(整理)3-4溢流重力坝的剖面设计.

1、 3-4溢流重力坝的剖面设计泄水重力坝既时挡水建筑物,又是泄水建筑物一、溢流重力坝的泄水方式：1.坝顶溢流2,坝深泄水孔泄水溢流重力坝的作用：承当泄水、放水、排砂、放空水库和施工导流等任务二、设计要求：1.满足稳定和强度要求外；2,还需要按实际要求确定：位置选择、泄水方式的组合、泄量分配、3,堰顶和泄水孔口高程与位置三、溢流重力坝一溢流重力坝的工作特点1、足够尺寸,良好体形、较大 m;2、水流平顺、不产生振动或、负压,不免空蚀、空穴；3、不产生严重的冲刷；4、主流在河床部位,不产生折冲水流5、有限制灵活的下泄设备二孔口设计1、设计步骤：2、选定泄水方式,拟定泄水布置方案和假设干剖面；3、初定孔

2、口尺寸,按规定进行洪水标准的调洪演算,确定防洪库容、设计和校核水位以及相 应的下泄流量；4、估算淹没损失以及枢纽造价,进行综合比拟,确定最优方案.三溢流坝的体形设计1曲线的组成：2曲线的设计要求：顶部曲线堰顶溢流曲线下游段：WES 曲线：xn = KHdnyn=1.85;克奥曲线：给定坐标值和施工非常方便.上游段：三圆弧曲线：给定方程的曲线：= 0.413-0,625 -0.811,85 DHdHd大孔口泄流 设有胸墙2一一rX, 一下旃段：y =-7-2一般取0.96,4#也定型设计水头 Hd=0.750.95H max上游段同前.反弧段：中间直线段3剖面设计四设计具体步骤：q等有关,由水力

3、计算确定；初拟时,溢流1 .洪水标准2 .孔口型式：开敞溢流式：xn=KHdny2大孔口溢流式：y = Y 412Hd3 . 孔口尺寸：溢流孔口尺寸与堰型、堰顶高程和单宽流量堰净宽B=Q溢/q,设溢流孔每孔净宽为 b,孔数为n个,令闸墩厚度为d,那么溢流坝前缘总宽度 B1 =nb 十n -1d o4 .计算公式：堰流： 孔流：5 .泄洪要求 四、闸门和启闭机闸门类型：位置及作用启闭特点闸门类型工作闸门堰顶；调节下 泄流量启闭力大、动水 中启闭；平面闸门弧形闸门事故闸门紧急运用时动水中启闭；平囿闸门检修闸门短期挡水,检 修设备启闭力小、静水 中启闭；平面闸门、浮箱闸 门、叠梁闸门平面闸门弧形闸门

4、的比拟：平面闸门：结构简单、闸墩受力条件好,各孔口可以共用一个活动式启闭机； 缺点：启闭力大, 闸墩厚弧形闸门：启闭力小,闸墩薄；无门槽,水流平顺；缺点：闸墩长,受力条件差,.活动式：多用于平面闸门,兼用于起吊工作闸门和检修闸门固定式：固定于工作桥上,多用于弧形闸门五、闸墩和工作桥闸墩形状闸墩厚度闸墩长度和高度闸墩的边墙闸墩分缝横缝的位置设在闸墩中间：地基不均匀沉降时不影响闸门的启闭；设在溢流孔跨中：易受地基不均匀沉降影响,水流从缝上过,造成局部水流不顺六、消能防冲设计1、消能工的设计原那么和型式：2、底流消能：特点及举措：底流消能工作可靠, 但工程量 较大,多用于低水头、大流量、地质条件较差

