挡水建筑物

拱坝的形式
• 一、按坝体体形分类 1、单曲拱坝：水平
断面上有曲率，而悬臂 梁断面上不弯曲或曲率 很小。单曲拱坝适用于 近似矩形的河谷或岸坡 较陡的U形河谷
• 2、双曲拱坝： 双曲拱坝在水
平断面和悬臂梁断 面上都有斜率，拱 冠梁断面向下游弯 曲，双曲拱坝适用 于V形河谷
二、按水平拱圈型式分
• 按水平拱圈型式可分为圆弧拱坝、多心拱 坝、变曲率拱坝。圆弧拱坝拱端推力方向 与岸坡边线的夹角较小，不利于坝肩岩体 的抗滑稳定。多心拱坝由几段圆弧组成， 且两侧圆弧段半径较大，可改善坝肩岩体 的抗滑稳定条件。变曲率拱坝的拱圈中段 曲率较大，向两侧曲率逐渐减小。
第三章 挡水建筑物
第一节
重力坝
概念
• 重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物， 其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组 成。主要依靠坝体自重来维持稳定的坝 。
• 重力坝是依靠自身重力在地基上产生的抗滑力来 维持其稳定的一种挡水建筑物。坝轴线一般为直 线，在垂直坝轴线方向设置横缝，将坝体分成若 干独立工作的坝段。重力坝大多修建在岩击上， 采用的材料主要有混凝土或浆砌石。
• 拱坝与其他坝形受力方式截然不同，拱坝 的安全性不仅取决于坝体材料的抗压强度， 还与两岸岩体的支撑作用有关。当坝肩岩 体足够大， 比较坚实完整和稳定可靠时，
拱坝主要受力特点为坝身受压，可以发挥 混凝土强度优点，坝基岩体也比较安全。 坝体的稳定主要依靠两岸的岩基的作用， 并不全靠坝体的自重来维持稳定。
• 1、均质坝 • 2、心墙坝 • 3、斜墙坝 • 4、多种土石坝
土石坝的剖面及构造
• 基本剖面为梯形或复式梯形 • 1、坝顶：坝顶高程由水库静水位加上超高
确定。超高由波浪在坝坡上的爬高、波浪 中心线雍高和安全加高组成。且分别用设 计洪水位和校核洪水位两种情况计算，取 其中高值为坝顶设计高程。 • 坝顶上游设置防浪墙，坝顶须做护面。
• 二、经济性
拱坝由于坝体受力的特点，可有有效的 发挥混凝土的抗压强度优势。所以，一般 比重力坝混凝土用量少，造价更便宜。一 般情况下，拱坝所需的坝体混凝土量为同 规模重力坝的1/3~2/3。造价为重力坝的 65%~75%。所以，只要地质条件许可，拱 坝是优先选择的经济坝型。
Байду номын сангаас 三、安全性
拱坝属于高次静定结构，当外荷载增大 或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体拱 和梁的作用因受变位的相互制约而自行调 整，坝体应力出现重新分配。因此，拱坝 由于坝身及基础工作条件好，不易发生整 体破坏。
二、拱坝平面布置型式
• 1、等半径拱坝 • 水平拱圈从上到下采用相同的半径，拱坝
上游坝面为铅直圆筒面，拱圈厚度随水深 逐渐加厚，下游坝面为斜面，各层拱圈内 外弧的圆心均位于同一条铅直线上。 • 它适用于U形或较宽的梯形河谷，各层拱圈 均能采用较大的中心角，有利于拱作用的 发挥和减小坝体厚度，同时还具有结构简 单，设计和施工方便，直立的上游面便于 进水口或泄水孔设备的布置
• 4、双曲拱坝
• 梁呈弯曲的形状，兼有垂直拱的作用，垂 直拱在水平拱的支撑下，将更多的水荷载 传递至拱座；垂直拱在水荷载作用下上游 受压，下游受拉，而在自重下则与此相反 ，因而应力状态可以得到改善，材料强度 也可得到充分发挥。适用于V型河谷或梯形 河谷。
三、拱坝的布置原则
• 1、基岩轮廓线连续光滑。开挖后的基岩面 无突出的齿坎；岩性均匀变化；开挖后的 河谷地形基本对称和连续变化。
组成
• 1、坝体 • 2、防渗体 • 3、护坡 • 4、排水设施
分类
• 一、按坝高分 • 1、低坝，30m以下的坝 • 2、中坝，30~70m的坝 • 3、高坝，70m以上的坝 • 二、按施工方法分 • 1、碾压式土石坝 • 2、水力冲填坝 • 3、定向爆破堆石坝
• 二、按坝体建筑材料及防渗体的相对位置 分类
• 3、扬压力：坝体当水后，在上下游水头差 的作用下，水将通过坝体、地基等向下游 渗透。拱坝坝体一般比较薄，坝体内部扬 压力对应力影响不大，对薄拱坝通常课忽 略不计。较厚拱坝应考虑扬压力作用。
二、温度荷载
• 拱坝为超静定结构，在上下游水温、气温 周期性变化的影响下，坝体温度将随之变 化，并引起坝体的伸缩变形，在坝体内将 产生较大的温度应力，在薄拱坝中影响更 大。所以，温度荷载是拱坝设计的主要荷 载。
