蓄泄水枢纽工程.pptx

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1、土石坝土石坝1土石坝特点与类型1.1特点土石坝：由当地土料、石料或土石混合料填筑而成的坝。大体分土坝、堆石坝、土石混合坝。特点：1）可以就地、就近取材，节省大量水泥、钢材，减少工地的外线运输量；2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件，任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝；3）设计计算手段提高。土力学理论、计算技术、测试方法的发展，使得土石坝设计理论和计算精度有了较大发展；4）施工速度加快。大容量、多功能、高效率施工机械发展，及自动化管理水平提高，加快了施工进度，保证了工程质量；5）解决了施工导流和大流量、高水头泄洪等难题。高围堰兼作坝体部分断面施工导流方案，简化了施工导流设计，提高了工程综合

2、效益。第1页/共87页6）性能强。高土石坝抗震性能优于混凝土坝。设计要求：1）具有足够的断面维持坝坡稳定。施工期、水库水位降落期及地震时作用在坝坡上的荷载和土石料抗剪强度指标都将发生变化，应分别进行核算以保持坝坡和坝基稳定；2）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流范围、改变渗流方向以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定；3）根据现场条件选择好筑坝土石料的种类、根据土石料的物理、力学性质选择好坝体各部分的填筑压实标准，达到技术经济上的合理性；4）泄洪建筑物具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上要有足够安全超高，以防洪水漫顶，造成坝体失事；5）采取适当构造措施，使坝运用可靠和耐久。上游应能防止波浪冲击

3、和淘刷，下游应能第2页/共87页防止雨水冲刷破坏作用。土石坝按坝高高坝（70m）按施工方法中坝（30m-70m）低坝（30m）碾压式水力冲填式水中填土式定向爆破式机械碾压而成。机械碾压而成。将水抽到高出坝顶的土场，用将水抽到高出坝顶的土场，用高压水枪将土体冲成泥浆后送高压水枪将土体冲成泥浆后送上坝，分层淤填，经沉淀和排上坝，分层淤填，经沉淀和排水固结而成。水固结而成。在填筑范围内用土埂围成畦在填筑范围内用土埂围成畦格，在畦格内灌注水，水中格，在畦格内灌注水，水中填入土料，逐层填筑，利用填入土料，逐层填筑，利用土重和排水固结而成。土重和排水固结而成。定向爆破定向爆破造坝造坝第3页/共87页碾碾压

4、压式式土土石石坝坝均质坝土质心墙坝土质斜墙坝多种土质坝人工材料心墙坝人工材料面板坝坝体由一种土料组成，同时起防渗和稳坝体由一种土料组成，同时起防渗和稳定作用。定作用。相对不透水或弱透水土料构成中央防相对不透水或弱透水土料构成中央防渗体，透水土石料组成坝壳。渗体，透水土石料组成坝壳。相对不透水或弱透水土料构成上游防渗体，透相对不透水或弱透水土料构成上游防渗体，透水土石料组成下游支撑体。水土石料组成下游支撑体。细颗粒土料建成中央或靠近上游的防渗体，细颗粒土料建成中央或靠近上游的防渗体，坝体其它部位由各种粗颗粒土构成。坝体其它部位由各种粗颗粒土构成。中央防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土构中央防渗体由沥

5、青混凝土、钢筋混凝土构成，坝壳由半透水土石料组成。成，坝壳由半透水土石料组成。坝的支撑体由半透水土石料组成，上游防渗面坝的支撑体由半透水土石料组成，上游防渗面板由沥青混凝土、钢筋混凝土构成。板由沥青混凝土、钢筋混凝土构成。第4页/共87页第5页/共87页第6页/共87页第7页/共87页第8页/共87页第9页/共87页第10页/共87页2土石坝基本剖面剖面基本尺寸包括：坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体和排水体的型式与尺寸。2.1坝顶高程根据正常运行和非正常运行时的静水位加相应的超高 d 予以确定。2.2坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合决定。2.3坝坡坝体坡度对坝体稳

6、定及工程量大小起重要作用，其坝坡变化一般遵守以下规律：（1）上游坝坡长期浸水，水库水位又有可能快速下降，所以上游坝坡常比下游坝坡为缓。（2）土质斜墙坝上游坝坡稳定受斜墙土料特性控制，上游坡比心墙坝缓；而心墙坝稳定性受心墙土料特性影响，下游坡可比斜墙坝为缓。第11页/共87页（3）砂壤土、壤土修建的均质坝，透水性较大，一般要求适当放缓下游坝坡。（4）粘性土料坝的稳定坝坡为一曲面，上部坡陡，下部坡缓，在施工时常沿高度分成数段，从上而下逐段放缓，相邻坡率差值为 0.25或0.5。砂或砂砾料稳定坝坡为一平面，坝体可不变坡，但由于地震荷载沿坝高呈非均匀分布，有时也采用变坡形式。（5）当坝基或坝体土料沿坝

