《水工建筑物》课件-项目一 重力坝

项目一重力坝Contents目录任务1重力坝的认知任务2非溢流坝设计任务3溢流坝设计任务4重力坝材料与构造任务5重力坝的地基处理任务1重力坝认知一、重力坝的定义重力坝是由混凝土或者浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求的坝。

一、重力坝的定义二、重力坝的工作原理二、重力坝的工作原理①稳定要求：主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力。②强度要求：依靠坝体自身重力在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力。水压力自重岩基yyyyyyyyyyyy抗滑力重力坝的工作原理图三、重力坝的特点三、重力坝的特点3.1泄洪和施工导流容易解决泄洪：重力坝断面大，填筑材料抗冲刷能力强，适用于坝顶溢流和坝身设置泄水孔。导流：施工期可以利用坝体和底孔导流。三、重力坝的特点3.2安全可靠，结构简单，施工技术容易掌握由于剖面尺寸大，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗透、冲刷以及地震和战争破坏能力都比较强，安全性较高。重力坝沿着坝轴线分成若干坝段，各坝段独立工作，稳定和应力计算都比较简单。所以受力明确，结构简单。重力坝的坝体放样、立模和混凝土浇筑、振捣都比较方便，有利于机械化施工。在后期维护、扩建、补强、修复等方面也比较简单。三、重力坝的特点3.3对地形、地质条件适应性强重力坝对地基的要求虽比土石坝高，但低于拱坝及支墩坝，对于无重大缺陷的一般强度的岩基均可满足要求，较低的重力坝可建在软基上。另外，由于重力坝沿坝轴线方向被横缝分成若干个独立的坝段，适应不均匀沉陷能力强。因此能较好地适应各种非均质地基。三、重力坝的特点3.4受扬压力影响大坝体和坝基接触面较大，受扬压力影响也大，扬压力会抵消部分坝体的有效重量，对坝体的稳定和应力情况不利。应该采取有效的防渗排水措施，减小扬压力的作用，以节省坝体工程量。三、重力坝的特点3.5坝体体积大，水泥用量多，温度控制要求严格由于混凝土重力坝体积大，水泥用量多，施工期混凝土的水化热和硬化收缩将会产生不利的温度应力，所以在浇筑混凝土时需采取温控散热措施。许多工程因温度控制不当而出现裂缝，有的甚至形成危害性裂缝，从而削弱坝体的整体性能。四、重力坝的分类四、重力坝的分类4.1按坝体高度分类高坝：H>70m中坝：70m≥H≥30m低坝：H<30m四、重力坝的分类4.2按材料分类

混凝土坝浆砌石坝四、重力坝的分类4.3按泄水条件溢流坝段非溢流坝段四、重力坝的分类4.4按结构型式分类

实体重力坝

河南省三门峡水库四、重力坝的分类4.4按结构型式分类

宽缝重力坝河北省潘家口水库四、重力坝的分类4.4按结构型式分类

空腹重力坝湖南省凤滩水库本次课小结重力坝的分类重力坝的定义重力坝的认知重力坝的特点重力坝的工作原理稳定要求强度要求泄洪导流方便安全结构简单扬压力影响大地形适应力强温控严格坝体高度坝体材料泄水条件结构条件任务2非溢流坝设计一、剖面设计基本原则1、满足稳定和强度要求，保证大坝安全；2、工程量小，造价低；3、结构合理，运用方便；4、利于施工，方便维修。