特点
• 一、受力特点： 拱坝是固结于基岩的空间壳体结构，在
平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈 竖直的或向上游凸出的曲线形。所以其坝 体结构可近似看成由一系列凸向上游的水 平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。
所以，坝体结构既有拱作用又有梁作用， 因此具有双向传递荷载的特点。
坝体承受的水荷载，一部分由拱的作用传递 至两岸的岩体，一部分由竖直的悬臂梁传递 到坝底的岩基。拱坝所佐罗的两岸岩体成为 拱座或坝肩，位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁 成为拱冠梁，一般位于河谷的最深处
二、非溢流重力坝的实用剖面
• 1、坝顶宽度：一般宽度可采用坝高的8%~10%， 且不小于3米。（普通混凝土3m，碾压混凝土5m）
• 2、坝顶高程：坝顶高程要高于校核洪水位，把顶 上有的防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程。
• 3、实用剖面形式： • （1）铅直坝面 • （2）斜坡坝面 • （3）折坡坝面
2、防渗设施
• （1）、心墙:一般布置在坝体中部，心墙顶 部厚度不小于3m，底部厚度不宜小于作用 水头的1/4,。顶部高程应高出设计洪水位 0.3~0.6m。当有防浪墙时，心墙顶部也不 应低于设计水位，且防浪墙应于心墙相连。 心墙与地基和两岸必须有可靠的连接。岩 石地基上心墙一般还要设置混凝土垫座。
特点
• 优点： • 1、对地形、地质条件适应性强；对地质条
件要求相对较低；坝高不大时，可修建在 土基上。 • 2、工作安全，运行可靠。 • 3、泄洪和导流方便。 • 4、便于施工和管理
缺点：
• 1、重力坝需要有足够的自重稳持稳定，坝 体体积较大，水泥用量较多，坝体材料的 强度得不到充分发挥。
• 2、坝底扬压力大。 • 3、坝体混凝土容易出现温度应力。
• 土石坝的上下游坡面还必须设置护坡，以防止自 然现象的破坏
3、排水设施
• 土石坝虽然设有防渗体，但仍有一定量的水渗透 到坝体内。所以需要设置坝体排水设施，用以将 坝体内的水排出坝外，已达到降低坝体浸润线及 孔隙水压力、防止渗透变形、增加坝坡的稳定性、 防止冻胀破坏的目的。
• （1）贴坡排水：贴坡排水在紧贴下游坝坡的表面 设置，由1~2层堆石或砌石筑成。在石块与坝坡 之间应设置反滤层。贴坡排水顶部应高于坝体浸 润线的逸出点，并保证坝体浸润线位于冻结深度 以下。
（2）斜墙
• 黏土斜墙的构造出外形外，其他均与心墙 类似。顶部厚度不小于3m。为保证抗渗稳 定，底部厚度不宜小于作用水头的1/5。墙 顶应高于设计洪水位0.6~0.8m，且不低于 校核洪水位。墙顶和上游坡都必须设置保 护层，以防止冲刷、冰冻和干裂。斜墙与 保护层以及下游坝体之间，应根据需要分 别设置过渡层。
二、混凝土的耐久性
• 1、抗渗性 • 2、抗冻性 • 3、抗磨性 • 4、抗侵蚀性 • 三、混凝土的分区 • 由于坝体各部分的工作环境和条件不同，
为了合理使用材料。常对坝体不同部位按 不同工作条件分区。采用不同等级的混凝 土。
重力坝的构造
• 一、坝体排水设施：排水管 • 二、分缝： • 1、横缝 • 2、纵缝 • 3、水平缝 • 三、止水 • 四、廊道系统
2、堆石棱体排水：用块石堆成棱体，放置在坝体下 游坝脚处，顶部高程应高于下游最高水位，超出 高度大于波浪沿下游坡面的最大爬高。并使坝体 浸润线距离坝坡的距离大于当地冰冻深度。
3、褥垫排水：将块石平铺在霸体下游部分的地基上， 周围设置反滤层。他可以降低浸润线，加速软土 地基的固结。但对地基不均匀沉降适应性差，易 与断裂，难于维修。
3、坝坡
• 土石坝的上下游坝坡坡降直接影响到坝体稳定和 工程量大小，与坝型、筑坝材料、坝高、护坡结 构、护坡材料以及地基条件等因素有关。
• 坝坡在坝顶处坡度较陡，从上向下逐级放缓，一 般每隔10m~30m进行一次变坡，在变坡处设置马 道，以便观测，检查和交通。
• 上游坝坡长期浸泡在水中，土料的抗剪能力下降， 当上有水位突降时，坝体渗水会向上游反渗。因 此，均质坝上游坡要比下游坡缓。
• 2、等中心拱坝
• V字形河谷中常用等中心角，为了使V形河 谷中各层拱圈的中心角接近最优中心角， 并布置成相等的中心角，则各层的拱圈半 径会逐级减小。