7、轴线方向分布不一致时，应分段采用坡率，在各段间设过渡区，使坝体缓慢变化。辗压式土石坝的下游坡常沿高程每隔10-30米设置一条宽 1.5-2.0 米的马道，以便拦截坝坡雨水，防止冲刷坝面，同时也可兼作交通，检修、观测之用。马路常设在坝坡变化处。辗压式堆石坝的下游坝坡亦常设置1-2条马道。土石坝上游坝坡视情况可增设马道。第12页/共87页3土石坝构造土石坝由坝身、防渗体、护坡及排水设施组成。3.1防渗体防渗体，是指这部分土体比坝壳其他部分更不透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置，并保持渗流稳定。主要结构形式为心墙和斜墙。第13页/共87页（1）土质防渗体心墙和斜墙的厚度，决定于土料的容许坡降；防

8、渗体顶部水平宽度需考虑施工要求，不应小于3m；防渗体顶部在静水位以上的超高，在正常运用情况下，斜墙超高为0.8-0.6m，心墙超高为0.6-0.3m；心墙和斜墙的顶部以及斜墙上游侧均应设置保护层，以防止冰冻和干裂；心墙、斜墙与坝壳和截水槽与坝基透水层之间，以及下游渗流逸出处，都必须设置反滤层。（2）沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体当坝址附近缺少防渗土料时采用。第14页/共87页3.2 坝体排水和反滤层 土石坝渗流控制的基本原则是防、排结合，排水和反滤是其重要的组成部分。排水的作用是：控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层则是保护渗流出口，

9、防止坝体和坝基发生管涌、流土等不利渗透变形的最直接、最有效的措施。坝体排水分为棱体排水、贴坡排水、坝内排水。棱体排水是在下游坝脚处用块石堆成的棱体。坝内排水包括褥垫排水层、网状排水带、排水管、竖式排水体等。褥垫排水是沿坝基面平铺的由石块组成的水平排水层。贴坡排水又称表面排水，它是用一二层堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡 表面不伸入坝体的排水设施。为防止雨水冲刷，可在下游坝面设置纵横连通的排水沟。第15页/共87页第16页/共87页第17页/共87页第18页/共87页反滤层 在渗流出口或进入排水处，通常水力坡降较大，土壤易于产生渗透变形。为了防止土体在渗流作用下发生管涌，应在排水与坝体和土基

10、之间设置反滤层。反滤层的作用是滤土排水，防止土工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。3.3坝顶和护坡 坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土路面。坝顶构造：如有公路交通要求，应满足公路路面的有关规定。坝顶上游侧常设防浪墙。防浪墙应坚固而不透水，可用浆砌石或钢筋混凝土筑成，墙底应和坝体中的防渗体紧密连接。为了排除雨水，坝顶面应向两侧或一侧倾斜，作成 2%-3%的坡度。第19页/共87页第20页/共87页土石坝的上下游面通常都应设置护坡。上游面护坡是为了保护上游坡细粒土免受波浪的冲刷；防止靠近泄水建筑物处的上游坡遭受顺坝水流的冲刷；防止冰层和漂浮物的损害。

11、下游面护坡为防止雨水冲刷；防止有水部分的风浪、冰层和水流作用；防止坝体粘性土发生冻胀和干裂；防止无粘土料被风吹散；以及防止蛇、鼠、白蚁等动物对坝体的破坏。护坡要求：坚固耐久，能抵御风浪的冲击和冰层的移动，并能保证底层不受淘刷；尽可能就地取材，以使造价经济；施工简单、维修方便；外形美观。护坡的复盖范围，上游面由坝顶起，护至水库最低水位以下能满足坝体土壤抗冲和冰冻层要求的高程；下游面由坝顶护至排水棱体，无棱体则护至坝脚。第21页/共87页第22页/共87页3.4裂缝成因：不利的变形是土石坝中产生裂缝的主要原因。类型：按其形态可以分为3种：）纵缝。走向大体上与坝轴线平行，多数发生在坝顶和坝坡中部。）

