重力坝材料构造及地基处理

重力坝材料构造及地基处理第一页，共62页。按抗压强度，水工混凝土分为75、100、150、200、250、300及400等标号，75#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。坝体混凝土的抗压龄期一般可取为90天，最多不超过180天。坝体混凝土的抗拉龄期一般可取为28天，一般不采用后期强度。（一）混凝土的强度指标第二页，共62页。（二）混凝土的耐久性抗渗性：混凝土抵抗压力水渗透作用的能力。抗冻性：混凝土在饱和状态下，经受多次冻融循环作用而不被破坏，也不严重降低强度的性能。抗磨性：高速水流或挟沙水流的冲刷、磨损作用的性能。抗侵蚀性：混凝土抵抗环境水侵蚀的能力。包括抗渗、抗冻、抗磨和抗侵蚀等。第三页，共62页。原因：坝体各部分工作条件不同，为了节约和合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号。二、坝体混凝土分区为了便于施工，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。第四页，共62页。第五页，共62页。I抗冻II抗侵蚀III、IV抗渗、低热、强度V低热VI抗冲第六页，共62页。三、坝体防渗、排水重力坝坝体上游面和下游面水位以下部分，多采用一层具有防渗、抗冻和抗水侵蚀的混凝土，作为坝体防渗设施。第七页，共62页。为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近上游面处布设排水管。距上游面要求小于坝前水深的1/15~1/25，且不小于2m。管距2~3m。管径15~25cm，太小易堵塞。排水管与廊道连接多采用直通式，且多在上游侧（使廊道干燥）。第八页，共62页。第九页，共62页。第十页，共62页。1、横缝横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干坝段。 间距：15~20米，也有达20米。横缝有永久性横缝和临时性横缝两种。四、分缝、止水分缝目的：防止坝在运行期间由于温度变化和地基不均匀沉降导致的坝体裂缝。第十一页，共62页。重力坝的横缝及纵缝(a)横缝及纵缝布置；(b)竖直纵缝；(c)斜缝

第十二页，共62页。第十三页，共62页。常做成平面，不设键槽，不灌浆，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。（一）永久性横缝第十四页，共62页。止水片及沥青井需伸入岩基约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。（一）永久性横缝第十五页，共62页。横缝止水构造示意

l一第一道止水铜片；2一沥青井；3一第二道止水片；4一廊道止水；5一横缝；6一沥青麻片；7一电加热器；8一预制混凝土块

第十六页，共62页。第十七页，共62页。

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。（二）临时性横缝第十八页，共62页。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,键槽竖向布置。为增加缝面的铅直向抗剪能力时,键槽水平向布置。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。第十九页，共62页。意义：连接必须紧密，以免发生渗漏，影响坝体稳定。作法：基岩横向坡（对岸方向）缓于1:2时，坝体浇筑后利用帷幕灌浆对接触灌浆封实；当横向坡陡于1:2时，设接触面止水，在基岩中挖槽嵌入止水片；当横向坡陡于1:1时，按临时横缝处理，在接触面上布设灌浆系统，沿周围嵌入止水片，待混凝土冷却后进行接缝灌浆。（三）坝体与基岩面的连接第二十页，共62页。

