體體，連成整整體增加壩壩體剛度。。（4）強(qiáng)地地震區(qū)，如如壩段連成成整體，可可提高壩體體的抗震性性能。臨時橫縫的的縫面鍵槽槽和灌漿系系統(tǒng):為增加縫面面的水平向向抗剪能力力時,鍵槽槽豎向布置置。為增加縫面面的鉛直向向抗剪能力力時,鍵槽槽水平向布布置。臨時豎縫灌灌漿高度視視壩高和傳傳力的需要要而定，可可全部灌，，也可局部部灌。（三）壩壩體與與基巖面的的連接意義：連接接必須緊密密，以免發(fā)發(fā)生滲漏，，影響響壩體穩(wěn)穩(wěn)定。作法：基巖巖橫向坡（（對岸方向向）緩于1:2時，，壩體澆筑筑后利用帷帷幕灌漿對對接觸灌漿漿封實(shí)；當(dāng)當(dāng)橫向坡陡陡于1:2時，設(shè)接接觸面止水水，在基巖巖中挖槽嵌嵌入止水片片；當(dāng)橫向向坡陡于1:1時，，按臨時橫橫縫處理，，在接觸面面上布設(shè)灌灌漿系統(tǒng)，，沿周圍嵌嵌入止水片片，待混凝凝土冷卻后后進(jìn)行接縫縫灌漿。四、縱縫平行于壩軸軸線方向設(shè)設(shè)的縫。目的：適應(yīng)應(yīng)混凝土的的澆筑能力力和減小施施工期的溫溫度應(yīng)力。?？v縫是臨時時縫，待壩壩體降到穩(wěn)穩(wěn)定溫度后后進(jìn)行行接縫灌漿漿?？v縫布置形形式：鉛直直、錯縫、、斜縫。不設(shè)縱縫———通倉澆澆注（一）鉛直直縱縫間距15——30m。。為了使縫縫面更好地地傳力，設(shè)設(shè)三角形形鍵槽。槽槽面大致順順主應(yīng)力方方向。為保證壩面面的整體性性，鉛縫面面布設(shè)灌漿漿系統(tǒng)。待待壩體溫度度冷卻到穩(wěn)穩(wěn)定溫度，，壩塊收縮縮，縫的張張開度達(dá)到到0.5mm以上時時進(jìn)行灌漿漿，縫四周周設(shè)止水片片。灌漿壓力太太高會使壩壩塊底部產(chǎn)產(chǎn)生過大的的拉應(yīng)力，，使壩體破破壞。太低低又不能保保證灌漿質(zhì)質(zhì)量。一般般進(jìn)漿管壓壓力0.35—0.45Mpa(0.35—0.45kg/cm2)，出漿管管壓力0.20—.25Mpa縱縫兩側(cè)的的壩塊可以以單獨(dú)上升升，丹高差差不宜太大大。若高差差太大，后后澆混凝土土的溫度和和干縮變形形，造成灌灌漿面的擠擠壓和剪切切，影響縱縱縫灌漿，，反過來對對后澆混凝凝土塊鍵槽槽出現(xiàn)剪切切裂縫。（二）錯縫縫縫面不作灌灌漿處理。。澆注塊高高度在基巖巖附近1.5—2m，在壩體體上部不大大于3—4m，錯縫縫間距10—15m，縫的錯錯距不超過過澆注塊的的一半。錯錯縫施工簡簡便，在低低壩上使用用。（三）斜縫縫可大段沿主主應(yīng)力方向向設(shè)置，因因縫面剪應(yīng)應(yīng)力很小，，可以不灌灌漿。斜縫縫須在離上上游面一定定距離處終終止。為防防止斜縫在在終止處向向上貫穿，，須采用并并縫措施：：布設(shè)并縫縫鋼筋、設(shè)設(shè)并縫廊道道等。施工工最好使上上下塊均勻勻上升。施施工復(fù)雜，，較少采用用。（四）通倉倉澆筑施工簡便，，有利于加加快施工進(jìn)進(jìn)度。壩的的整體性好好，是發(fā)展展的方向。。但是要注注意溫控。。五、施工縫縫（水平工工作縫）澆注塊厚度度一般為1.5—4.0m。。在基巖表表面用0.75—1.0m的的薄層澆注注，以利散散熱、防止止開裂。上上下澆注塊塊之間常間間歇3—7天。新混混凝土澆注注前，須清清除縫面渣渣、灰塵和和水泥乳膜膜，用風(fēng)水水槍或壓力力水沖洗，，使表面成成為干凈麻麻面。