河海大學(xué)水工建筑物(重力壩)教學(xué)課件02-重力壩4 構(gòu)造地基

1、6 重力壩的材料及構(gòu)造重力壩的材料及構(gòu)造一、材料一、材料混凝土（混凝土（concrete）1. 水工混凝土的特性指標(biāo)水工混凝土的特性指標(biāo)1） 混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度組成：組成：水泥（膠結(jié)材料）、骨料（石子、砂）、水、摻合水泥（膠結(jié)材料）、骨料（石子、砂）、水、摻合料料強(qiáng)度：強(qiáng)度：隨時(shí)間而增長(zhǎng)隨時(shí)間而增長(zhǎng)強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)由抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。按標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的由抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。按標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的15X15X15 cm3立方體試件、在立方體試件、在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度。保證率的抗壓強(qiáng)度。大壩大壩常態(tài)混凝土常態(tài)混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)

2、值采用強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值采用90d齡期強(qiáng)度，保證率齡期強(qiáng)度，保證率80%。種類種類C7.5C10C15C20C25C30軸心軸心/MPa7.69.814.318.522.426.2大壩大壩碾壓混凝土碾壓混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值采用強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值采用180d齡期強(qiáng)度，保證率齡期強(qiáng)度，保證率80%。種類種類C5C7.5C10C15C20C25軸心軸心/MPa7.210.413.519.625.431.02） 混凝土的耐久性混凝土的耐久性抗?jié)B性抗?jié)B性：抗?jié)B標(biāo)號(hào)表示，由滲透坡降確定。滲透坡降是指：抗?jié)B標(biāo)號(hào)表示，由滲透坡降確定。滲透坡降是指單位滲徑長(zhǎng)度上的水頭損失。見課本單位滲徑長(zhǎng)度上的水頭損失。見課本p55。抗凍性

3、抗凍性：抗凍標(biāo)號(hào)表示，混凝土在飽和狀態(tài)下，經(jīng)受多次：抗凍標(biāo)號(hào)表示，混凝土在飽和狀態(tài)下，經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞、也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。抗凍性好凍融循環(huán)而不破壞、也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能?？箖鲂院玫幕炷粒癸L(fēng)化能力強(qiáng)，故在溫暖的地區(qū)也有此要求。的混凝土，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，故在溫暖的地區(qū)也有此要求?？鼓バ钥鼓バ裕夯炷恋挚垢咚偎骰驃A沙水流的沖刷、磨損的：混凝土抵抗高速水流或夾沙水流的沖刷、磨損的性能，尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般用提高抗壓強(qiáng)度來處理（高標(biāo)性能，尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般用提高抗壓強(qiáng)度來處理（高標(biāo)號(hào)硅酸鹽大壩水泥，號(hào)硅酸鹽大壩水泥，C20級(jí)以上），且骨料堅(jiān)硬、振搗密實(shí)。級(jí)以上），且骨料堅(jiān)硬、振搗密實(shí)。

4、抗侵蝕性抗侵蝕性：混凝土抵抗環(huán)境水侵蝕的性能，尚無明確標(biāo)號(hào)，：混凝土抵抗環(huán)境水侵蝕的性能，尚無明確標(biāo)號(hào)，一般選擇適當(dāng)品種水泥和骨料。如礦渣水泥或火山灰水泥。一般選擇適當(dāng)品種水泥和骨料。如礦渣水泥或火山灰水泥。2、壩體混凝土分區(qū)、壩體混凝土分區(qū)區(qū)區(qū)上、下游水位以上壩體外部表面混凝土上、下游水位以上壩體外部表面混凝土區(qū)區(qū)上、下游水位變化區(qū)的壩體外部表面混凝土上、下游水位變化區(qū)的壩體外部表面混凝土區(qū)區(qū)上、下游最低水位以下壩體外部表面混凝土上、下游最低水位以下壩體外部表面混凝土區(qū)區(qū)基礎(chǔ)混凝土基礎(chǔ)混凝土區(qū)區(qū)壩體內(nèi)部混凝土壩體內(nèi)部混凝土區(qū)區(qū)抗沖刷部位的混凝土，如溢流面、泄水孔、導(dǎo)墻、閘墩等抗沖刷部位的混凝