12、横缝。走向和坝轴线垂直，多发生在两岸坝肩附近。）内部裂缝。主要由坝体和坝基的不均匀沉降而引起。这是一种坝内裂缝，在坝体表面很难发现，它可能发展成为集中的渗流通道，危害性也很大。裂缝的防治措施：）改善坝体结构或平面布置。）重视坝基处理。）适当选用坝身土料。）采用合宜的施工措施和运行方式。裂缝处理：）对表面裂缝，先用砂土填塞，再以底塑性粘性土封填、夯实。）对深部裂缝，可进行灌浆处理，用低塑性粘性土或在其中加少量中、细砂等做灌浆材料自流或适当加压灌注。）对严重的裂缝，可在坝内做混凝土防渗墙。第23页/共87页4土石坝中的渗流分析 渗流分析的内容包括：1)确定浸润线的位置；2)确定渗流的主要参数 渗流

13、流速与坡降；3)确定渗流量。渗流分析目的：1)对初选的坝的形式与尺寸进行检验，确定对坝坡稳定有重要影响的渗流作用力，为核算坝坡稳定提供依据。2)进行坝体防糁布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出坡降，检验土体的渗流稳定，防止发生管涌和流土，在此基础上确定坝体及坝基中防渗体的尺寸和排水设施的容量和尺寸。3)确定通过坝和河岸的渗流水量损失并设计排水系统的容量。渗流分析方法：流体力学法、水力学法、流网法、试验法和数值解法。第24页/共87页渗流稳定分析渗流稳定计算内容：1）判别土的渗透变形形式；2）判明坝和坝基土体的渗透稳定性；3）判明坝下游渗流逸出段的渗透稳定性。渗透变形：管涌。指坝体和

14、坝基土体中部分颗粒被渗 流水带走并逐步形成渗流通道的现象。一般将管涌区分为内部管涌与外部管涌两种情况，前者颗粒移动只发生于坝体内部，后者颗粒可被带出坝体之外。管涌只发生于无粘性土中。流土。指在渗流作用下，粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象。接触冲刷。指细粒土（砂土或粘土）与粗粒土交界面上，细粒土被渗流水冲动发生破坏的现象。剥离。指粘性土与粗粒土接触面上，由于渗流作用使土颗粒与整体结构分离的现象。剥离可发生于粘性土与反滤层交界面处。化学管涌。指土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。第25页/共87页5土石坝的稳定分析 稳定分析目的：土石坝在土体自重、水压力、孔隙压力与地震力等荷载作用下，若坝体或坝

15、基土料抗剪强度不足，有可能坝体或坝体连同一部分坝基发生塌滑，丧失稳定。因此土石坝稳定分析的目的是：分析土石坝在各种工作条件下，坝体和坝基可能产生的稳定破坏形式，分别核算其稳定性。并经过反复修改核算，选择经济剖面 土石坝滑动面的形状：滑动面的形状与坝体结构、地基情况以及坝的工作条件有关，其可能滑动面形状一般是圆弧、折线或圆弧与直线组合的滑动面。对于塑性心墙土石坝的滑动面，可以是园弧，或通过心墙为园弧、通过坝壳无粘性土石直线。对于塑性斜墙土石坝滑动面，当斜墙较厚时在土斜墙内为园弧，在坝壳部位为直线。对于薄斜墙，则最可能折线滑动。塑性斜墙保护层以折线滑动最为可能。对于表面有干砌石的刚性斜墙土石坝，将

16、发生折线滑动。刚性斜墙土石坝的下游坡，可能滑动面折线状。第26页/共87页6土石坝的筑坝材料 对筑坝土石料的一般要求是：）具有与使用目的相适应的工程性质。）土石料的工程性质在长时期内保持稳定。）具有良好的压实性能。防渗体土料的要求：透水性低、较高的抗剪强度、良好的压实性能、压缩性小、具有一定塑性。坝壳料：主要用来保持坝体的稳定，应具有比较高的强度。下游坝壳水下部位以及上游坝壳的水位变动区内则要求具有良好的排水性能。砂、砾石、卵石、碎石等无粘性土料以及料场开采的石料和由枢纽建筑物中开挖的石渣料，均可作为坝壳材料。排水材料：应采用质地致密坚硬，具有高度抗水性和抗风化能力的材料。第27页/共87页7

17、地基处理地基处理目的是为了满足渗流控制（包括渗透变形和渗流量），动静力稳定以及容许沉降量等方面要求，保证大坝安全运行。7.1砂卵石地基处理主要是解决防渗问题，采用“上堵（垂直防渗、水平防渗）”、“下排（排水减压）”相结合措施。垂直防渗设施，包括软粘土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等;水平防渗铺盖;下游排水设施，包括：水平排水层、排水沟，减压井等。粘性土截水槽：当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是最常用而又稳妥可靠的防渗设施。一般布置在大坝防渗体的底部，横贯整个河床并延伸到两岸。截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部与岩基紧密结合，形成一个完整的防渗体系。第28页/共87页混凝土防渗墙：深厚砂砾石地