5、 的溢流重力坝.护坦构造与设计：护坦的稳定计算确定护坦的厚度：抗滑举措：护坦的分缝以及材料:3、挑流消能鼻坎挑流消能设计主要包括：选择合 适的鼻坎型式、鼻坎高程和挑射角度、反弧 半径、鼻坎构造和尺寸；计算挑射距离和最 大冲坑深度；校核挑射水流形成的冲坑是否 影响坝体的平安.设计的主要内容：挑 距 计 算L = v12sin 二 cosi V1cos. v12sin22g( h2)gL =Ttan冲刷坑深度计算：tk = kq0.5H 0.25挑流鼻坎体形的设计：扩上坎连续坎差动坎斜挑坎扭曲坎上下坎窄缝坎分流墩4、面流消能与消力庠消能:其优点是：下游河床可以不设护坦,工程量小；水流外表可以过木、

6、排冰,不会损伤坝面. 缺点是：对下游水深有较高要求；波状水跃衰减慢,对电站运行及下游航运不利,且易冲刷两岸.5、下游折冲水流以及防治举措：由于下游水流不能迅速在平面上扩散,使在主流两侧容易形成回流,主流受到压缩,使护坦后 的单宽流量增加,流速在长距离内不能降低,引起河床的冲刷；当两侧的回流强度不同、水位不 同时,还可能将主流压向一侧,形成折冲水流.稳定举措锚固后的计算后的校核： 3-6重力坝的深式泄水孔、坝身泄水孔的作用及工作条件作用：预泄水库,增大水库调蓄水平放空水库以检修排放泥沙,减少水库淤积随时向下游放水,满足航运或灌溉要求 施工导流工作条件： 二、坝身泄水孔的形式及布置有压泄水孔无压泄

7、水孔双层泄水孔分类：1按作用：泄洪孔发电孔冲沙孔放水孔灌溉孔导流孔尽量考虑一孔多用2按流态有压泄水孔无压泄水孔3按高程表孔、中孔和底孔 三、有压泄水孔见深孔中东风图1进口曲线进口曲线应该满足的要求：减少进水口体形设计局部水头损失,提升泄水水平,限制负压,预防空蚀.进口曲线：符合流线规律,常采用 1/4的椭圆曲线：a取0.30喇叭进水口三向圆柱进水口三向椭圆进水口推荐垂直轴线椭圆方程：表 2-16小型工程直接才用圆柱和斜圆柱2闸门和闸门槽设计目的：预防设计不当引起空蚀矩形门槽v10m/s闸门：采用平面闸门和弧形闸n各自的优缺点：闸门槽、运用、启闭力、 空蚀可能性、结构复杂性3孔身有压泄水孔多采用

8、矩形断面,泄流水平较小的有压泄水孔那么常采用圆形断面.孔身铺设钢筋 或者钢板.无压泄水孔常采用矩形,孔顶预留足够的空间,高度可以是静水位以上加30%50%的水深.门槽后为自由射流设计的水舌曲线.明流段可以向侧向扩散.4渐变段L二(1.52.0)D,边壁收缩率限制在 1: 101: 5之间.5竖向连接有压孔用圆弧连接：R大于5倍孔径无压孔用抛物线连接：x =15.5 . y6平压管和通气孔平压管设于检修闸门和工作闸门之间；直径由充水时间决定.平压管作用：静水中启闭检修门Qd -C.09VWA7泄水孔的应力分析(略)四、无压泄水孔的设计 见大朝山剖面图4a布置及组成：平面上布置成直线；过水断面为矩

9、形或城门洞形.由压力短管和明流段组成.压力短管组成： 进口曲线段、检修门槽段、压坡段 1: 4-1 :明流段必须保证稳定无压流,禁止明满流交替,孔顶应预留足够的平安 槽底抛物线方程：3通气孔面积计算同前 3-7重力坝的材料和构造、混凝土重力坝的材料1、混凝土的强度指标设计强度与混凝土的龄期：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、混凝土的耐久性要求抗渗TW2、W4、W6、W8、W10、W12 等六级抗冻TF400、F300、F200、F150、F100、F50 等