5、土，如溢流面、泄水孔、導(dǎo)墻、閘墩等混凝土分區(qū)的性能（混凝土分區(qū)的性能（P57）二、施工期溫控二、施工期溫控1. 溫度變化溫度變化壩體混凝土的穩(wěn)定溫度取決于邊界溫度。氣溫、水溫、地壩體混凝土的穩(wěn)定溫度取決于邊界溫度。氣溫、水溫、地溫等周期性波動(dòng)，壩體壩體混凝土溫度也有波動(dòng)，表層顯溫等周期性波動(dòng)，壩體壩體混凝土溫度也有波動(dòng)，表層顯著，內(nèi)部不顯著、滯后。著，內(nèi)部不顯著、滯后。2. 溫度應(yīng)力和溫度裂縫溫度應(yīng)力和溫度裂縫混凝土溫度發(fā)生變化，其體積隨之熱脹冷縮，當(dāng)混凝土塊體受到約束、混凝土溫度發(fā)生變化，其體積隨之熱脹冷縮，當(dāng)混凝土塊體受到約束、不能自由伸縮時(shí)，就產(chǎn)生溫度應(yīng)力；當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗裂強(qiáng)度時(shí)，

6、不能自由伸縮時(shí)，就產(chǎn)生溫度應(yīng)力；當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗裂強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生裂縫。就產(chǎn)生裂縫。1）基礎(chǔ)溫差引起的應(yīng)力和裂縫）基礎(chǔ)溫差引起的應(yīng)力和裂縫水平向溫度應(yīng)力水平向溫度應(yīng)力2）壩塊內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力和裂縫）壩塊內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力和裂縫混凝土塊體在溫度發(fā)生變化時(shí)，其溫度分布是不均勻的。表面與周圍環(huán)混凝土塊體在溫度發(fā)生變化時(shí)，其溫度分布是不均勻的。表面與周圍環(huán)境易熱交換，內(nèi)部溫度高于外部，內(nèi)部混凝土膨脹較快，表層膨脹較慢境易熱交換，內(nèi)部溫度高于外部，內(nèi)部混凝土膨脹較快，表層膨脹較慢（甚至收縮）。內(nèi)部混凝土的膨脹受到約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外部混凝（甚至收縮）。內(nèi)部混凝土的膨脹受到約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外部混

7、凝土受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)土受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，就產(chǎn)生裂縫。一般只發(fā)生在表層，不甚重要。公式見度，就產(chǎn)生裂縫。一般只發(fā)生在表層，不甚重要。公式見P60。2. 防止溫度裂縫的措施防止溫度裂縫的措施溫度裂縫對(duì)壩體的危害性視其發(fā)展深度和出現(xiàn)的位置而不同。溫度裂縫對(duì)壩體的危害性視其發(fā)展深度和出現(xiàn)的位置而不同。平行于壩軸線的貫穿性裂縫，破壞壩的整體性；在上游面出平行于壩軸線的貫穿性裂縫，破壞壩的整體性；在上游面出現(xiàn)的裂縫會(huì)加劇滲漏，使混凝土遭受溶蝕，且揚(yáng)壓力增大，現(xiàn)的裂縫會(huì)加劇滲漏，使混凝土遭受溶蝕，且揚(yáng)壓力增大，對(duì)壩的應(yīng)

8、力和穩(wěn)定不利；溢流壩面的裂縫將降低抵抗高速水對(duì)壩的應(yīng)力和穩(wěn)定不利；溢流壩面的裂縫將降低抵抗高速水流沖刷的能力；較深的表面裂縫也在一定程度上降低壩的整流沖刷的能力；較深的表面裂縫也在一定程度上降低壩的整體性和耐久性。體性和耐久性。溫度應(yīng)力取決于溫差及約束條件。因此，防止壩體溫度裂縫溫度應(yīng)力取決于溫差及約束條件。因此，防止壩體溫度裂縫的措施，主要有的措施，主要有加強(qiáng)溫度控制、提高混凝土的抗裂強(qiáng)度、保加強(qiáng)溫度控制、提高混凝土的抗裂強(qiáng)度、保證混凝土的施工質(zhì)量和采用合理的分縫、分塊等證混凝土的施工質(zhì)量和采用合理的分縫、分塊等方面。方面。1）溫度控制標(biāo)準(zhǔn)）溫度控制標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)溫差：指澆筑塊在基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)，混

