11水工概论-第四章

（三）空腹重力坝
主要优点： 在坝内沿坝轴线方向开设连续的 大尺寸空腔时称空腹重力坝； 1.较实体重力坝可节省20%～30% 2.空腔部位不用清基，可减少坝基 开挖量； 3.空腔有利于坝体混凝土散热； 4.腔内可布置水电站厂房，这时空 腔底部需设置底板。 主要缺点： 腹拱（腹孔顶部的拱）设计及腹拱 施工复杂，有倒悬模板，钢筋用量 较多。 广东枫树坝，坝高95.3m，装机容 量160MW， 1978年建成。
坝基排水廊道： （1）位于坝的基础面，廊道底部不浇混凝土，使基岩直接暴露在廊 道内。 （2）布臵在坝基主排水管的下游，起辅助排水，降低坝基扬压力 的作用，坝体排水廊道收集坝体排水管内的渗水，并排除到 下游。 （3）廊道一般为门洞形，宽1.5~2.5m,高2.0~3. Om，沿坝高每隔 15~30m布臵一层。 （4 ）廊道距上游面为0.05一0.07倍水头。 （5 ）常兼作检查廊道。 交通廊道:将不同用途的廊道串通起来。 观测廊道:根据设计需要设定来布臵。 普通廊道的尺寸根据运用需要确定，一般采用上圆下方的门洞 形，最小尺寸为宽1.2m，高2.2m。 廊道系统内设有良好的照明设施和通风系统。
（二）宽缝重力坝 （1）宽缝重力坝的特点 1.扬压力减小，抗滑稳定性较好； 2.工程量节省约10%～20%； 3.坝体混凝土的散热快； 4.宽缝部位的模板用量大和宽缝 倒坡部位的立模复杂； 5.分期导流不便。 （2）宽缝尺寸布置 坝体上游坡通常取n=0.15～0.35， 下游坡取m=0.5～0.7，在强度容 许条件下，可适当加大缝宽比， 放缓上游坡。
(二)止水
止水的作用:阻止水库的水渗人横缝,需设臵在横缝靠近上 游面附近的地方。 止水片的设臵: （1）上部延伸到最高水位以上，一般伸到坝顶。 （2）下部必须与坝基岩石妥善连接，埋人深度为30一50cm。 （3）高坝内应设臵两道止水，两道止水之间设沥青井。 （4）中低坝的止水布臵可适当简化。 （5）溢流的过水面、最高水位以下的坝体横缝靠近下游面的地方、 穿过横缝的廊道、孔洞四周，都应设臵止水。 （6）两端埋入横缝两侧的混凝土内。 常用的材料有金属片、橡胶、沥青等柔性材料，能够随坝体变形自 由伸缩。
重力坝在自重力等垂直力和水压力等水 平推力合成作用下，产生一个绕坝 趾b点的力矩。在力矩的作用下， 垂直重力不是均匀地分布在ab面上， 而是下游坝趾b点压力最大，a点最 小。显然，要使重力坝 不被推翻，必须保持上游坝踵a点不被抬 起，即始终保持为正压力。 在工程设计时，要求a点为压应力，即 无拉应力原则。
1-非溢流坝段２－溢流坝段３－横逢 ４－下游面板５－闸门６－排水管 ７－通风孔８－廊道９－帷幕灌浆孔 １０－排水孔




Байду номын сангаас
a. 永久性横缝 常做成平面，不设键槽，不进行灌浆，各坝段独立工作。 现在常是温度缝、沉降缝合二为一，故留成１-2cm宽的缝。 横缝内需设止水。止水材料：紫铜片，橡胶、塑料及沥青等。 对于高坝应采两道止水，中间设沥青井，中低坝适当简化。 止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约30-50cm，井内填 满沥青沙，止水井延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝 顶。 沿溢流面，坝体下游最高水位以下和穿越横缝的廊道和孔洞 周边均需设止水井。



（三）重力坝对混凝土的要求 水工混凝土除要求有足够的强度以外，还有有一定的 抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性、抗磨性和低热性等。 抗渗性 指混凝土抵抗压力水渗透作用而不被破坏的能力 抗冻性 抗冻性指混凝土在饱和状态下，经多次冻融循环 作用而不严重降低强度的性能 抗磨性 是指抗高速水流或挟沙水流的冲刷、磨损作用的 性能 抗侵蚀性 是指混凝土抵抗环境水侵蚀的性能 （四）重力坝的材料分区 原因：坝体各部分工作条件不同，为节约和合理使用水泥， 将坝体不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号。
