重力坝的地基处理、材料及构造

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重力坝的地基处理

重力坝的地基处理天然基岩都有风化层、节理、裂隙、断层破碎带及软弱夹层等方面的缺陷，因此必须进行处理重力坝失事有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。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。

1、可利用基岩(建议开挖线)规范规定：

高坝

可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩。

中坝

可建在微风化或弱风化上部基岩。 同一工程中，两岸较高部位的坝段，可比河床段适当放宽。坝基的开挖与清理2、开挖要求1)缓倾角软弱夹层尽可能清除2)基岩面倾向上游3)避免高低悬殊的突变4)坝踵或坝趾处可开挖齿坎以利稳定5)最后0.5~1.0m，小药量爆破；易风化的页岩、粘土岩应留0.2~0.3m的保护层，待到浇砼时挖除6)两岸坡的处理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，若开挖量大，也可采用预应力锚系钢筋固定岸坡若岸坡平缓稳定，岸坡坝段可直接建在开挖的岸坡基岩上；若岸坡较陡，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，但应避免把岸坡挖成大梯级，以防在梯级突变处引起应力集中，产生裂缝

二．坝基的固结灌浆1、目的：提高基岩的强度和整体性，降低地基的透水性。2、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？）。坝基的固结灌浆3、孔的布置1)．灌浆孔的深度：一般5—8m；帷幕上游区8—15m2)．灌浆孔的间距：孔距、排距3—6m3)．灌浆孔的排列形式：平面上作梅花形或方格形。4)．灌浆孔的钻孔方向：与主要裂隙面正交。4、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三．帷幕灌浆坝基防渗处理目的是：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。帷幕灌浆设计：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：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。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。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

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。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（a）深齿坎（b）抗滑桩（c）预应力锚索第十二节重力坝的材料及构造一．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。（一）混凝土的强度指标按抗压强度，水工混凝土分为C5C7.5C10C15C20C25C30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。（二）混凝土的耐久性包括抗渗、抗冻、抗磨和抗侵蚀等。1）抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用而不被破坏的能力2)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3)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4)抗侵蚀性是指混凝土抵抗环境水侵蚀的性能5)抗裂性二、坝体混凝土分区 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。

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级，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。 坝体混凝土分区三、重力坝的分缝、分块

(一)、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）满足施工要求（如混凝土浇筑能力及温度控制）间距：12-20米，也有达20米1、

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-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。永久性横缝2、

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。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。

临时横缝的缝面键槽和灌浆系统:3、

坝体与基岩面的连接意义：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。(二)纵缝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——通仓浇注纵缝（一）铅直纵缝 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。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～.25Mpa纵缝两侧的坝块可以单独上升，但高差不宜太大。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。纵缝（二）错缝缝面不作灌浆处理。浇注块高度在基岩附近1.5—2m，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。错缝施工简便，在低坝上使用。（三）斜缝可大段沿主应力方向设置，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。（四）通仓浇筑施工简便，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。(三)施工缝（水平工作缝）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。四、坝体排水 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1/10—1/12，使渗透坡降在允许范围内。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）。四、坝体排水五、廊道系统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。（一）基础灌浆廊道设在坝踵部位。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，且不小于4～5m（渗透坡降问题）。廊道底面距基岩不小于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，