(完整ppt)第3章?lián)跛ㄖ镎n件

1、第3章?lián)跛ㄖ飺跛ㄖ锸撬麡屑~中最重要的水工建筑物。各種壩的類型較多，下圖為幾種壩的類型示意圖。壩的類型示意圖（a）重力壩（b）拱壩（c）支墩壩（d）預(yù)應(yīng)力錨固壩（e）樁基錨固壩（f）橡膠壩（g）土石壩 1預(yù)應(yīng)力錨索 2樁 3橡膠袋 一、重力壩（三 峽） 二、拱 壩（溪洛渡） 三、土石壩（小浪底）重力壩概述重力壩的特點重力壩類型重力壩的剖面設(shè)計溢流重力壩重力壩的構(gòu)造重力壩的地基處理3.1 重力壩巖基上的重力壩 丹江口水利樞紐 1. 重力壩概述 人類筑壩的歷史已近5000年，重力壩是出現(xiàn)最早的一種壩型。 混凝土重力壩是在砌石重力壩的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。重力壩結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，至今仍是一種被

2、廣泛采用的壩型。重力壩發(fā)展史： 19世紀(jì)以前，毛石砌體重力壩19世紀(jì)后期，混凝土重力壩20世紀(jì)，現(xiàn)代重力壩采用有效的防滲、排水措施，施工中分縫、灌漿、溫度等技術(shù)30年代以后，重力壩日益增多，重力壩占總壩數(shù)量的比重較大60年代開始，土石壩理論和施工的發(fā)展，重力壩的比例相對減少，技術(shù)上繼續(xù)進(jìn)步早在公元前2900年，埃及便在尼羅河上修建了一座高15m、頂長240m的砌石重力壩。2. 重力壩工作原理及特點 (1) 工作原理 強度要求 穩(wěn)定要求 利用自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地基間的凝聚力來抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定利用自重引起的壓應(yīng)力來抵消由水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力(2) 工作特點優(yōu)點： 適于從壩頂溢流

3、，施工期間也易于通過較低的壩塊或底孔（永久的或臨時的）泄流； 較之拱壩、支墩壩，斷面形狀簡單，混凝土澆筑簡易，便于機械化施工，模板數(shù)量少，且易采用定型模板；優(yōu)點： 適合于在各種氣候條件下修建，在嚴(yán)寒地區(qū)，重力壩與拱壩或支墩壩相比，受到凍害的影響較??； 對地基的要求比拱壩低，但比土石壩高； 設(shè)計和建造的經(jīng)驗比較豐富，工作可靠，使用年限較長，養(yǎng)護(hù)費用較低。缺點： 壩體體積大，要消耗大量水泥，材料強度沒有被充分利用； 由于體積大，澆筑時水泥的水化熱消散困難； 底面積大，作用在壩底面上的揚壓力也大，減少了壩的有效重量，對壩體穩(wěn)定不利； 壩體體積雖遠(yuǎn)較土石壩小，但單位體積的造價遠(yuǎn)較土石壩高。 為了發(fā)揚優(yōu)

4、點克服缺點，可考慮改進(jìn)設(shè)計方法和施工方法。上游傾斜，改善受力壩體分區(qū)，不同部位使用不同標(biāo)號混凝土采用碾壓混凝土方法筑壩改進(jìn)壩的結(jié)構(gòu)型式（寬縫、空腹、預(yù)應(yīng)力等）3. 重力壩的類型 按壩高分為 30米 H低壩70米H30米 中壩70米高壩H 按筑壩材料分為漿砌石重力壩混凝土重力壩 按構(gòu)造不同分為 按泄水條件分為 非溢流重力壩溢流重力壩空腹重力壩寬縫重力壩實體重力壩預(yù)應(yīng)力錨固重力壩裝配式重力壩將實體重力壩的橫縫的中間加寬，則成為寬縫重力壩。寬縫的設(shè)置能使揚壓力降低，可節(jié)省混凝土10%以上。同時寬縫的設(shè)置還改善了散熱條件。在壩內(nèi)設(shè)置大型縱向空腔的重力壩，稱為空腹重力壩?？崭箍梢詼p小壩底揚壓力，節(jié)約混凝

5、土量，還可在空腹布置水電站廠房。但空腹重力壩施工較困難，鋼筋用量較多 利用受拉鋼筋或鋼桿對重力壩施加預(yù)應(yīng)力，以增加壩身穩(wěn)定性，并有效地改善壩身應(yīng)力分布，從而減小壩體混凝土用量。 但施工復(fù)雜，鋼筋用量多。重力壩的基本剖面是三角形4.重力壩的剖面設(shè)計重力壩基本剖面 常用的實用剖面形態(tài)。 非溢流壩剖面形態(tài) 根據(jù)工程經(jīng)驗：一般上游壩坡坡率n=00.2，常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游的；下游壩坡坡率m=0.60.8；底寬約為壩高的0.70.9倍。 5. 溢流重力壩溢流重力壩剖面：（a）開敞溢流式；（b） 大孔口溢流式溢流重力壩：既是擋水建筑物又是泄水建筑物。是重力壩樞紐中最重要的泄水建筑物，用于將規(guī)劃