18、基采用混凝土防渗墙是比较有效和经济的防渗设施。做法是用冲击钻分段建造槽形孔，以泥浆固壁，然后在槽孔内用水下浇注混凝土的方法浇筑成墙，墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于 0.5 1.0m，墙顶插入防渗体内的深度应大于 1/10 坝高，并不得小于 2m。墙厚按施工条件可在 0.6 1.3m范围内选用，一般 0.8m 左右。灌浆帷幕：适用于砂砾石层很厚时，帷幕深度根据建筑物重要性、水头大小、地基地质条件、渗透特性确定。防渗铺盖：用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相连接，并向上游延伸至要求的长度，也是土石坝常用的防渗设施。铺盖的作用是延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许范围以内。下游排水设施：设置

19、排水的目的是为了防排结合，控制渗流。常用设施第29页/共87页有排水沟、排水减压井等。7.2细砂、软粘土和湿陷性黄土坝基处理（一）细砂等易液化土坝基 坝基中的细砂等地震地震时易液化的土料对坝的稳定性危害很大。对判定可能液化的土层，应尽可能挖除后换填好土挖除后换填好土。当挖除比较困难或很不经济时，可考虑采取人工加密人工加密措施，使之达到与设计地震烈度相适应的密实状态，然后采取加盖重、加强排水等附加防护设施。在易液化土层的人工加密措施中，对浅层土可以进行表面振动加密，对深层土则采用振冲、强夯等方法。（二）软粘土坝基软弱粘性土抗剪强度低，压缩性高，在这种地基上筑坝，会遇到下列问题：第30页/共87页

20、1、天然地基承载力很低地基承载力很低，高度超过 3-6m 的坝就足以使地基发生局部破坏；2、土的透水性很小，排水固结速率缓慢，地基强度增长不快，沉降变形持续时间很长，在建筑物竣工后仍将发生较大的沉降，地基长期处于软弱状态软弱状态；3、由于灵敏度较高，在施工中不宜采用振动或挤压措施施工中不宜采用振动或挤压措施，否则易扰动土的结构，使土的强度迅速降低造成局部破坏和较大变形。软粘土地基一般不宜用作地基，仅在采取有效处理措施后，才可筑坝。（三）湿陷性黄土坝基 湿陷性黄土坝基的主要危害是浸水后产生过大的不均匀沉降不均匀沉降，造成坝体裂缝。这种地基也不宜建坝，只有经过处理后才可建坝。一般处理措施是挖除、翻

21、压或通过强夯以消除其湿陷性。第31页/共87页河岸式溢洪道河岸式溢洪道溢洪道：水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，象一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。河河岸岸溢溢洪洪道道正槽侧槽井式虹吸水流经溢流堰泄入与堰大致平行的侧槽后，于槽内水流经溢流堰泄入与堰大致平行的侧槽后，于槽内再转向再转向90经泄槽或泄水隧洞流向下游。经泄槽或泄水隧洞流向下游。由溢流喇叭口、渐变段、竖井、弯段、泄水隧洞、由溢流喇叭口、渐变段、竖井、弯段、泄水隧洞、出口消能等组出口消能等组 成。水流经溢流喇叭口溢流进入渐变成。水流经溢流喇叭口溢流进入渐变段、竖井，最后泄水隧洞流向

22、下游。段、竖井，最后泄水隧洞流向下游。由进口、虹吸管、辅助设备、泄槽及下游消能由进口、虹吸管、辅助设备、泄槽及下游消能设备组成。设备组成。溢流堰轴线和泄槽轴线正交，过堰流向与泄槽走向一溢流堰轴线和泄槽轴线正交，过堰流向与泄槽走向一致。致。第32页/共87页正槽溢洪道平面布置1-引水渠 2-溢流堰 3-泄槽 4-出口消能段 5-尾水渠 6-非常溢洪道 7-土坝第33页/共87页正槽溢洪道的组成：进水段、控制段、泄槽、消能段、尾水渠引水渠的作用：使水流平顺地由水库进入控制段。对引水渠的要求：水流平顺、均匀；水头损失小，增加泄水能力；渠道不冲不淤；减少开挖工程量。引水渠布置要求：底坡：平底或不大的逆