平行于坝轴线方向设的缝。目的：适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力。纵缝是临时缝，待坝体降到稳定温度后进行接缝灌浆。纵缝布置形式：铅直、错缝、斜缝。不设纵缝——通仓浇注2、纵缝第二十一页，共62页。间距15~30m。为了使缝面更好地传力，设三角形键槽。槽面大致顺主应力方向。为保证坝面的整体性，铅缝面布设灌浆系统。待坝体温度冷却到稳定温度，坝块收缩，缝的张开度达到0.5mm以上时进行灌浆，缝四周设止水片。（一）铅直纵缝第二十二页，共62页。第二十三页，共62页。第二十四页，共62页。灌浆压力太高会使坝块底部产生过大的拉应力，使坝体破坏。太低又不能保证灌浆质量。一般进浆管压力0.35~0.45Mpa(0.35~0.45kg/cm2)，出浆管压力0.20~0.25Mpa。第二十五页，共62页。纵缝两侧的坝块可以单独上升，高差不宜太大。若高差太大，后浇混凝土的温度和干缩变形，造成灌浆面的挤压和剪切，影响纵缝灌浆，反过来对后浇混凝土块键槽出现剪切裂缝。第二十六页，共62页。浇注块高度在基岩附近1.5~2.0m，在坝体上部不大于3~4m，错缝间距10~15m。缝的错距不超过浇注块的一半，以免沿竖缝开裂。错缝施工简便，不作灌浆处理，在低坝上使用。（二）错缝第二十七页，共62页。第二十八页，共62页。可沿主应力方向设置，因缝面剪应力很小，可以不灌浆。斜缝须在离上游面一定距离处终止。为防止斜缝在终止处向上贯穿，须采用并缝措施：布设并缝钢筋、设并缝廊道等。施工最好使上下块均匀上升。施工复杂，较少采用。（三）斜缝第二十九页，共62页。第三十页，共62页。

施工简便，有利于加快施工进度。坝的整体性好，是发展的方向。但是要注意温控。（四）通仓浇筑第三十一页，共62页。浇注块厚度一般为1.5~4.0m。在基岩表面用0.75~1.0m的薄层浇注，以利散热、防止开裂。上下浇注块之间常间歇3~7天。新混凝土浇注前，须清除缝面渣、灰尘和水泥乳膜，用风水枪或压力水冲洗，使表面成为干净麻面。再均匀铺一层2~3cm的水泥沙浆，然后浇注。3、施工缝（水平工作缝）第三十二页，共62页。为满足施工和适用要求（如灌浆、排水、观测、检查、交通的需要），须在坝体内设置各种廊道。这些廊道相互连通，构成廊道系统。五、廊道系统第三十三页，共62页。第三十四页，共62页。第三十五页，共62页。第三十六页，共62页。设在坝踵部位。利用混凝土压重、提高灌浆压力、保证灌浆质量。一般采用城门洞形。断面尺寸应满足灌浆作业的要求。一般底宽2.5~3.0m，高3.0~4.0m，距上游面可取0.05~0.1倍水头，且布小于4~5m（渗透坡降问题）。廊道底面距基岩布小于1.5倍廊道宽度。廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及扬压力观测孔。灌浆廊道沿地形向两岸逐渐升高。坡度不宜大于40~45度，以便钻孔、灌浆操作和搬运灌浆设备。

（一）基础灌浆廊道第三十七页，共62页。第三十八页，共62页。常在靠近坝体上游面沿高度方向隔15~20m设检查廊道，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m距上游面布小于0.05~0.07倍水头，且布小于3m（寒冷地区适当加厚）。上游侧设排水沟。（二）检查和坝体排水廊道第三十九页，共62页。大孔口应力分析比较复杂，须采用有限元法电算求解，或用结构试算求应力。小孔口时，用弹性力学中平面问题（无限平板中孔口的应力计算）求解。（三）廊道应力计算和配筋第四十页，共62页。六、重力坝的温度控制由于水泥水化热，浇注以后温度将升高。热胀冷缩作用会使坝体局部拉应力大，从而产生裂缝，削弱了坝体的强度，引起坝体漏税，增加渗透压力，影响坝体安全。第四十一页，共62页。1、合理安排施工季节。2、选择低热水泥。3、选择合适的混凝土级配，以减少水泥用量。4、掺外加剂，减少水泥用量。5、夏季施工，加冰拌和。6、气温骤降时注意保温。温度控制措施：第四十二页，共62页。第八节重力坝的地基处理重力坝失事有40%是因为地基问题造成的。地基处理主要包含两个方面的工作：一是防渗，二是提高基岩强度。坝基要求强度和稳定性整体性和均匀性抗渗性耐久性第四十三页，共62页。地基处理的措施开挖清理加固处理——固结灌浆防渗帷幕坝基排水专门处理（破碎带、软弱夹层等）第四十四页，共62页。一、坝基的开挖与清理目的：使坝体坐落在稳定坚固的地基上。规范规定：>70m的高坝，必须建在新鲜、微风化或弱风化的岩石上。30~70m的中坝，必须建在微风化或弱风化的岩石上。同一工程中，两岸较高部位的坝段，可比河床段适当放宽。第四十五页，共62页。