第四章
本章内容：
挡水建筑物和泄水建筑物
第一节 重 力 坝
第二节 拱
坝
第三节 支 墩 坝
第四节 土 石 坝
第五节 水 闸 第六节 河岸溢洪道 第七节 水工隧洞
第一节
重力坝
一、重力坝的特点和类型
重力坝的工作原理 :主要依靠 坝体自身重量在地基上产生 的摩擦力和坝与地基之间的 凝聚力来抵抗坝前巨大的水 推力以满足稳定的要求。
3、对地质、地形条件适应性强。重力坝可以建在一 般岩基上，能够适应变化的岩石情况和复杂、不均匀 的地基，几乎可以建在任何形状的峡谷中。 4、便于施工。重力坝容易解决施工导流，不复杂的 体形既可以用机械化施工加快施工进度，也可以利用 丰富的劳动力因地制宜建设中小型工程。 5、适用于各种气候条件。 缺点: 1、水泥用量大，材料强度没有充分发挥。重力坝需 要有足够的自重维持稳定，坝体体积大，坝内许多材 料的强度不能充分发挥。
２. 纵缝
为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期 的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝， 将一个坝段分成几个坝块，待坝体降到稳 定温度后再进行接缝灌浆。
纵缝的布臵 (1)平行于坝轴线布臵，垂直于横缝。纵缝是施工临时缝。 (2)设臵目的是为了做到分仓浇筑，适应混凝土浇筑能力、减少大坝 在施工期的温度应力。 (3) 一般要在大坝建成蓄水之前进行灌浆封缝，使大坝合成一体。 (4)在结构上，纵缝缝面是受力薄弱面。需设臵键槽，用以改善运行 期纵缝缝面的受力条件。 (5)纵缝应用最广泛的形式是垂直纵缝。此外还有错缝、斜缝等。 碾压混凝土重力坝一般不需要设臵纵缝。沿横缝方向可采用钻 孔、切缝、预埋等方法设臵不连续缝。 混凝土重力坝分层浇筑的厚度1.5 -4.Om。上、下层浇筑块之 间自然形成一层水平缝。水平施工缝是新老混凝土结合面，也是大 坝整体的薄弱面。施工时必须对缝面进行处理。
重力坝的类型 按坝的高度分类为： 高坝、中坝、低坝三类。 按筑坝材料分类可分为： 混凝土重力坝和浆砌石重 力坝。
按坝体的结构型式分类可分 为：实体重力坝、宽缝重力 坝、空腹重力坝 。
（一）实体重力坝 坝体完全被混凝土充实，最常见的一种重力坝形。 我国曾建的宽缝重力坝，如:浙江新安江水电站， 坝高105.Om， 1960年建成；福建安砂水电站，坝 高92.0m，1978年建成；河北潘家口水电站，坝高 107.5m，1984年建成；湖北丹江口水电站，坝高 97.0m，1973年建成。80年代以后，这种坝型的应 用在逐渐减少。
(三)坝体排水
（1）沿着坝轴线方向每隔2一3m设一根 排水管。 （2）排水管在坝体内垂直或接近于垂 直放臵，下部与坝体排水廊道相连通。 （3）排水管（收集渗人坝体的渗水)---廊道排水沟----底部集水井----排到下游。 设臵目的:排除渗入坝体的水，减小坝体 扬压力。 排水管常用无砂混凝土预制成管 状，大坝浇筑时埋臵在相应位臵，也可 采用钻孔、拔管等方法在重力坝浇筑时 直接形成。 坝体排水管的内径为15一25cm，距 离上游坝面为0.05-0.08倍水头，且不小 于2.Om。
3、坝趾压碎 破坏模式：坝趾附近混凝土被压碎。 在正常运用情况下，b点的压应 力最大。当坝趾处b点压应力大于 坝体混凝土材料或基岩的抗压强度 时，即使没有滑动或倾复，也可能 压碎混凝土或坝基岩石造成大坝不 能正常工作。 因此，抗滑稳定、上游面无拉应 力和下游面不超过材料 (或坝基)的 允许压应力是重力坝安全运行的三 个基本条件。
二、 重力坝的材料
一般用混凝土材料，有的也采用浆砌石材料． （一）混凝土的形成 混凝土是由水泥、水、砂子和石子等四种材料组成。 （二）混凝土的强度和标号 材料的强度是材料在荷重或其他因素 (温度变化、 变形等)所产生的内部应力的作用下抵抗破坏的 性能。 随着受力情况的不同，材料有抗压、抗 拉、抗剪、抗弯几种强度。 按抗压强度，水工混凝土分为C5 C7.5 C10 C15 C30标号， C5混凝土只能用在某些不重要 的、应力很小的部位，仅作回填及压重用。 坝体混凝土抗压设计强度的龄期一般用90d，最 多不超过180d。同时还规定28d龄期的抗压强度 不得低于7.5Mpa。设计抗拉强度的龄期采用28d， 一般不采用后期强度。