再均均勻鋪一層層2—3cm的水泥泥沙漿，然然后澆注。。六、壩體排排水為減小滲水水對壩體的的不利影響響，在靠近近上游面處處布設(shè)排水水管。距上上游面要求求小于壩前前水深的1/10——1/12，使?jié)B透透坡降在允允許范圍內(nèi)內(nèi)。管距2—3m。。管徑15—25cm，太小小易堵塞。。排水管與廊廊道連接多多采用直通通式，且多多在上游側(cè)側(cè)（使廊道道干燥）。。七、廊道系系統(tǒng)為滿足施工工和適用要要求（如灌灌漿、排水水、觀測、、檢查、交交通的需要要），須在在壩體內(nèi)設(shè)設(shè)置各種廊廊道。這些些廊道相互互連通，構(gòu)構(gòu)成廊道系系統(tǒng)。（一）基礎(chǔ)礎(chǔ)灌漿廊道道設(shè)在壩踵部部位。利用用混凝土壓壓重、提高高灌漿壓力力、保證灌灌漿質(zhì)量。。一般采用城城門洞形。。斷面尺寸寸應(yīng)滿足灌灌漿作業(yè)的的要求。一一般底寬2.5—3.0m，，高3.0—4.0m，距上上游面可取取0.05—0.1倍水頭頭，且布小小于4—5m（滲透透坡降問題題）。廊道道底面距基基巖布小于于1.5倍倍廊道寬度度。廊道上上游側(cè)設(shè)排排水溝，下下游側(cè)設(shè)排排水孔及揚(yáng)揚(yáng)壓力觀測測孔。灌漿廊道沿沿地形向兩兩岸逐漸升升高。坡度度不宜大于于40—45度，以以便鉆孔、、灌漿操作作和搬運(yùn)灌灌漿設(shè)備。。（二）檢查查和壩體排排水廊道常在靠近壩壩體上游面面沿高度方方向隔15—20m設(shè)檢查廊廊道，最小小寬度為1.2m，，最小高度度為2.2m距上游游面布小于于0.05—0.07倍水頭頭，且布小小于3m（（寒冷地區(qū)區(qū)適當(dāng)加厚厚）。上游游側(cè)設(shè)排水水溝。（三）廊道道應(yīng)力計(jì)算算和配筋大孔口應(yīng)力力分析比較較復(fù)雜，須須采用有限限元法電算算求解，或或用結(jié)構(gòu)試試算求應(yīng)力力。小孔口時，，用彈性力力學(xué)中平面面問題（無無限平板中中孔口的應(yīng)應(yīng)力計(jì)算））求解。第十節(jié)溢溢流重力壩壩一、工作特特點(diǎn)：既擋水又泄泄水。除滿滿足穩(wěn)定和和強(qiáng)度外，，還須滿足足泄洪要求求：1.滿足泄泄洪要求。。2.水流平平順流過壩壩體。布產(chǎn)產(chǎn)生不利的的負(fù)壓和和振動，避避免發(fā)生空空蝕現(xiàn)象。。3.保證不不產(chǎn)生危及及壩體安全全的沖刷。。4.不影響樞紐紐中其他建筑物物的正常運(yùn)行。。5.有靈活控制制水流下泄的機(jī)機(jī)械設(shè)備。如閘閘門、啟閉機(jī)等等。二、孔口設(shè)計(jì)涉及因素很多：：洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)、下游防洪要要求、庫水位雍雍高有無限制、、是否利用洪水水預(yù)報(bào)、過水方方式以及樞紐地地形、地質(zhì)條件件等。設(shè)計(jì)步驟：選定定泄水方式，擬擬定若干種泄水水布置方案。初初步確定空口高高程、尺寸，按按工程等級相應(yīng)應(yīng)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洪水調(diào)調(diào)節(jié)演算。求出出各方案的防洪洪庫容，設(shè)計(jì)和和校核洪水位及及相應(yīng)的下泄洪洪量等。