10、六级抗磨性以混凝土的最低强度等级作要求如在什么条件下混凝土强度等级不得低于多少等抗侵蚀性以混凝土的最低强度等级作要求如在什么条件下混凝土强度等级不得低于多少等3、重力坝的材料分区的意义I区一一为上、下游最高水位以上坝体表层混凝土.在严寒地区多采用厚2m-3m的抗冻混凝土,一般用 .5、P4、F100F200.I区一一为上、下游水位变化区的坝体 表层混凝土,多采用厚3m- 5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土,一般用 C5、P8、F150F300.I区一一分别为上、下游最低水位以下 坝体表层混凝土,其抗渗性要求较高,多采用 厚23m的抗渗混凝土,一般用G.、P10、F100OI区一一为坝体靠近

11、根底的底部混凝土,主要满足强度要求,一般用.0、P10、F200、VI 为坝体内部混凝土,多采用低标号低热混凝土,一般用C1015、P42、DvoI区一一抗冲刷部位的混凝土,如溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等.抗压强度不低于20MPa-25MPa (90d龄期),严寒地区应满足抗冻要求 ,一般用 餐以上、F200F300.二、重力坝的坝顶构造1 .非溢流坝段,坝顶上游常设置防浪墙,以降低坝体的高度2 .溢流坝段,溢流坝段上部结构应根据运用要求布置.一般应有闸墩、工作桥、闸门、启 闭设施、胸墙及交通桥等(1)闸墩：闸墩在平面形状上应尽可能使水流平顺,长度要满足坝顶的布置要求；最大高程应和坝顶平齐；门

12、槽颈部厚不小于1.0m1.5m.(2)导流墙：导流墙的高程应高出掺气后的水面线0.5m1.5m.在下游河床中可允许墙顶有一定的漫溢三、重力坝的防渗举措采用一层具有防渗、抗冻和抗侵蚀的混凝土,作为坝体的防 渗设施.防渗层厚度一般为1/201/10水头,但不小于2nl排水管幕上游坝面的距离一般为作用水头的1/151/25 ,且不小于2.0m四、重力坝的分缝 横缝、纵缝、水平施工缝分缝的目的：预防由于温度变化和地基不均匀沉降导致坝体裂1、横缝横缝与坝轴线垂直,将坝体分成假设干个坝段,横缝间距一般为15m- 20mo永久性横缝 可兼作沉降缝和温度缝,缝面常为平面,可不留缝宽.当不均匀沉降较大时,需留缝

13、宽1cm- 2cm,缝间用沥青油毛毡隔开,缝内须设置专门的止水 临时性横缝其缝面设置键槽,埋设灌浆系统2、纵缝纵缝是平行于坝轴线方向的缝,其 作用是为了适应混凝土的浇筑水平、 散热和减小施工期的温度应力3、水平施工缝水平施工缝是新老混凝土的水平结合面.每层浇筑块的厚度约为1.5m4.0m,基岩外表约0.75m1.0m,以利散热五、坝体的廊道系统满足帷幕灌浆、排水、观测和检修坝体的需要,须在坝内设置各种廊道或竖井,构成廊道系统 电梯井根底港桨廊道I咏某室2弓检查廊道号语查麻方2号检/廊道y3号捡叠廊道、根底耀浆晦道J3号检查廊道电佛塔电梯耳下擀楂查廊道填轴线水泵里横缝间 梨水拌排水廊道1 .根底

14、灌浆廊道2 .坝体检修和排水廊道3 .坝内廊道附近的应力状况3-8重力坝的地基处理一、地基处理的目的提局基岩的强度和整体性,防渗 二、对坝基的要求：1足够的抗压和抗剪强度；2） 良好的整体性和均匀性3足够的抗渗性和耐久性 三、坝基的开挖和清理1坝基面开挖高程确实定70m以上：新鲜、微风化或弱风化基岩下部7030m :微风化弱分化上部基岩同一工程中两岸较高的部位,其利用基岩面的标准可以河床部位适当放宽.3） 坝基面清理：基岩开挖后,在浇筑混凝土前,需进行彻底的清理和冲洗,包括去除松动的岩块、打掉 凸出的尖角3坝基面开挖形状：坝段的根底面上下游高差不宜过大,并尽可能开挖成略向上游倾斜,假设基岩面高