23、坡；底高：略低于堰顶；线形：力求平顺，避免突变，导墙成喇叭口；横断面：岩基近矩形、土基用梯形；渠面：不宜太粗糙控制段的组成 溢流堰：关键部位，控制了溢洪道的过水能力（2）两侧连接建筑 溢流堰的形式 按横断面形状及尺寸分：薄壁堰宽顶堰实用堰 按平面布置的轮廓形状分：直线堰折线堰曲线堰环形堰 第34页/共87页按堰轴线与来水方向相对关系分：正交堰斜堰侧堰 常用堰型：宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰、折线形堰第35页/共87页薄壁堰宽顶堰第36页/共87页第37页/共87页第38页/共87页第39页/共87页第40页/共87页泄槽纵剖面：泄槽纵坡必须大于临界坡度：诣在形成急流，使溢流堰处于自由出流，且

24、槽中不发生水跃。宜为单一坡度：因受地形地质限制,可做成变坡,变坡处需平滑曲线连接 竖向变坡处需与平面变宽处错开。泄槽横剖面：泄槽的横剖面形状与地质条件紧密相关 岩基上多做成矩形或接近矩形,岩体整体性较差或土基上,可作成梯形。泄槽衬砌的要求 能抵抗水流冲刷；第41页/共87页衬砌表面应光滑平整，以免引起负压和空蚀；衬砌接缝处就作好止水，防止高速水流钻入泄槽底板，将底板掀起；衬砌底板下应作好排水，以减小地下水形成的扬压力；在各种力作用下能保持稳定，平时溢洪道不过水，故衬砌还要承受温度变 化和风化剥蚀的作用；寒冷地区,衬砌材料要有一定的抗冻要求。溢洪道主要消能方式 挑流消能：适用于较好的岩基，泄槽挑

25、流冲刷坑不影响建筑物的安全。挑流消 能工新形式不断出现，如：扭曲挑坎、斜挑坎、窄缝式挑坎等。底流消能：适用于地质较差情况。第42页/共87页第43页/共87页第44页/共87页非常溢洪道：用于宣泄超过设计情况的洪水，其启用条件根据工程等级、枢纽布置、坝型、洪水特性及标准、库容特性及对下游的影响等因素确定。分漫流式、自溃式和爆破式三种。第45页/共87页重力坝重力坝1重力坝特点工作原理：在巨大的水压力作用下，主要依靠坝体自重产生的抗剪(滑)力来维持稳定(不移动、不倾倒、不浮起)。其基本剖面形式是固结于地基的三角形，上游面为铅直或稍有倾斜。优点：(1)安全可靠 重力坝剖面尺寸大，应力较低，筑坝材料

26、强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强。据统计，重力坝在各种坝型中失事率是较低的。(2)对地形、地质条件适应性强，坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。(3)枢纽泄洪问题容易解决 重力坝可以做成溢流的，也可以设置坝身泄水孔，一般不用另没河岸式泄水道，枢纽布置紧凑。(4)便于施工导流 在施工期间可以利用坝体缺口部位导流，从而节省导第46页/共87页流通道工程量。(5)施工方便 大体积混凝土，可以采用现代机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都比较简便。(6)结构作用明确 重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独

27、立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单(按平面问题计算)。缺点：坝体剖面尺寸大，水泥用量多；坝体应力普遍较低，材料强度不能充分发挥；坝体与地基接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利；施工期大体积混凝土的温度应力和收缩应力较大，对温度控制的要求较高。第47页/共87页第48页/共87页第49页/共87页2重力坝的类型(1)按坝的高度分类。重力坝按坝的最大高度(不包括小局部深度)分为低坝、中坝、高坝。坝高小于30m的为低坝，坝高在3070m之间的为中坝，坝高大于70m的为高坝。(2)按筑坝材料分类。按坝体的建筑材料，分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重要的和较高的重力坝，大都用混凝

28、土建造，有浇筑的和碾压的之分。(3)按泄水条件分类。一座重力坝往往是河床中部坝段溢流，其余坝段不溢流。其中溢流部分为溢流坝，不溢流部分为非溢流坝。(4)按坝的结构形式分类 有实体重力坝、空腹重力坝和宽缝重力坝等之分。实体重力坝构造简单，对地形、地质条件适应性强；空腹和宽缝重力坝，也称非实体重力坝，都是为了有效地减少扬压力，较好地利用材料强度，以节省坝体工程量。第50页/共87页可以利用空腹和宽缝排除坝基渗透水流，有效减少扬压力；可将水电站厂房布置在空腹内，减少开挖工程量；但施工比较复杂，模板用量大，不适合大型机械化施工。第51页/共87页2 重力坝的荷载及组合2.1主要荷载有：自重；静水压力；