然后估估算淹沒損失和和樞紐造價，進(jìn)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比比較，選出最優(yōu)優(yōu)方案。（一）洪水標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)洪水標(biāo)準(zhǔn)，包括括洪峰流量和洪洪水總量。是確確定孔口尺寸進(jìn)進(jìn)行凋洪演算的的重要依據(jù)。選選用標(biāo)準(zhǔn)見P70表2—14。（二）孔口型式式1、壩頂溢流式式優(yōu)點(diǎn)：①閘門承受的水水頭較小，孔口口尺寸可以較大大。②閘門全開時，，下泄流量與堰堰頂水頭H03/2成正比，超泄能能力強(qiáng)。③閘門在頂部，，操作方便，易易于維修，安全全可靠。④能排水及其他他漂浮物。堰頭設(shè)閘門———大中型——調(diào)調(diào)節(jié)庫水位和下下泄流量堰頭不設(shè)閘門———小型——結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，管理理方便2、大孔口溢流流式：上部設(shè)胸胸墻，降低堰頂頂高程。胸墻：固接胸墻墻，活動胸墻優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)洪洪水預(yù)報(bào)提前放放水，提高了調(diào)調(diào)洪能力。2.孔口尺寸裝設(shè)閘門的溢流流壩,常用閘門門將溢流壩段分分割成若干個等等寬的溢流孔口口.確定孔口尺寸時時應(yīng)考慮的因素素:1．滿足泄洪要要求2．孔口寬度越越大,閘門尺寸寸越大,啟門力力越大,啟門和和啟閉機(jī)的構(gòu)造造就較復(fù)雜.3．孔口高度越越大,q大,溢溢流壩段越短;孔口寬度越小小,孔數(shù)多、閘閘門多，溢流段段總長也相應(yīng)加加大。4.q大，消消能困難，為了了對稱均衡開啟啟閘門，以控制制下游河床流態(tài)態(tài)，孔口數(shù)目最最好采用奇數(shù)。。（四）閘門和啟啟閉機(jī)閘門分為：工作作、檢修。工工作門：平面門門和弧形門。檢檢修門：平面面門、疊梁門。。

平面門優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、、閘門受力條件件較好，閘門較較短，多孔口共共用一臺活動門門機(jī)。缺點(diǎn)：啟啟閉力較大，閘閘墩較厚?；』￠T優(yōu)點(diǎn)：啟閉閉力小、閘墩薄薄、無門槽水流流平順

缺點(diǎn)：：閘墩較長，受受力條件差。弧弧形門用固定定式啟閉機(jī)。平平面門：活動動門機(jī)（工作、、檢修平門共用用）（五）閘門和工工作橋閘門的斷面形狀狀應(yīng)使水流平順順。上游端常采用：：橢圓形，半圓圓形或流線型型。上游端：采用：：收縮成流線形形現(xiàn)有：方形寬寬尾墩（六）橫縫的布布置①墩中分縫：：墩厚、工作可可靠、不均勻沉沉降不影響啟閉閉②孔中分縫：墩墩薄，受地基不不均勻沉降影響響啟閉，水流過過橫縫，局部不不平順。三．溢流壩設(shè)計(jì)計(jì)中有關(guān)高速水水流的幾個問題題（一）