一、剖面设计基本原则

安全、经济、结构合理、施工方便二、非溢流坝段剖面拟定步骤二、非溢流坝段剖面拟定步骤拟定基本剖面实用剖面应力分析，稳定校核合理的设计剖面

根据运用和其他条件修改成

修正、优化二、非溢流坝段剖面拟定步骤第一步：确定大坝的剖面形式非溢流重力坝的基本剖面上游接近垂直的三角形二、非溢流坝段剖面拟定步骤第一步：确定大坝的剖面形式非溢流重力坝的实用剖面坝顶为满足设备布置、运行、检修和交通等需要有一定宽度二、非溢流坝段剖面拟定步骤第二步：确定坝顶高程两者取大值二、非溢流坝段剖面拟定步骤第三步：确定坝基高程二、非溢流坝段剖面拟定步骤第四步：确定上游折坡点和上下游坝坡二、非溢流坝段剖面拟定步骤第五步：确定坝顶宽度1、基本原则：坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修和交通等方面的要求综合来确定。2、一般原则：b=（8%-10%）H，且不小于3m，碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m。若有交通要求则按交通规定拟定。二、非溢流坝段剖面拟定步骤第六步：确定坝顶布置①布置原则：安全、经济、合理、实用②主要组成：防浪墙、防护墙、坝顶排水、轨道、人行道、公路坝顶防浪墙：高度一般为1.2m，与坝体牢固地连接。坝顶排水：设置纵向排水沟、排水出口设在上游。三、非溢流重力坝抗滑稳定分析三、非溢流重力坝抗滑稳定分析验算抗滑稳定的目的：核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。本次课小结非溢流重力坝抗滑稳定分析剖面设计基本原则非溢流坝段剖面拟定步骤剖面形式坝顶高程折坡点和坡度坝基高程坝顶宽度非溢流坝设计坝顶布置任务3溢流坝设计知识点1：溢流重力坝的剖面设计

一、溢流坝的工作特点一、溢流坝的工作特点溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物又是泄水建筑物。溢流坝是枢纽中最主要的泄水建筑物。一般布置在主流对应的河床位置,并根据河床的性质，考虑溢流坝的长度。一、溢流坝的工作特点除应满足稳定和强度要求外，还需要满足泄流能力的要求：①孔口设计有足够大的孔口尺寸和较高的流量系数。②剖面形状使水流平顺流过坝体，尽量减小冲刷，避免产生空蚀现象。③消能防冲保证下游河床不产生危及坝体安全的冲坑和冲刷。④对下游河道的影响溢流坝段在枢纽中的布置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响其它建筑物的正常运行。⑤运行管理有灵活控制水流下泄的设备，闸门、启闭机。二、溢流坝的泄流方式二、溢流坝的泄流方式

（1）堰顶溢流式

①不设闸门时：堰顶高程等于水库的正常蓄水位。

②设闸门时：堰顶高程较低，当闸门全开时，下泄流量与堰上水头成正比。二、溢流坝泄流方式（2）大孔口溢流式特点:胸墙代替闸门挡水；降低闸门高度；提高调洪能力。三、溢流坝的剖面设计四、溢流坝的剖面设计

（一）溢流堰面曲线设计溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段组成。设计要求是：（1）有较高的流量系数，泄流能力大。（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀。（3）体形简单、造价低、便于施工。四、溢流坝的剖面设计顶部曲线段上游曲线常为椭圆、圆弧或其它曲线。采用圆弧曲线R=（4~10）h。中间直线段（1）与非溢流坝坡相同（m=0.6-0.8）。（2）上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切。底部反弧段四、溢流坝的剖面设计溢流坝的剖面设计基本剖面上游近于垂直的三角形上游坝面可以做成铅直坝面也可以做成折坡面溢流面（三段）顶部曲线段中间直线段底部反弧段本次课小结溢流坝的剖面设计溢流坝的工作特点溢流重力坝的剖面设计溢流坝的溢流方式堰顶溢流式大孔口溢流式顶部曲线段中间直线段底部曲线段任务3溢流坝设计知识点2：溢流重力坝的消能防冲设计

一、下游消能的必要性一、下游消能的必要性因为挡水坝雍高来水，形成水库，水流从堰顶以上落下，下泄能力很大，因此溢流坝必须采取妥善的消能措施，以免影响大坝的安全。二、下游消能的途径二、下游消能的途径势能+动能