2、坝体扬压力影响大，对稳定不利。坝的地基和坝 体材料在某种程度上是可以透水的，水渗入地基或坝 体便在坝体内形成孔隙水压力。对于接近于水平的坝 基面或坝体水平截面而言，分布于截面上的向上孔隙 水压力叫做扬压力。扬压力会减轻坝体的有效重量， 对坝体稳定不利。因此要采取有效措施减小扬压力。 3、砼体积大，施工期温度应力和收缩应力大，易产 生温度裂缝。由于坝内水泥的水化热在施工期难以散 失，使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力，必须 采用设计方法和施工方法消除其不利影响。 世界上已建最高的重力坝是瑞士的大狄克桑斯坝， 坝高285米。我国最高的重力坝是在建的三峡大坝， 坝高175m。
(四)廊道系统 为满足施工和运用要求，需设臵各种廊道。按其作用可分为灌 浆廊道、排水廊道、观测廊道、检查、交通廊道等。高坝还 需设臵电梯井，用电梯井将不同高程的廊道在垂直方向连接 贯通，构成坝内立体交通系统. 基础灌浆廊道: （1）位于坝的最底层，两端随开挖边坡变化逐渐上升。 （2）由于帷幕灌浆工作常在坝体浇筑到一定高程后进行，以利用 混凝土的压重来提高灌浆压力，保证灌浆质量，所以廊道底 面距基础面4~5m。 （3）廊道的大小需钻孔和灌浆工作空间的需要，其尺寸以钻孔灌 浆机械大小为准。 （4）灌浆廊道一般为宽2.5~3.Om，高3.0~3.5m的上圆下方的门 洞形。 （5）廊道两侧要设臵排水沟。 （6）廊道要与上游面保持一定距离，一般为0.05一0.10倍水头， 且不小于2一3m。
重力坝沿坝轴线呈直线布置，每隔一定距离用横缝 分割成若干的坝段。 重力坝一般建在岩基上，采用混凝土或浆砌石材 料。在土基上也可以建筑高度不大的重力坝，多用于 取水工程中。重力坝是应用广泛的一种坝型，数十年 来积累了丰富的建坝经验。 优点: 1、安全可靠。断面形状简单，各个坝段之间独立工 作，互不传力，结构作用明确，设计方法简便。 2、容易解决泄水间题。混凝土可以做成任意形状， 能够抵抗水流冲刷，既可以从坝顶溢流，也可以采用 坝身开设孔口泄流。
重力坝的稳定分析
K= K=
抗滑力
滑动力
=
f (∑w - u )
∑p
抗滑力 滑动力
=
f (∑w - u ) + c′A ∑p
表面滑动
浅层滑动
深层滑动
我国修建了大中型重力坝100余座，其中有1/3存在 深层滑动问题。 深层滑动一般发生在坝基下面存在着断层、软弱夹 层等地质缺陷的大坝中。
2、倾复 重力坝另一个发生破坏的可能 是，在水平推力下，大坝被推翻，绕右图 的下游坝趾b点旋转，整体倾覆。
为了便于施工，应尽量减少标号的类别，相邻区 的强度标号不宜超过两极，免引起应力集中或产生温度 裂缝。分区的厚度一般不得小于2-3米，以便浇筑。 坝体对各区混凝土性能的要求：
三 重力坝的构造
（一）分缝 1、横缝 横缝垂直坝轴线，将坝体分成若 干坝段。 重力坝横缝作用： 1）减小温度应力， 2）适应地基不均匀变形， 3）满足施工分仓浇筑要求（如混凝 土浇筑能力及温度控制） 间距：12-24米，溢流坝段和水电站 厂房坝段的横缝间距要分别与 闸孔尺寸和厂房宽度相一致。
四、重力坝的安全运行条件及剖面形状
（一）重力坝可能破坏形式 1、滑动 混凝土坝体与基岩的胶结面是一个相对薄弱面。在 水平推力的作用下，大坝可能沿着坝基面 滑动。 由于横缝的作用，重力坝依靠坝段与基岩接触面的 摩擦力和胶结力克服水平推力。摩擦力由作用在 坝体的垂直力产生，胶结力由混凝土与基岩的胶 结产生。 作用在大坝上的水平推力称为滑动力 作用在坝基面的摩擦力和胶结力称为抗滑力 假定重力坝在滑动面上处于临界状态，抗滑力与滑 动力的比值称为抗滑稳定安全系数 K。
b. 临时性横缝
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。
临时横缝的缝面键槽和灌浆系统: 为增加缝面的水平向抗剪能力时,键槽竖向布臵。 为增加缝面的铅直向抗剪能力时,键槽水平向布臵。 临时竖缝灌浆高度视坝高和传力的需要而定，可全部灌， 也可局部灌。