9、凝土最高溫度與穩(wěn)定溫度基礎(chǔ)溫差：指澆筑塊在基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)，混凝土最高溫度與穩(wěn)定溫度之差。之差。基礎(chǔ)溫差標(biāo)準(zhǔn)是大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)最重要的溫度控制項(xiàng)目?；A(chǔ)溫差標(biāo)準(zhǔn)是大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)最重要的溫度控制項(xiàng)目。因?yàn)榛A(chǔ)混凝土一旦發(fā)生裂縫，將會(huì)發(fā)展成垂直貫穿性裂縫，嚴(yán)重地破因?yàn)榛A(chǔ)混凝土一旦發(fā)生裂縫，將會(huì)發(fā)展成垂直貫穿性裂縫，嚴(yán)重地破壞結(jié)構(gòu)的整體性。壞結(jié)構(gòu)的整體性。上下層溫差：指在老混凝土上下層溫差：指在老混凝土(齡期超過齡期超過28天天)面上下各面上下各L/4范圍內(nèi)，上范圍內(nèi)，上層新混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時(shí)下層老混凝土實(shí)際平均層新混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時(shí)下層老混凝土實(shí)際

10、平均溫度之差。溫度之差。當(dāng)上層混凝土短間歇均勻上升的高度大于當(dāng)上層混凝土短間歇均勻上升的高度大于0.5L時(shí)，上下層容時(shí)，上下層容許溫差約為許溫差約為1520，澆筑塊側(cè)面長(zhǎng)期暴露時(shí)，宜采用較小值。嚴(yán)寒地，澆筑塊側(cè)面長(zhǎng)期暴露時(shí)，宜采用較小值。嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)另行研究。區(qū)應(yīng)另行研究。內(nèi)外溫差：指混凝土塊體內(nèi)任一時(shí)刻的平均溫度與表面最低溫度之差。內(nèi)外溫差：指混凝土塊體內(nèi)任一時(shí)刻的平均溫度與表面最低溫度之差。混凝土表面溫度與氣溫有關(guān)，為安全計(jì)一般用邊界氣溫來代表?？刂苾?nèi)混凝土表面溫度與氣溫有關(guān)，為安全計(jì)一般用邊界氣溫來代表。控制內(nèi)外溫差，主要目的是防止表面裂縫。外溫差，主要目的是防止表面裂縫。在基礎(chǔ)或老混凝土

11、約束范圍以外的在基礎(chǔ)或老混凝土約束范圍以外的混凝工塊體，控制在混凝工塊體，控制在2325以內(nèi)；在基礎(chǔ)或老混凝土約束范圍以內(nèi)，以內(nèi)；在基礎(chǔ)或老混凝土約束范圍以內(nèi)，控制在控制在2022以內(nèi)；對(duì)于壩體上游面或其他有防滲要求的部位，也應(yīng)以內(nèi)；對(duì)于壩體上游面或其他有防滲要求的部位，也應(yīng)按后一標(biāo)準(zhǔn)控制。按后一標(biāo)準(zhǔn)控制。2）溫度控制措施）溫度控制措施減少混凝土發(fā)熱量減少混凝土發(fā)熱量降低混凝土入倉溫度降低混凝土入倉溫度加速混凝土熱量散發(fā)加速混凝土熱量散發(fā)防止不利氣溫影響，保護(hù)混凝土表面防止不利氣溫影響，保護(hù)混凝土表面見見P61-62P61-62三、混凝土重力壩的構(gòu)造三、混凝土重力壩的構(gòu)造1、壩頂結(jié)構(gòu)、壩頂結(jié)構(gòu)

12、一般采用實(shí)體結(jié)構(gòu)，按路面設(shè)計(jì)，布置排水系統(tǒng)和照明設(shè)一般采用實(shí)體結(jié)構(gòu)，按路面設(shè)計(jì)，布置排水系統(tǒng)和照明設(shè)施。也可采用輕型結(jié)構(gòu)。施。也可采用輕型結(jié)構(gòu)。2、壩體分縫、壩體分縫適應(yīng)溫度變化產(chǎn)生的伸縮變形和地基產(chǎn)生的不均勻沉降，適應(yīng)溫度變化產(chǎn)生的伸縮變形和地基產(chǎn)生的不均勻沉降，以及適應(yīng)施工期澆筑能力和溫度控制等，需要設(shè)以及適應(yīng)施工期澆筑能力和溫度控制等，需要設(shè)橫縫、縱橫縫、縱縫和水平施工縫縫和水平施工縫等。等。1）橫縫及止水）橫縫及止水橫縫垂直于壩軸線，將壩體沿壩軸線分成若干個(gè)壩段，是永久縫?？p面為橫縫垂直于壩軸線，將壩體沿壩軸線分成若干個(gè)壩段，是永久縫。縫面為平面，不設(shè)鍵槽，不灌漿，使各壩段獨(dú)立工作?？p