15、差过大或向下游倾斜,宜开挖成大台阶状四、坝基加固一坝基固结灌浆定义：对坝基进行低压浅层灌水泥浆加固地基目的：提升基岩整体性和强度,降低地基的透水性位置：孔的布置、直径：孔深一般为5m- 8m；局部地区及坝基应力较大的高坝可适当加深；帷幕区宜配合帷幕深度确定, 般采用8m15mb灌浆压力：一般无混凝土盖重时为0.2MPa0.4MPa；有盖重时为 0.4MPa0.7MPa.八断层和破碎带、软弱夹层和溶洞的处理1、断层和破碎带处理开挖回填混凝土：混凝土塞：宽度断层宽度的 1.5或2倍;约为1/4、1/10坝底宽.混凝土斜塞或平塞2、软弱夹层处理挖除后回填混凝土坝踵混凝土齿墙夹层设混凝土塞坝趾设混凝土

16、深齿墙坝趾下游侧设混凝土抗滑桩坝趾下游岩体设预应力锚索.3、溶洞处理开挖、回填、灌浆等五、坝基防渗、排水坝基防渗处理目的是：减少坝基及绕坝渗漏；预防较大渗流对坝基产生渗透破坏；减小作用 在坝基底面上的扬压力,提升坝体的抗滑稳定性.1、坝基帷幕灌浆帷幕灌浆目的：降低坝底渗透压力,预防坝基内产生机械或者化学管涌,减少坝基渗流量.帷幕位置：靠近上游面距坝轴线附近帷幕深度、孔径、灌浆压力进入相对隔水层35米；相对隔水层的吸水量要求：3坝局大于70米： 3V0.01L/M3坝局3070米： =0.010.03L/M坝高30米以下： 3 =0.030.05L/M 3注浆压力：帷幕表层段的注浆压力不宜小于1

17、1.5倍坝前静水头,孔底段：注浆压力不宜小于23倍坝前静水头.孔距一般1.54m.排距略小于孔距.帷幕的厚度：帷幕内的渗透坡降不超过允许值；帷幕能得到的厚度与孔的排数关系：l=(n-1)c 1+C22、坝基排水排水孔幕：距帷幕大于2米,可以略向下游倾斜10度15度；孔径150200mm,孔距23m,孔深为帷幕深度的 0.40.6倍,而且高中坝排水孔深应 大于10m.排水孔幕在混凝土坝中的局部预埋钢管,待帷幕灌浆后才能钻孔. 较高的坝还可以采用走排举措.六、两岸处理当河岸较陡,又有顺坡剪切裂 隙时,要校核岸坡沿裂隙的稳定 性,必要时应开挖削坡, 假设开挖量 大,也可采用预应力锚系钢筋固定 岸坡.

18、假设岸坡平缓稳定,岸坡坝段可直接建在开挖的岸坡基岩上；假设岸坡较陡,但基岩稳定,为使 岸坡坝段稳定,可考虑把岸坡开挖成梯级,利用基岩和混凝土的抗剪强度增加坝段的抗滑稳定, 但应预防把岸坡挖成大梯级,以防在梯级突变处引起应力集中,产生裂缝 3-9碾压混凝土重力坝广西红水河龙滩碾压混凝土重力坝,装机540万kw,总投资240亿.-1及9排水孔外题E144.HK函门T分区号 s.AU 11._o_树一国外两座承压灌维土加断面单j1：m1碾压混凝土与常态混凝土相比的优点:工艺简单工期缩短胶凝料用量少120160kg/m3,水泥约为：60-90kg/m3减少了温升、温控简单；不设纵缝,节省了模板和接缝灌