二、坝基的固结灌浆目的：提高基岩强度和整体性，降低地基透水性固结灌浆设计内容：１、灌浆范围：高坝或岩基裂隙发育，全坝基灌浆；一般情况下在坝踵坝趾处灌浆（为什么？）。２．灌浆孔深度：一般5~8m；帷幕上游区8~15m３．灌浆孔的间距：孔距、排距3~6m第四十六页，共62页。４．灌浆孔的排列形式：平面上作梅花形或方格形。５．灌浆孔的钻孔方向：与主要裂隙面正交。６．灌浆的压力：在不扰动基岩的前提下尽量大。无混凝土盖重时为0.2~0.4MPa有混凝土盖重时为0.4~0.7MPa二、坝基的固结灌浆第四十七页，共62页。重力坝地基的灌浆

第四十八页，共62页。目的：降低渗水压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减小坝基渗透水量。坝基防渗处理方法：降低渗水压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减小坝基渗透水量。灌浆材料：水泥浆、化学灌浆三、帷幕灌浆第四十九页，共62页。帷幕灌浆设计：1）防渗帷幕的深度：根据水头大小，透水层的深度和降低坝基渗透压力的要求来确定。当坝基下相对隔水层且较浅时，其应伸入到隔水岩层内3m～5m；一般情况下，帷幕深度常为0.3～0.7倍水头。第五十页，共62页。2）帷幕的布置：防渗帷幕灌浆孔的排数、排距及孔距，应根据工程地质条件、水文地质条件，作用水头及灌浆试验资料确定。坝高在100m以下时，可布置一排。对地质条件较差，岩体裂隙发育或可能发生渗透变形的地段可采用两排，但坝高在50m以下时，仍可采用一排。两岸坝头部位，防渗帷幕宜延伸到相对隔水层或正常蓄水位与地下水位相交处。帷幕灌浆设计：第五十一页，共62页。通常在帷幕表层不宜小于1.0～1.5倍坝前静水头，在孔底不宜小于2～3倍坝前静水头，但以不破坏岩体为原则。3）灌浆压力：帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行，一般情况下，灌浆压力应通过试验确定。帷幕灌浆设计：第五十二页，共62页。防渗帷幕沿轴线的布置1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—灌浆平洞；5—排水孔；6—正常蓄水位；7—原水位；8—帷幕底线；9—原地下水位；10—蓄后地下水位

第五十三页，共62页。

四、坝基排水目的：进一步降低坝底面的渗透压力。设置：1、设于防渗帷幕后；2、有时设有坝基面排水。第五十四页，共62页。五、断层、软弱夹层和溶洞的处理（1）倾角较陡的断层破碎带处理：在坝基范围内单独出露的断层破碎带，可将适当深度内的断层、破碎带及其两侧风化岩石挖除或挖至较完整的岩体。第五十五页，共62页。破碎带处理示意1一破碎带；2一混凝土梁或混凝土塞；3一混凝土拱；4一回填混凝土；5一坝体荷载

第五十六页，共62页。软弱夹层的处理(高程：m)

第五十七页，共62页。（2）软弱夹层的处理：对于浅埋的夹层，可采用明挖清除，再回填混凝土加固；对于深层的夹层，视其对坝体稳定和基础沉降危害的程度，确定是否需要处理。如需要处理，可采用洞挖后回填混凝土的方法进行加固。为了阻止坝体沿软弱夹层滑动，可在下游坝趾处设置深齿、大型钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚索等措施进行加固。五、断层、软弱夹层和溶洞的处理第