29、扬压力；动水压力；冰压力；泥沙压力；浪压力；地震力；温度及其他荷载。自重：坝体自重由坝体体积和材料的容重算出。静水压力：可按静水力学原理计算。扬压力：坝底扬压力，形成原因：上下游水位差；砼、岩石都是透水材料。由于基岩节理裂隙很不规则，难以求出坝底扬压力的准确分布，故通常假定扬压力从坝踵到坝趾成直线变化。动水压力：在溢流面上作用有动水压力，坝顶曲线和下游面直线段上的动水压力很小，可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。泥沙压力：水库蓄水后，入库水流挟带泥沙，逐年淤积在坝前，对坝面产生泥沙压力。第52页/共87页浪压力：浪压力与风速和水库吹程有关。中等高度以上的重力坝，浪压力在荷载中所占比重较小，通

30、常忽略。地震荷载：根据水工建筑物抗震设计规范地震惯性力和地震动水压力的计算，一般采用“拟静力法”，对高度大于150m的坝，宜进行动力分析。2.2荷载组合：作用在坝上的荷载，按其性质分为基本和特殊两种组合。基本荷载：（1）坝体及设备自重；（2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力；（3）扬压力；（4）泥沙压力；（5）相应的浪压力；（6）冰压力；（7）土压力；（8）相应于设计洪水位时的动水压力；（9）其他出现机会较多的荷载。特殊荷载：（10）校核洪水位时相应的扬压力；（11）校核洪水位时相应的浪压力；（12）校核洪水位时相应的动水压力；（13）地震荷载（14）其他出现机会较少的荷载。第53页/共87

31、页3重力坝的构造3.1坝体材料：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。3.2坝体混凝土分区 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。第54页/共87页3.3分缝横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干坝段。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。横缝间距：12-20米。按缝的位置分类：横缝、纵缝、水平工作缝横缝分永久性横缝和临时性横缝。永久性横缝常做成竖直平面，缝内不灌浆，以使各坝段独立工作。临时性横缝只在施工时设置，它们的存在影响坝的整体性，因此要对这些缝进行处理，使各坝体结

32、合成整体。纵缝：平行于坝轴线方向，用于适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力。水平工作缝：分层施工的新老混凝土之间的接缝。按缝的作用分类：沉降缝、伸缩缝、工作缝。第55页/共87页沉降缝：是将坝体沿长度分段适应地基的不均匀沉降，避免由此引起坝体裂缝。伸缩缝：是将坝体分块，以减少坝体伸缩时地基对坝体的约束而造成的裂缝。工作缝：是便于分期浇筑、装拆模板以及混凝土的散热而设的临时缝。3.4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幕。距上游面要求小于坝前水深的1/101/12，使渗透坡降在允许范围内。管距23m。管径1525cm，太小易堵塞。渗水由排水管进入廊道，然后汇入集水

33、井，经由横向排水管自流或用水泵抽水排向下游。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56页/共87页3.5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。第57页/共87页4地基处理重力坝对地基的要求介于拱坝和土石坝之间，除少数较低的溢流重力坝可建在土基上外，一般均需建在基岩上。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。4.1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，须建在新鲜、微风化或弱风化的岩石上。3070m的中坝，须建在微风化或弱风化的岩

34、石上。第58页/共87页固结灌浆与帷幕灌浆的区别：固结灌浆与帷幕灌浆的区别：灌浆：是通过预先在岩石、土壤或者建筑物中设置的钻孔或者是灌浆管，利用灌浆机将一定配比的浆液施加一定的压力灌进地基的裂缝孔隙或者建筑物自身的裂缝中，使其胶结成密实坚固而不透水的整体的工作。固结灌浆：目的：将坝基岩石破碎、裂隙发育的岩石胶结起来，以提高岩基的整体性、均匀性，承载能力。范围：坝基裂隙发育，岩石破碎的全部范围（范围较大）。钻孔深度：一般510米（较浅）。灌浆压力：一般较小，在坝体浇注前灌浆，灌浆压力一般控制0.2-0.5MP，在浇注部分坝体以后灌浆，灌浆压力一般控制0.3-0.7MP。第59页/共87页灌浆时间