空化和和空蝕。1．基本概念：：空化（空穴化化）：由于邊界界突變造成水流流和壁面分離等等各種原因，在在邊界處產(chǎn)生負(fù)負(fù)壓使水流中某某一點(diǎn)的壓力降降低到水的蒸汽汽壓力時，水流流內(nèi)部開始出現(xiàn)現(xiàn)蒸汽空泡，稱稱為“空穴”即即“空化”。空蝕：當(dāng)空化水水流運(yùn)動到壓力力較高處，由于于汽泡的潰破，，伴隨著聲響和和巨大的沖擊作作用，當(dāng)這種作作用力超過結(jié)構(gòu)構(gòu)表面材料顆粒粒的內(nèi)聚力時，，便產(chǎn)生剝離狀狀的破壞，這種種現(xiàn)象稱為“空空蝕”。防蝕、抗腐的措措施：①控制過水表面面的不平整度。。②摻氣減蝕,:當(dāng)流速超過36m/s時,即使采取表面面平整度處理,仍可能產(chǎn)生空空蝕,故應(yīng)考慮慮其它安全措施施。③采用抗蝕抗磨磨性強(qiáng)的材料。。（二）摻氣水自由表面產(chǎn)生生摻氣現(xiàn)象使水水深增大。在確確定溢流壩邊墻墻高度時，應(yīng)予予考慮。（三）脈動紊動水流均產(chǎn)生生摻氣邊界條急急劇變化處尤為為嚴(yán)重，脈動對對建筑物的影響響。1．引起結(jié)構(gòu)振振動甚至共振。。2．加大壓強(qiáng)可可達(dá)40%?？赡艽筘?fù)壓，從從而增大了空蝕蝕的可能性。（四）

沖擊擊波在高速水流邊界界發(fā)生變化處：：斷面擴(kuò)大、收收縮、轉(zhuǎn)彎等，，將產(chǎn)生沖擊波波。四．溢流面曲線線及剖面設(shè)計(jì)（一）溢流曲線線：組成：①有較高高的流量系數(shù)；；②水流平順，不不產(chǎn)生空蝕。溢流面常用曲線線：①WES曲曲線；②克一奧曲線。。（二）剖面設(shè)計(jì)計(jì)五．消能工的設(shè)設(shè)計(jì)原則及型式式1．設(shè)計(jì)原則：：①盡量使下泄水水流的動能消耗耗于水流內(nèi)部的的紊動中，以及及水流與空氣的的摩擦上。②不產(chǎn)生危及壩體體安全的河床或岸岸坡的局部沖刷。。③下泄水流平穩(wěn)，，不影響其他建筑筑物的運(yùn)行。④結(jié)構(gòu)簡單，工作作可靠。⑤工程量小，經(jīng)濟(jì)濟(jì)。2．消能工的型式式：底流式、排流流式、面流、消力力肩。3．選擇消能工的的依據(jù)：地形、地地質(zhì)、樞紐布置、、水頭、流量、下下游水深及其變幅幅等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)比較。重要工程程應(yīng)作模型試驗(yàn)。。六．底流消能（一）

水流流條件及消能措施施。在壩趾下游設(shè)消力力池，消力坎等。。底流消能工作可可靠，但是工程量量大。下泄不同流量產(chǎn)生生的躍后水深h””與下游實(shí)際水深深t的關(guān)系，有以以下五種情況：Q——h”和Q———t重合。①表明任何情況下下均產(chǎn)生臨界水躍躍，無須修消力池池，只須在水躍范范圍內(nèi)修護(hù)坦即可可。這是最理想情況，，實(shí)際很少見。②何情況他t<h”,產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)驅(qū)式水躍。需要消消力池、消力坎及及綜合消力池，以以促使在坎趾處產(chǎn)產(chǎn)生淹沒水躍。③表明在各種流量量下t>h”,均均產(chǎn)生淹沒水躍。。淹沒度大時，產(chǎn)產(chǎn)生高速潛流，水水躍長度加大。消消能采用消力戽或或斜坡式（逆坡式式）護(hù)坦，（計(jì)算算方法不成熟）④小Q時，Q<Qk時t<h”，下游游水深不足，產(chǎn)生生遠(yuǎn)驅(qū)水躍。Q>Qk時，t>h”,下下游水深大，產(chǎn)生生淹沒水躍。