13、寬平面，不設(shè)鍵槽，不灌漿，使各壩段獨(dú)立工作?？p寬12cm，縫內(nèi)用瀝，縫內(nèi)用瀝青油毛氈或?yàn)r青瑪蹄脂填充。縫內(nèi)上游設(shè)止水。青油毛氈或?yàn)r青瑪蹄脂填充?？p內(nèi)上游設(shè)止水。2）縱縫和水平施工縫）縱縫和水平施工縫縱縫縱縫平行于壩軸線，是為適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而平行于壩軸線，是為適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而設(shè)置的臨時(shí)縫。縱縫有設(shè)置的臨時(shí)縫。縱縫有垂直縱縫、斜縫、錯(cuò)縫垂直縱縫、斜縫、錯(cuò)縫三種布置。蓄水前，混凝土三種布置。蓄水前，混凝土充分冷卻收縮、壩體達(dá)到穩(wěn)定溫度的條件下進(jìn)行灌漿，使壩段成為整體。充分冷卻收縮、壩體達(dá)到穩(wěn)定溫度的條件下進(jìn)行灌漿，使壩段成為整體?？p面設(shè)鍵槽?？p面設(shè)

14、鍵槽。水平縫水平縫是上下兩層新老混凝土澆筑塊之間的施工接縫。它是壩體防滲、抗是上下兩層新老混凝土澆筑塊之間的施工接縫。它是壩體防滲、抗剪的薄弱面，須認(rèn)真處理。剪的薄弱面，須認(rèn)真處理。3、壩體排水、壩體排水目的目的：減少滲水影響，降：減少滲水影響，降低壩體中的滲透壓力低壩體中的滲透壓力方法方法：在上游壩面設(shè)排水：在上游壩面設(shè)排水孔，間距孔，間距23m，距上游，距上游壩面壩面(1/151/25)H，不小，不小于于2m。4、壩內(nèi)廊道、壩內(nèi)廊道7 重力壩的地基處理重力壩的地基處理重力壩承受較大的荷載，對(duì)地基要求較高。然而天然基巖經(jīng)受重力壩承受較大的荷載，對(duì)地基要求較高。然而天然基巖經(jīng)受長(zhǎng)期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

15、及外界因素的作用，多少存在著風(fēng)化、節(jié)理、長(zhǎng)期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及外界因素的作用，多少存在著風(fēng)化、節(jié)理、裂隙、破碎帶等缺陷，在不同程度上破壞了基巖的整體性和均裂隙、破碎帶等缺陷，在不同程度上破壞了基巖的整體性和均勻性，降低了基巖的強(qiáng)度和抗?jié)B能力。因此，必須對(duì)地基進(jìn)行勻性，降低了基巖的強(qiáng)度和抗?jié)B能力。因此，必須對(duì)地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以滿足重力壩對(duì)地基的適當(dāng)?shù)奶幚恚詽M足重力壩對(duì)地基的要求要求：1.具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力2.具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷的要求均勻沉陷的要求3.具有足

16、夠的抗?jié)B性，以滿足壩基滲透穩(wěn)定和減少滲漏的要求具有足夠的抗?jié)B性，以滿足壩基滲透穩(wěn)定和減少滲漏的要求4.具有足夠的耐久性，以防止在水的長(zhǎng)期作用下基巖性質(zhì)發(fā)生具有足夠的耐久性，以防止在水的長(zhǎng)期作用下基巖性質(zhì)發(fā)生惡化惡化地基處理，一般包括地基處理，一般包括壩基開挖清理壩基開挖清理，對(duì)基巖進(jìn)行，對(duì)基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿和防固結(jié)灌漿和防滲帷幕灌漿滲帷幕灌漿，設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)設(shè)置基礎(chǔ)排水系統(tǒng)，對(duì)，對(duì)特殊軟弱帶特殊軟弱帶如斷層、破碎如斷層、破碎帶和溶洞等進(jìn)行專門的處理。帶和溶洞等進(jìn)行專門的處理。 高壩應(yīng)挖到新鮮或微風(fēng)化下部的基巖；中壩宜挖到微風(fēng)化或弱風(fēng)高壩應(yīng)挖到新鮮或微風(fēng)化下部的基巖；中壩宜挖到微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部