• 等中心角拱坝的缺点是为了维持圆心角为 一个常数，拱坝的上下游均形成扭曲面， 并且出现倒悬，在靠近两岸部分均倒向上 游。
• 3、变半径、变中心角拱坝
重力坝的地基处理
• 一、开挖和清理 • 二、基础灌浆： • 1、固结灌浆 • 2、帷幕灌浆 • 三、坝基排水 • 四、软弱夹层和断层带的处理
碾压混凝土重力坝
• 碾压混凝土重力坝是二十世纪八十年代以 来发展较快的一种新的筑坝技术，其是把 土石坝施工中的碾压技术应用于混凝土坝， 采用自卸汽车或皮带输送机将干硬性混凝 土运到仓面，以推土机平仓，分层填筑， 振动压实成坝。
重力坝的荷载
• 1、自重 • 2、静水压力 • 3、动水压力 • 4、泥沙压力 • 5、浪压力 • 6、扬压力
• 7、冰压力 • 8、地震荷载 • 9、温度荷载 • 10、其他荷载
重力坝的材料
• 主要是水工混凝土和浆砌石。 • 一、混凝土强度 • 材料的强度是材料在荷重或者其他因素所
产生的内部应力作用下抵抗破坏的性能。 根据受力情况分为，抗压、抗拉、抗剪、 抗弯等几种强度。混凝土等级采用抗压强 度表示。
• 三、地震荷载
拱坝的布置
• 一、水平拱圈布置 • 1、拱圈中心角的确定 • 中心角的大小会直接影响到应力条件，工
程造价和坝肩岩体的稳定。当中心角较大 时，拱圈应力条件较好，坝体工程量也较 小，但拱端处的推力会更接近于平行河岸 ，对坝体的稳定不力。因此，选择中心角 时，应当是在满足坝肩稳定的条件下，尽 量的加大中心角。 • 2、水平拱圈的形态
优点
• 1、水泥用量少，整体造价低 • 2、施工工艺简单，工期短 • 3、简化温度控制，温度应力低 • 4、省略坝缝，降低施工难度 • 5、简化施工导流
第二节 土石坝
定义：土石坝是指用当地土料 石料，经过抛填、碾压等方法 堆筑而成的挡水坝，是土坝、 堆石坝和土石混合坝的总称。 由于住吧材料主来来自坝区， 又称为当地材料坝。
4、管式排水。
第三章 拱坝
• 拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建 筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部 分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比， 在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本 身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的 反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向 反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此， 是一种经济性和安全性都很好的坝型。
重力坝分类
按结构分
实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝
重力坝的剖面
• 一、基本剖面 • 重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水
压力和扬压力3项主要荷载作用下，满足稳 定和强度要求，并使工程量最小的三角形 剖面。 • 一般情况下，上游坝坡坡率n=0~0.2,常做成 铅直或上部铅直下部倾斜上游；下游坝坡 坡率m=0.6~0.8；坝底为坝高的0.7~0.9倍。
特点:
• 1、就地取材，节约大量材料，减少工地的外线运 输量
• 2、能适应各种不同的地形、地质条件。 • 3、土石坝结构简单，施工方便。 • 4、工作可靠，寿命较长。 • 5、土石坝坝身不能泄流，需另外修建泄水建筑物，
增加了枢纽的布置难度。 • 6、施工导流相比混凝土坝困难 • 7、易受降雨等天气影响，特别是黏性土的施工。
拱坝的设计荷载
作用于拱坝上的荷载有静水压力，动水压力， 温度压力，自重，扬压力，泥沙压力，浪 压力。冰压力和地震荷载等等。其中水压 力，温度荷载对坝体应力影响比较大。
一、一般荷载的特点 1、水平径向荷载：包括水压力、泥沙压力、
浪压力及冰压力。其中静水压力是把提上 最主要的荷载，由拱和梁共同承担。
• 2、自重：混凝土拱坝在施工时常分段浇筑， 最后惊醒灌浆封拱，形成整体。在拱坝形 成整体前，各坝段的自重变为和应力已经 形成，全部自重应由悬臂梁来承担。