35、：有的在大坝浇注之前浇注，但是，由于坝基面裸露，在灌浆压力的作用下，岩基表面会出现冒浆、漏浆，表层岩石容易被抬动，反而破坏了整体性，降低了承载能力。因此更多的是在大坝先浇注1-2层混凝土后，再在浇注的混凝土上钻孔灌浆，这样，岩基面上有了压重，可以提高灌浆压力，也不会冒浆、漏浆，灌浆质量会大大提高。帷幕灌浆：目的：充填岩基中的裂隙，浆液与基岩胶结后形成一道不透水的阻水幕墙，以达到减少坝基渗漏和降低作用在坝底的扬压力，这道幕墙就叫帷幕。范围：只在坝基靠近上游钻13排孔进行灌浆。（范围较小）钻孔深度：一般较深。第60页/共87页灌浆时间：一般在大坝浇注一定高度或者大坝施工完成以后，在大坝的廊道里进行

36、钻孔灌浆，这种灌浆，既不影响大坝的浇注施工，又可以在大坝有了一定高度的压重混凝土以后钻孔灌浆，因此，灌浆压力可以大大增加，帷幕灌浆质量能够得到保证。4.2坝基的固结灌浆目的：提高基岩的强度和整体性，降低地基的透水性。灌浆压力：一般较大，在坝基表层段灌浆压力一般不小于11.5倍的最大工作水头，在靠近帷幕的底部，灌浆压力一般不小于23倍的最大工作水头。固结灌浆设计内容：确定灌浆范围：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。灌浆孔的深度：一般58m。灌浆孔的间第61页/共87页距：孔距、排距 36m。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

37、。灌浆的压力：在不扰动基岩的前提下尽量大。4.3帷幕灌浆目的：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。灌浆材料：水泥浆、化学灌浆。防渗帷幕布置在靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸。钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，钻孔方向一般为铅直。防渗帷幕深度根据作用水头和基岩工程地质、水文地质情况确定，当地基内的透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层3-5m。第62页/共87页4.4坝基排水目的：进一步降低坝底面的渗透压力。排水孔幕设置在防渗帷幕后，与防渗帷幕下游面的距离在坝基处不小于2m，一般向下游倾斜。孔深为帷幕深度的0.4-0.6倍。排水孔幕在混凝土坝体内的部

38、分要预埋钢管，渗水通过排水钢管进入排水沟，再汇入集水井，最终经由横向排水管自流或由水泵抽水排向下游。第63页/共87页溢流重力坝溢流重力坝1工作特点：既挡水又泄水。除满足稳定和强度外，还须满足泄洪要求。2设计要求：1).满足泄洪要求。2).水流平顺流过坝体。布产生不利的负压 和振动，避免发生空蚀现象。3.保证不产生危及坝体安全的冲刷。4.不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。5.有灵活控制水流下泄的机械设备。如闸门、启闭机等。第64页/共87页3孔口设计涉及因素很多：洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质条件等。设计步骤：选定泄水方式，拟定若干

39、种泄水布置方案。初步确定空口高程、尺寸，按工程等级相应的洪水设计标准进行洪水调节演算。求出各方案的防洪库容，设计和校核洪水位及相应的下泄洪量等。然后估算淹没损失和枢纽造价，进行技术经济比较，选出最优方案。孔口型式：1）坝顶溢流式 优点：闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大。闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H03/2成正比，超泄能力强。闸门在顶部，操作方便，易于维修，安全可靠。第65页/共87页能排水及其他漂浮物。堰头设闸门大中型调节库水位和下泄流量 堰头不设闸门小型结构简单，管理方便2）大孔口溢流式：上部设胸墙，降低堰顶高程。优点：可根据洪水预报提前放水，提高了调洪能力。4 消能防冲设计4.1设

40、计原则：尽量使下泄水流的动能消耗于水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上。不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷。下泄水流平稳，不影响其他建筑物的运行。结构简单，工作可靠。第66页/共87页 工程量小，经济。4.2消能的型式：底流式、排流式、面流、消力肩。底流消能：在坝趾下游设消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。面流式消能:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水面逐渐扩散消能。适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小。优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施。缺点:高速水流在表面、伴有强烈的

41、波浪、绵延数里，影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸。第67页/共87页消力戽:适用于尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力。特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。优点：工程量较消力池小，冲刷坑比挑流式浅，不存在雾化问题；缺点：下游水面波动大，易冲刷岸坡，不利航运，戽面磨损率高，增大了维修费用。第68页/共87页支墩坝支墩坝1 定义由一系列倾斜的面板和支承面板的支墩(扶壁)组成的坝。面