17、的基巖；對(duì)兩岸地形較高部位的壩段，其開挖基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比化下部的基巖；對(duì)兩岸地形較高部位的壩段，其開挖基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。河床部位適當(dāng)放寬。 壩基開挖的邊坡必須保持穩(wěn)定；在順河方向，為保持壩體的抗滑壩基開挖的邊坡必須保持穩(wěn)定；在順河方向，為保持壩體的抗滑穩(wěn)定，不宜開挖成向下游傾斜的斜面，必要時(shí)可挖成分級(jí)平臺(tái)或向上穩(wěn)定，不宜開挖成向下游傾斜的斜面，必要時(shí)可挖成分級(jí)平臺(tái)或向上游傾斜面；兩岸岸坡應(yīng)開挖成臺(tái)階形，以利于壩塊側(cè)向的穩(wěn)定；基坑游傾斜面；兩岸岸坡應(yīng)開挖成臺(tái)階形，以利于壩塊側(cè)向的穩(wěn)定；基坑開挖輪廓應(yīng)盡量平順，避免有高差懸殊的突變，以免應(yīng)力集中造成壩開挖輪廓應(yīng)盡量平順，避免有高差懸殊的

18、突變，以免應(yīng)力集中造成壩體裂縫；當(dāng)?shù)鼗杏熊浫鯅A層存在，且用其他措施無法解決時(shí)，也應(yīng)體裂縫；當(dāng)?shù)鼗杏熊浫鯅A層存在，且用其他措施無法解決時(shí)，也應(yīng)挖除。挖除。 為保持基巖的完整性，避免開挖爆破震裂，為保持基巖的完整性，避免開挖爆破震裂，基巖應(yīng)分層開挖基巖應(yīng)分層開挖。 基巖開挖后，在澆筑混凝土前，需進(jìn)行徹底的清理和沖洗，清除基巖開挖后，在澆筑混凝土前，需進(jìn)行徹底的清理和沖洗，清除一切松動(dòng)的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞一切松動(dòng)的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。等均應(yīng)回填封堵。1. 壩基開挖清理壩基開挖清理2. 固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿：固結(jié)灌漿

19、：淺孔低壓灌注水泥淺孔低壓灌注水泥漿對(duì)壩基加固處理。漿對(duì)壩基加固處理。目的目的：提高巖體的整體性和提高巖體的整體性和彈性模量，減少基巖受力后的彈性模量，減少基巖受力后的變形，并提高基巖的抗壓、抗變形，并提高基巖的抗壓、抗剪強(qiáng)度；剪強(qiáng)度；降低壩基的滲透性，降低壩基的滲透性，減少滲漏量；減少滲漏量；帷幕旁邊的固帷幕旁邊的固結(jié)灌漿可提高帷幕的灌漿壓力。結(jié)灌漿可提高帷幕的灌漿壓力?？拙嗪团啪嘤煽拙嗪团啪嘤傻刭|(zhì)條件和試驗(yàn)地質(zhì)條件和試驗(yàn)確定。確定。灌漿壓力灌漿壓力根據(jù)巖石裂隙發(fā)育程根據(jù)巖石裂隙發(fā)育程度、漿液濃度、孔深等因素確度、漿液濃度、孔深等因素確定。定。3. 帷幕灌漿帷幕灌漿帷幕灌漿：帷幕灌漿：靠近上游壩基設(shè)一靠近上游壩基設(shè)一排或幾排鉆孔，利用高壓灌漿排或幾排鉆孔，利用高壓灌漿填塞基巖內(nèi)的裂隙和孔隙等滲填塞基巖內(nèi)的裂隙和孔隙等滲水通道，在基巖中形成一道相水通道，在基巖中形成一道相對(duì)密實(shí)的阻水帷幕。對(duì)密實(shí)的阻水帷幕。目的目的：降低壩基的滲透壓力，降低壩基的滲透壓力，減少滲流量；減少滲流量； 防止壩基內(nèi)產(chǎn)防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌。生機(jī)械或化學(xué)管涌。確定帷幕深度、帷幕厚度、灌確定帷幕深度、帷幕厚度、灌漿孔布置、灌漿壓力