這時時采用斜坡式護(hù)坦坦與消力池相結(jié)合合得方式（并稱消消力護(hù)）。⑤與④相反。也用用消力戽消能，消消力池按最大流量量設(shè)計(jì)。（一）護(hù)坦結(jié)構(gòu)護(hù)坦的作用：保護(hù)護(hù)河床不受高速水水流的沖刷。長度：底流式消能能延伸致水躍末端端，其他型式，也也需在壩趾下游設(shè)設(shè)置護(hù)坦。厚度：滿足穩(wěn)定要要求。上游厚，下下游?。魉傩?，，壓力大）。為防止護(hù)坦受基巖巖約束產(chǎn)生溫度裂裂縫、在護(hù)坦內(nèi)設(shè)設(shè)置溫度伸縮縫，，順河向的縫與閘閘墩中心線對應(yīng)，，橫向的縫間距10~15m，護(hù)護(hù)坦底下設(shè)排水系系統(tǒng)（降低揚(yáng)壓力力），護(hù)坦末端做做成齒墻以防水流流淘刷。材料：采用抗蝕耐耐磨砼。七、挑流消能（適適用于基巖比較堅(jiān)堅(jiān)固的高、中壩））消能特點(diǎn)：將下游游高速水流拋向空空中，使水流擴(kuò)散散、摻氣，然后跌跌入下游河床水墊墊中，發(fā)生旋滾和和摩擦，以消耗能能量，本消能方式式優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)經(jīng)濟(jì)、工期短；缺缺點(diǎn)：尾水活動比比較大，霧化大，，影響電站工作。。設(shè)計(jì)內(nèi)容：鼻坎型型式、反弧半徑、、鼻坎高程程、挑射角度。。（一）連續(xù)式鼻坎坎主要優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造造簡單，射程遠(yuǎn)，，水流平順，很少少產(chǎn)生空蝕。鼻坎挑射角一般θθ=20~25°°，深水河槽θ=15~20°。。(在45以內(nèi)，角角度愈大，挑射距距離愈遠(yuǎn)，但入水水角度也大，沖刷刷坑也愈深)，要要求>2.5~5.0反弧半徑R=（8~10）h，h鼻坎上水深。R大小，水流轉(zhuǎn)向向不平順；過大時時，鼻坎向下游延延伸太長，增大工工程量。鼻坎高程程：一般般高出下下游最高高水位1~2m，現(xiàn)有有低鼻坎坎挑流低低于下游游最高水水位，如如浸窩。。挑距及沖沖坑計(jì)算算公式見見P83（2-104），（（2-105））。（二）差差動式挑挑流鼻坎坎優(yōu)點(diǎn)：使使挑射水水舌擴(kuò)散散，分成成兩段，，相互撞撞擊、加加大摻氣氣量，加加大空中中耗能，，減小入入水的單單位面積積上的能能量，減減小沖刷刷，下游游波動也也小些。。型式：矩矩形和梯梯形齒坎坎（見P84圖圖）；缺點(diǎn)：矩矩形側(cè)壁壁易產(chǎn)生生較大負(fù)負(fù)壓；梯梯形施工工復(fù)雜。。八、面流流式消能能適用于中中小型工工程，水水頭低，，下游水水深大且且變幅小小。消能特點(diǎn)點(diǎn):利用用鼻坎將將主流挑挑至水面面，在鼻鼻坎附近近表面主主流與河河床之間間形成逆逆向旋滾滾。使高高速水流流與河床床隔開，，避免對對壩趾附附近河床床的沖刷刷，主流流在水面面逐漸擴(kuò)擴(kuò)散消能能，反向向旋滾也也可消除除一部分分能量。。優(yōu)點(diǎn):面面流消能能不需設(shè)設(shè)護(hù)坦和和其他加加固措施施。缺點(diǎn):高高速水流流在表面面、伴有有強(qiáng)烈的的波浪、、綿延數(shù)數(shù)里，影影響電站站運(yùn)行及及下游通通航，易易沖刷兩兩岸。