重力坝材料构造及地基处理.ppt

一 混凝土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 第七节重力坝的材料及构造 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 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 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 I抗冻 II抗侵蚀 III IV抗渗 低热 强度 V低热 VI抗冲 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 灌浆孔深度 一般5 8m 帷幕上游区8 15m 灌浆孔的间距 孔距 排距3 6m 灌浆孔的排列形式 平面上作梅花形或方格形 灌浆孔的钻孔方向 与主要裂隙面正交 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 重力坝地基的灌浆 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 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 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 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 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 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 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 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 软弱夹层的处理 高程 m 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