热能+剩余动能水流内部的相互撞击和摩擦下泄水体和空气之间的掺气摩阻下泄水流与固体边界之间的摩擦和撞击

三、下游消能措施设计原则

三、下游消能措施设计原则①尽量使能量消耗在水流的内部紊动，以及与水流空气摩擦；②不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷；③下泄水流平稳，不影响其他建筑物的正常运行；④结构简单，工作可靠；⑤工作量小，造价低。

四、下游消能措施

四、下游消能措施

常用形式底流消能挑流消能面流消能消力戽消能四、下游消能措施

不适用条件：当坝基有向下游延伸的缓倾角软弱夹层时，被冲坑切断，会危大坝的安全和稳定。原理：利用溢流坝下游及反弧段的鼻坎，将下泄的高速水流挑射到空中，然后扩散掺气，水流跃落到坝下游河道内，在尾水水深中发生旋涡、冲击、掺搅、紊动、扩散，消除能量。适用条件：基石比较坚固的中、高溢流坝。1.挑流消能四、下游消能措施原理：下泄水流在消力池内产生水跃、翻滚、摩擦、掺气和撞击达到消能的目的。适用条件：低水头、大流量的溢流重力坝。优点：工作可靠，尾水位平稳，下游冲刷较轻。缺点：工程量大，投资大。2.底流消能四、下游消能措施

原理：将高速水流挑至尾水表面，表面主流沿水面逐渐扩散以及反向旋滚的作用故产生消能效果。适用条件：下游水位较深的中、低坝。优点：水流表面可排水，过水，不损伤坝面。缺点：严格控制下游水位及下泄流量，下游水流波动较大，影响发电及航运。3.面流消能四、下游消能措施

原理：水流被鼻坎挑到水面的同时,还在消力戽内、消力戽下游的水流底部以及消力戽下游的水流表面形成三个旋滚,即所谓“一浪三滚”。大量的能量消耗于漩滚中，并减轻对河床的冲刷。适用条件：尾水深、变幅小，无航运要求，下游有一定的抗冲能力。优点：工程量小、冲刷坑较浅。4.消力戽消能本次课小结下游消能措施下游消能的必要性溢流重力坝的消能防冲设计下游消能措施设计原则下游消能的途径面流消能消力戽消能挑流消能底流消能任务4重力坝的材料与构造知识点1：重力坝的坝身廊道与泄水孔一、重力坝的坝身廊道一、重力坝的坝身廊道为了满足灌浆、排水、观测、检查和交通等要求，在坝内设置了基础灌浆、检查和坝体排水等不同用途的廊道，这些相互连通的廊道构成了重力坝坝体内部廊道系统。二、重力坝的坝基灌浆廊道二、重力坝的坝基灌浆廊道坝基灌浆廊道帷幕灌浆示意图二、重力坝的坝基灌浆廊道断面形状尺寸：城门洞形，尺寸满足施工要求。位置：在保证安全的前提下，应尽量靠近上游面。三、重力坝的坝体排水廊道三、重力坝的坝体排水廊道位置：靠近坝体上游面每隔20~40m设置；断面：城门洞形；宽度：最小宽度为1.2m；高度：最小高度为2.2m；廊道上游壁至上游坝面的距离：应满足防渗要求，且不小于3m

。四、重力坝的排水孔类型四、重力坝的排水孔类型1.按作用分:泄洪孔：配合溢流坝泄洪，预泄洪水，加大水库的调洪库容；冲沙孔：排放库内泥沙，减少水库淤积；发电孔：发电、供水；放水孔：放空水库，满足检修或人防的要求；灌溉孔：根据农业灌溉要求的水温，取表层或深层的库水，布置在灌区一侧;导流孔：主要用于施工导流的需要。四、重力坝的排水孔类型2.按高程分：高孔、中孔、底孔。3.按流态分：有压孔、无压孔。4.按层数分：单层孔、多层孔。本次课小结重力坝的排水孔类型重力坝的坝身廊道重力坝的坝身廊道与泄水孔重力坝的坝体排水廊道重力坝的坝基灌浆廊道任务4重力坝的材料与构造知识点2：重力坝的分缝和止水一、重力坝的分缝作用一、重力坝的分缝作用1.分缝的作用：防止温度应力和地基不均匀沉降裂缝。二、重力坝的分缝类型二、重力坝的分缝类型1.分缝的类型：横缝、纵缝、水平缝。1.1横缝位置：垂直坝轴线；间距：12～20m；缝宽：1～2cm