九、消力力戽適用：尾尾水深、、變幅小小、無航航運(yùn)要求求，下游游河岸有有一定抗抗沖能力力。特點(diǎn)：消消力戽是是以模型型試驗(yàn)為為基礎(chǔ)研研究成功功的一種種消能方方式。它它是利用用一個較較大的反反弧半徑徑和挑角角形成的的戽斗、、在一定定尾水深深度的作作用下，，使從溢溢流壩下下游的高高速水流流在戽斗斗內(nèi)產(chǎn)生生激烈的的表面旋旋滾，并并使出戽戽的高速速水股在在底部及及尾水中中均產(chǎn)生生旋滾，，以達(dá)到到較好的的消能效效果。30年首首先在美美國大苦苦力壩中中采用，，我國安安康采用用。優(yōu)點(diǎn)：工工程量較較消力池池小，沖沖刷坑比比挑流式式淺，不不存在霧霧化問題題；缺點(diǎn)：下下游水面面波動大大，易沖沖刷岸坡坡，不利利航運(yùn)，，戽面磨磨損率高高，增大大了維修修費(fèi)用。。十、下游游折沖水水流及其其防止發(fā)生原因因：開啟啟部分泄泄水孔，，下游水水流不能能迅速在在平面上上擴(kuò)散，，在主流流兩側(cè)容容易形成成回流，，主流受受到壓縮縮，使水水流單寬寬流量增增加，流流速在長長距離內(nèi)內(nèi)不能降降低，引引起河床床沖刷。。如兩側(cè)側(cè)回流強(qiáng)強(qiáng)度不同同，水位位不同，，還可將將主流壓壓向一側(cè)側(cè)，形成成折沖水水流。危害：（詳見下下頁）危害：1、沖刷刷河床和和河岸；；2、影響響航運(yùn)；；3、電站站尾水形形成回流流，抬高高尾水，，損失電電能（落落差減小?。?，采采取防止止措施：：①布置上上，盡量量使溢流流壩下游游水流與與原河床床主流位位置方向向一致；；②運(yùn)用管管理，閘閘門均可可開啟，，或?qū)ΨQ稱開啟；；③布置導(dǎo)導(dǎo)流墻。。第十一節(jié)節(jié)重重力壩深深式泄水水孔一、作用用及工作作條件進(jìn)口高程程常接近近死水位位或靠近近河床。。作用：①預(yù)泄庫庫水，增增大水庫庫的調(diào)蓄蓄能力力；②放空水水庫，以以便檢修修；③排放淤淤泥，減減少淤積積；④隨時放放水，以以滿足航航運(yùn)和灌灌溉的要要求；⑤施工導(dǎo)導(dǎo)流。工作條件件：①孔內(nèi)水水流流速速高，易易產(chǎn)生負(fù)負(fù)壓，空空蝕和振振動；②閘門在在水下，，承受的的壓力大大，檢修修困難。。二、型式式及布置置按水流條條件分：：有壓的的、無壓壓的；按高程分分：中孔孔、底孔孔；按布置層層數(shù)分：：單層、、多層。。1、有壓壓泄水孔孔工作閘門門布置在在出口，，可以部部分開啟啟，出口口低，利利用的水水頭大，，斷面尺尺寸較小小。缺點(diǎn)：閘閘門關(guān)閉閉時，孔孔內(nèi)承受受較大的的內(nèi)水壓壓力對壩壩體應(yīng)力力和防滲滲都不利利，常需需鋼板襯襯砌。為為此進(jìn)口口處設(shè)置置事故檢檢修閘門門、平常常用來擋擋水。2、無壓壓泄水孔孔工作閘門門布置在在進(jìn)口，，為形成成無壓水水流，需需在閘門門后將斷斷面頂部部升高。。（工作作閘門前前仍為有有壓段））優(yōu)點(diǎn)：閘閘門可以以部分開開啟，明明流段不不用鋼板板襯砌，，施工簡簡便，干干擾少，，有利于于加快速速度進(jìn)度度。缺點(diǎn)：斷斷面尺寸寸較大，，削弱壩壩體。國內(nèi)重力力壩多采采用無壓壓泄水孔孔。3、雙層層泄水孔孔受閘門結(jié)結(jié)構(gòu)及啟啟閉機(jī)的的限制，，深式泄泄水孔的的斷面面面積不能能太大，，為了增增大泄流流量，可可將泄