6、庫容不能容納的絕大部分洪水由壩頂泄向下游。除了滿足強度和穩(wěn)定要求，溢流重力壩還涉及到孔口尺寸、溢流堰形態(tài)和消能方式的合理選擇。裝設(shè)閘門的溢流壩，需用閘墩將溢流壩段分割成若干個等寬的孔口。溢流堰頂部曲線多采用WES型。消能防沖形式（消能工）：底流消能通過水躍，消除多余動能的消能方式；底流消能 挑流消能 挑流消能利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄的急流拋向空中，然后落入離建筑物較遠(yuǎn)的河床。另外還有面流消能、消力戽消能和多種消能工聯(lián)合消能。三峽水利樞紐溢流重力壩三峽泄洪閘泄洪（1）壩頂構(gòu)造。一般用實體結(jié)構(gòu)，頂面按路面設(shè)計，在壩頂上布置排水系統(tǒng)和欄桿或防浪墻等以及照明設(shè)備。也可采用輕型結(jié)構(gòu)。 6.

7、重力壩構(gòu)造壩頂結(jié)構(gòu)布置1防浪墻；2公路；3起重機軌道；4人行道；5壩頂排水管；6壩體排水管；7最高水位 為適應(yīng)施工期混凝土的澆筑能力和溫度控制以及防止地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起裂縫，因而要分縫。 常設(shè)垂直于壩軸線的橫縫和平行于壩軸線的縱縫、橫縫是永久縫，縱縫則屬于臨時縫；有時砼分層澆筑的層面也是一種臨時性水平施工縫。(2)壩體分縫縱縫形式示意圖 重力壩分縫示意圖 壩身排水管是為了降低壩內(nèi)浸潤線位置，排除滲入壩體內(nèi)水流減小壩體滲透壓力的孔管設(shè)施。如圖所示。 排水管間距通常為23m，內(nèi)徑一般為1525cm。常采用預(yù)制的多孔混凝土管，在澆筑混凝土?xí)r埋入壩內(nèi)。(3)壩身排水管 壩身排水管及其與廊道的

8、連接（單位：cm）1預(yù)制的多孔混凝土排水管；2鑄鐵管；3廊道；4通過兩道排水管之間橫剖面的浸潤線；5通過排水管處橫剖面的浸潤線；6排水溝；7灌漿帷幕；8壩基排水孔 設(shè)置在重力壩體內(nèi)的各種通道簡稱廊道。 按其用途可分為壩基灌漿廊道、排水廊道、觀測檢查廊道、交通廊道以及其他用于閘門操作、電纜敷設(shè)的專用廊道等。 按其布置可分為縱向廊道（廊道軸線與壩軸線平行）和橫向廊道（廊道軸線與壩軸線垂直）。縱、橫廊道及豎井互相連通形成廊道系統(tǒng)，由進(jìn)出口與壩外相通，見圖。(4)廊道系統(tǒng)重力壩壩內(nèi)廊道系統(tǒng)圖1壩基灌漿排水廊道；2基面排水廊道；3集水井；4水泵室；5橫向排水廊道；6檢查廊道；7電梯井；8交通廊道；9觀測

9、廊道；10進(jìn)出口；11電梯塔（1）壩基開挖與清理 壩基開挖與清理的目的是：使壩體能座落在穩(wěn)定、堅固的地基上。（2）壩基的固結(jié)灌漿 固結(jié)灌漿的目的是：提高基巖的整體性和強度、彈性模量，降低地基的透水性。（3）帷幕灌漿 帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力，減少壩基滲流量，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學(xué)管涌。灌漿材料最常用的是水泥漿。 防滲帷幕示意圖如圖所示。7.重力壩的地基處理（4）壩基排水 為進(jìn)一步降低壩底面的滲透揚壓力，一般還在防滲帷幕后設(shè)置排水孔幕。防滲帷幕和排水孔幕布置1壩基灌漿排水廊道；2灌漿孔；3灌漿帷幕；4排水孔幕；5100排水鋼管；6100三通；775預(yù)埋鋼管；8壩體作用于重力壩的主要荷