；类型：永久性横缝和临时性横缝。（1）永久性横缝：特点：使各段独立工作，兼做沉降缝和温度缝；缝内结构：止水片、止水沥青井、缝内填料、排水井；二、重力坝的分缝类型（2）临时性横缝：特点：临时性横缝在缝面设置缝槽，埋设灌浆系统，施工后灌浆连接成整体。二、重力坝的分缝类型1.2纵缝位置：平行于坝轴线；类型：铅直纵缝、斜缝、错缝。（1）铅直缝：较常用（临时缝）缝距：15～30m；灌浆时间：裂缝开度到0.5mm以上时；混凝土充分冷却，坝体达到稳定温度；作用：适应混凝土的浇筑能力，散热和减小施工期温度应力。二、重力坝的分缝类型（2）斜缝布置：库满时最大主应力方向；优点：不需灌浆；缺点：施工干扰大。（3）错缝优点：不需灌浆、施工方便；缺点：整体性差。二、重力坝的分缝类型1.3水平施工缝：上下层新老混凝土浇筑块之间的缝；参数：每层厚1.5～4.0m。二、重力坝的分缝类型三、重力坝的止水三、重力坝的止水止水片类型：金属：铜片、铝片、镀锌片、塑料带、橡胶带、沥青、钢筋等；重力坝横缝的上游面、溢流面、下游面最高尾水位以下及坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位应设置止水设置；本次课小结重力坝的止水重力坝的分缝作用重力坝的分缝类型横缝水平缝纵缝重力坝的分缝和止水任务5重力坝的地基处理知识点1：重力坝的加固处理一、重力坝对地基的要求一、重力坝对地基的要求1.天然基岩缺陷：风化、节理、裂隙、断层风化：风化作用是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。节理：岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移，节理一般是闭合的。一、重力坝对地基的要求裂隙：裂隙是指固结的坚硬岩石在各种应力作用下破裂变形而产生的空隙，裂隙一般是有张开度的。断层：岩层在内动力作用下断裂并沿断裂面发生位移的一种构造变动形成破碎带和软弱夹层等缺陷。一、重力坝对地基的要求2.处理后的地基应满足下列要求：满足材料强度和地基承载力。满足整体性和均匀性，抗滑稳定、不均匀沉降。③抗渗性。④耐久性。一、重力坝对地基的要求3.地基处理措施开挖清理、固结灌浆、破碎带或软弱夹层带的破碎处理、断层防渗、帷幕灌浆、钻孔排水。二、坝基的开挖清理二、坝基的开挖清理1.目的：将坝体座落在坚固、稳定的地基上2.开挖范围：覆盖层，风化层、破碎层二、坝基的开挖清理3.开挖方向：①顺水流方向：挖成略向上游倾斜的锯齿状。二、坝基的开挖清理3.开挖方向：②岩基向下游倾斜时，应开挖成带钝角的大台阶状。二、坝基的开挖清理3.开挖方向：③垂直水流方向（坝体纵方向）：侧向稳定，两岸基岩面开挖成足够宽的台阶状。二、坝基的开挖清理4.局部缺陷处理：靠近坝基面的缓倾角、软弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶蚀面等局部的地质缺陷应予以挖除。5.新基岩保护：风化的页岩、粘土岩，留0.2~0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除。6.清理和冲洗：基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗。三、坝基的加