19、浆费用 采用大型施工机械,提升运输和填筑成效 降低工程总造价2碾压混凝土重力坝的设计1材料：胶凝材料用量少.粉煤灰占的比重一般为 30%50% ;砂率30%;水胶比0.450.7外加剂占胶凝材料的 0.25%2施工限制：心玉川期的整型断面Ubt美国柳撞现典型断面以稠度作为限制指标震动密实时间VC值表示.要求：1520秒3混凝土的分区金宝银式：内部碾压混凝土,外部23米的常态混凝土作为防渗层.铺筑层厚0.50.7米.施工可用滑模或者外部钢筋混凝土为模板.材料 Ci5C204坝体防渗常态混凝土或者富胶凝材料的混凝土,约布置于上游米处；喷涂合成橡胶薄膜防渗层；沥青砂浆防渗层5坝体排水排水管或者砂柱6

20、坝体分缝通仓浇筑、不设纵缝,或不设横缝；铺筑层 0.5米,震动切缝机,设钢板后震动；7坝内廊道一般设一层廊道；高坝设两层廊道8温控水化热低,但坝上升较快,水化热增温过程持续长.减少温升举措：减少水泥用量,选用低热水泥；冷却原材料；冰屑和代替局部绊水30.75 米.合理安排施工时间 3-10其他形式重力坝浆砌石重力坝 浆砌石重力坝历史悠久常用石料和胶结材料砌成.一砌石重力坝的特点与混凝土重力坝比拟,浆砌石重力坝有如下优点：1就地取材,工程造价低.2不需要温度限制,不设纵缝,可增加坝段长 度3省模板,省脚手架,减少木材、钢材用量.4施工方便,技术简单,施工干扰较少,按排 灵活.也存在如下缺点：1人

21、工砌体质量不易保证；2需要人工多,劳动强度大；3砌体防渗性能差,需另设防渗层4工期长,常用于中小工程.二浆砌石重力坝的材料1石料2胶结材料：常用的胶结材料有水泥砂浆、细石混凝土和混合砂浆三浆砌石坝体防渗机械化要求低,多用人工砌筑,浆砌石通常采用的防渗方法有以下三种:1混凝土板墙防渗.在浆砌石重力坝迎水面浇筑一道混凝土防渗面板如图2-61所示或距上游坝面. 52m内浇筑混凝土防渗墙.防渗板 墙底部厚度取1/301/60最大水头,顶厚不 小于. 3m,板内设温度钢筋,砌体内设预埋锚筋,嵌入基岩12m,并与地基防渗帷幕连成整体,板沿坝轴线1020m分缝,缝内设止水.防渗墙是用砌浆石或混凝土预制块代替

22、模板浇筑在 一起而成的防渗体,施工时省去了模板,其它要求与混凝土防渗板相同.2钢丝网水泥喷浆护面防渗.在上游坝面挂一层或二层钢丝网,喷上水泥沙浆作防渗层,厚 度一般为56cm,应根据水头大小选定.3砌石勾缝防渗.上游坝面用质地良好的条石或块石砌好防渗层,用高强度等级水泥沙浆勾缝.防渗层厚度约为坝体最大水头的1/1s 1/20,砌缝深约23cm,砌缝厚约23cm,勾缝突出砌体. 5lcm.该防渗体经济,施工简单,防渗效果差,只用于低水头浆砌石坝.四溢流坝面衬护 溢流坝面应根据工程规模、泄流量的大小、流速的上下选择不同的衬护方式和厚度.当堰顶流速较大时,溢流坝面至挑流鼻坎全部用钢筋混凝土衬护,厚约. 51. 5m,通过锚筋与砌体锚固在一起,沿坝轴线方向每隔10 20m做一条伸缩缝；流速不大时,在堰顶和鼻坎部位用混凝土衬护,直线段用条石衬护；流速较小时,允许全部用质地良好,抗冲力强的条石衬护.五浆砌石分缝浆砌石坝不设纵缝,横缝的间距比混凝土重力坝大,一般为2030m,最大不超过 50m,并应与防渗设备的伸缩缝一致.特殊情况,在沿坝轴线方向,基岩特性或地形变化较大处应设横缝,以适应可能发生的不均匀沉降.六浆砌石重力坝的其他要求为使砌体与基岩结合良好,在砌石前先浇注0.31.0m厚的混凝土垫层,以便砌石.坝体廊道分混凝土廊道和