10、載有：自重；靜水壓力；揚壓力；動水壓力；冰壓力；泥沙壓力；浪壓力；地震力；溫度及其他荷載。 除了增加壩體自重外，提高壩體抗滑穩(wěn)定的工程措施，主要圍繞著增加阻滑力、減少滑動力的原則，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟比較，確定最佳方案組合。常采用以下工程措施。 （1）利用水重（2）將壩基開挖成傾向上游的斜面（3）在壩踵下設(shè)齒墻（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用預(yù)應(yīng)力（7）其它措施提高壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施 當(dāng)壩底面與基巖間的抗剪強度參數(shù)較小時，常將上游壩面做成傾向上游的斜面，利用壩面上的水重來提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。但應(yīng)注意，上游壩面的坡度不宜過緩，否則，在上游壩面容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，對壩體強度不利。1.利用水

11、重2.采用有利的開挖輪廓線 開挖壩基時，最好利用巖面的自然坡度，使壩基面傾向上游。有時，有意將壩踵高程降低，使壩基面傾向上游，但這種做法將加大上游水壓力，增加開挖量和混凝土澆筑量，故很少采用。當(dāng)壩基比較堅固時，可以開挖成鋸齒狀，形成局部的傾向上游的斜面，這種方法已廣泛采用。壩基開挖輪廓 當(dāng)基巖內(nèi)有傾向下游的軟弱面時，可在壩踵部位設(shè)齒墻，切斷較淺的軟弱面加大了滑動體重量，又增加了滑動面的面積，同時也增大了抗滑體抗力。3.設(shè)置齒墻 當(dāng)下游水位較高，壩體承受的浮托力較大時，可考慮在壩基面上設(shè)置排水系統(tǒng)，定時抽水以減少壩底浮托力。如：我國的龔嘴工程，下游水深達(dá)30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水

12、深計算，節(jié)省了壩體混凝土澆筑量。4.抽水措施帷幕灌漿、固結(jié)灌漿以及斷層、軟弱夾層的處理等。5.加固地基： 在靠近壩體上游面，采用深孔錨固高強度鋼索，并施加預(yù)應(yīng)力，既可增加壩體的抗滑穩(wěn)定，又可消除壩踵處的拉應(yīng)力，國外有些支墩壩，在壩趾處采用施加預(yù)應(yīng)力的措施，改變合力R的方向，使PV /PH增大，從而提高了壩體的抗滑穩(wěn)定性。6.預(yù)加應(yīng)力措施7.橫縫灌漿： 將部分壩段或整個壩體的橫縫進(jìn)行局部或全部灌漿，以增強壩的整體性和穩(wěn)定性。8.防滲排水 在壩基內(nèi)布置防滲排水幕、保證排水暢通，降低揚壓力，有利于穩(wěn)定。9.空腹拋石如果是空腹重力壩或?qū)捒p重力壩，可在空腔內(nèi)填塊石，提高壩體穩(wěn)定性。其它措施巴基斯坦塔貝拉

13、水電站左溢洪道泄洪3.2 拱壩一、拱壩的發(fā)展概況二、拱壩的工作原理三、拱壩的特點四、拱壩對的地形地質(zhì)條件五、拱壩布置一、拱壩的發(fā)展概況 1000多年以前出現(xiàn)圬工結(jié)構(gòu)，如公元655年河北趙縣趙州橋（漿砌石拱橋）。13世紀(jì)末伊朗修建了一座高60米的砌石拱壩。19世紀(jì)中葉，人們又在比較狹窄的河谷中修建了一些混凝土拱壩，高度都在40m以內(nèi)。20世紀(jì)初，美國開始修建較高的拱壩，如1910年建成的巴菲羅比爾拱壩，高99m。20-40年代，又建成若干拱壩，其中有高達(dá)221m的胡佛壩。20世紀(jì)50年代以后，修建了許多雙曲拱壩。英古里雙曲拱壩 壩高272m，壩底厚度86m，厚高比為0.33 二灘 二灘水電站位于

14、四川省、雅礱江干流下游河段上，距攀枝花市約40km。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高240m，水庫總庫容58億立方米，水電站裝機容量330萬kW，多年平均發(fā)電量170億kWh。1991年9月開工，1998年7月第一臺機組發(fā)電，2000年完工。 小灣水電站 小灣水電站位于云南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段與支流黑惠江交匯后下游1.5km處，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個梯級中的第二級。裝機容量420萬kW，年保證發(fā)電量190億千瓦時，電站靜態(tài)總投資223.31億元。2010年8月6臺機組全部投產(chǎn)。最大壩高292m 。 溪洛渡 溪洛渡水電站位于四川省雷波與云南永善的金沙江界河上，攔河壩為混凝土