42、板直接承受上游水压力和泥沙压力等荷载，通过支墩将荷载传给地基。2分类根据面板的形式，分为三种类型：大头坝、连拱坝、平板坝大头坝：不另设面板，直接由支墩的上游部分向两侧扩大，形成悬臂大头，大头相互紧贴，起挡水作用。连拱坝：面板是一系列倚在支墩上的拱筒，与支墩组成整体结构。平板坝：面板系平面板，简支于支墩上。第69页/共87页第70页/共87页3特点面板是倾斜的，可利用其上的水重帮助坝体稳定；通过地基的渗流可以从支墩两侧敞开裸露的岩面逸出，作用于支墩底面的扬压力较小，有利于坝体稳定；地基中绕过面板底面的渗流，渗透途径短，水力坡降大，单位岩体承受的渗流体积力也大，要求面板与地基的连接以及防渗帷幕都必

43、须做得十分可靠;面板和支墩的厚度小,内部应力大，可以充分利用材料的强度；施工期混凝土散热条件好，温度控制较重力坝简单；要求混凝土的标号高，施工模板复杂；支墩的侧向稳定性较差；在上游水压作用下，对于高支墩，还存在纵向弯曲稳定问题；坝体比较单薄，受外界温度变化的影响较大；可做成溢流坝，也可设置坝身式泄水管或输水管。第71页/共87页第72页/共87页第73页/共87页第74页/共87页拱坝拱坝第75页/共87页第76页/共87页第77页/共87页1、工作原理工作原理：拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。拱坝的结构作用可视为两个系统，即水平拱和竖直梁系统。水荷载

44、及温度荷载等由此二系统共同承担。当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度。其体积一般较重力坝为小。其超载能力常比其他坝型为高。但对坝址河谷形状及地基要求较高。2、拱坝的工作特点：拱坝的工作特点：1、拱与梁的共同作用；2、利用两岸岩体维持稳定；3、拱是一种推力结构，承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度；4、拱梁所承受的荷载可相互调整,因此可以承受超载；5、拱坝坝身可以泄水；6、不设永久性伸缩缝；7、抗震性能好；8、几何形状复杂，施工难度大。第78页/共87页3拱坝的结构特点3.1拱作用的结构特点拱是

45、一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3 2/3。3.2空间整体作用的特点拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的511倍。第79页/共87页4拱坝坝址选择4.1地形条件地形条件是选择拱坝结构形式、枢纽布置以及经济性的主要影响因素，可

46、从河谷剖面形状、坝址地形变化等方面进行分析。理想的地形条件应是两岸对称，岸坡平顺，平面上向下游收缩的峡谷地段，且拱端下游有足够厚的岩体支承，以利稳定。一般将河谷形状大致分为V形、梯形和U形三种典型剖面。从承受水压及拱厚变化等条件分析，以v形剖面最为有利，适宜于修建薄拱坝。河谷形状特征，常用坝顶处的河谷宽度L与坝高H的比值LH表示，称为宽高比。根据工程设计经验，对LH4.5的宽浅河谷，第80页/共87页拱的作用已很小，主要由梁系来承荷、传力，宜采用重力坝等其他坝型。4.2地质条件 地质条件的好坏是修建拱坝的一个关键问题。拱坝要求河谷两岸的基岩应能承受拱端传来的巨大推力，任何情况下都应保持稳定，而

47、不致危及坝体安全。良好的地质条件应是基岩均匀、完整、无断层破碎带、无严重节理裂隙、有足够的强度、透水性小、抗风化能力强等。第81页/共87页第82页/共87页第83页/共87页第84页/共87页4拱坝布置拱坝布置应考虑枢纽布置、坝基和坝肩稳定、坝体应力等要求，经多方案技术经济比较确定。坝身布置在满足稳定条件下，坝体轮廓力求简单，坝面变化平顺。坝肩布置使拱端与基岩接触面原则上做成半径向。拱圈布置应尽量减小坝面的倒悬度。5拱坝荷载静水压力、东水压力、温度荷载、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力和地震荷载。对于拱坝，温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/32/3。第85页/共87页6坝肩岩体稳定要求抗滑稳定分析：1）存在明显滑裂面的滑动问题；2）不具备滑动条件，但下游存在较大软弱破碎带或断层，受力后产生变形问题。改善措施：1）加强地基处理，必要时可采用预应力锚固措施，提高抗剪强度；2）加强坝肩岩体灌浆和排水措施，减少岩体的渗透压力；3）将拱端向岸壁深挖嵌进，以扩大下游的抗滑岩体；4）改进拱圈设计，使拱端推力尽可能趋向正交与岸坡。第86页/共87页感谢您的观看！第87页/共87页