15、雙曲拱壩，最大壩高278米，電站裝機容量 1260萬kW。電站2003年開始籌建，2005年開工，2014年第一臺機組投產(chǎn)，2017年竣工。 錦屏一級錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，是雅礱江干流下游河段的控制性水庫梯級電站裝機容量360萬。大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高305米，為世界第一高拱壩。2005年11月12日正式開工，2006年12月4日截流，2009年10月23日開始大壩澆筑，主體工程建設(shè)已全面展開。 二、拱壩的工作原理拱壩是固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，在平面上呈凸向上游的拱形，能夠把部分水平荷載一部分傳給兩岸的壩形建筑物。三、拱壩的特點受力特點：壩體結(jié)構(gòu)是由水

16、平的拱圈和豎向的懸臂梁共同組成。拱壩所承受的水平荷載一部分通過水平拱的作用傳給兩岸的基巖，另一部分通過豎向的懸臂梁的作用傳到壩底基巖，如圖3-1所示。穩(wěn)定：穩(wěn)定性主要依靠兩岸拱端的反力來維持。壩面應(yīng)力以壓應(yīng)力為主。：拱壩的優(yōu)缺點（1）工程量小 拱是一種主要承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)。拱內(nèi)彎矩較小，應(yīng)力分布比較均勻，這一特點能適應(yīng)壩體材料（混凝土或漿砌石）抗壓強度高的特性，使材料的強度得到充分的發(fā)揮。對于同一壩址，壩高相同時，拱壩的體積比重力壩可節(jié)省1/3 2/3。 （2）空間整體好超載能力強 拱壩四周嵌固于基巖，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生超載或產(chǎn)生局部裂縫時，壩體拱梁作用自行調(diào)整，壩體的應(yīng)力將重新

17、分配，原來低應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力增大，高應(yīng)力不再增長，裂縫停止發(fā)展甚至閉合。根據(jù)國內(nèi)外拱壩結(jié)構(gòu)模型實驗成果表明，拱壩的超載能力可達(dá)到設(shè)計荷載的511倍?？拐鹉芰?拱壩是一個整體的空間殼體結(jié)構(gòu)，壩體輕韌而富有彈性。依靠巖石對地震能的吸收，會引起壩體應(yīng)力重新分布。當(dāng)基礎(chǔ)及壩肩巖體穩(wěn)定時，其抗震能力較強。實例：意大利瓦依昂（Vajont）雙曲拱壩，1961年建成，壩頂長190.5m，頂寬3.4m，底寬2.7m，最大壩高262m，是當(dāng)時世界上最高的混凝土薄拱壩。1963年10月9日晚，由于連續(xù)降雨，水庫水位上漲，左岸靠壩的上游發(fā)生大體積巖石滑坡，近3億m3的滑坡體以40 m/s的速度滑入水庫并沖上右岸，掀起

18、150m高的涌浪，涌浪溢過壩頂，沖向下游，致使2600人喪生，但拱壩并未破壞，僅在壩肩附近的壩內(nèi)發(fā)生二、三條裂縫。據(jù)估算，拱壩當(dāng)時已承受住相當(dāng)于8倍設(shè)計荷載的作用力，由此可見該拱壩的超載能力。（3）拱壩荷載的特點 1.自重由誰承擔(dān)?-與封拱時間的有關(guān) 封拱拱壩是分塊澆筑的，為了使其發(fā)揮拱的作用，用灌漿的方式將各澆筑塊連接起來的工程措施。 2.揚壓力由梁承擔(dān)，揚壓力的影響較小，約為應(yīng)力的5%-10%，重力拱壩和中厚拱壩應(yīng)考慮揚壓力的影響；對壩肩穩(wěn)定應(yīng)考慮滲透壓力對抗滑巖體的影響。 3. 溫度荷載是主要荷載之一。拱壩周邊固接于基巖上，溫度變化及地基變形等對壩體應(yīng)力有顯著影響。據(jù)實測資料分析表明，由

19、溫度變化引起的徑向位移，約占總位移的1/32/3。由梁承擔(dān)由拱梁共同承擔(dān)溫度荷載溫升、溫降 a.定義：是指運行過程中任一時刻壩體空間溫度與封拱溫度之差。 b.封拱溫度的確定 封拱溫度是壩體溫升、溫降的計算基準(zhǔn)。 高一點好？低一點好？結(jié)論：溫降對壩體應(yīng)力不利溫升對壩肩穩(wěn)定不利（5）壩身泄流及施工較為復(fù)雜 拱壩壩身較為單薄，壩身溢流可能引起壩身及閘門振動，致使材料疲勞；壩身下泄水流具有向心集中作用，挑距不遠(yuǎn)，易于造成對河床及河岸沖刷；壩身開設(shè)泄水孔會破壞拱壩作用并使孔口周邊應(yīng)力復(fù)雜。（6）拱壩對地形地質(zhì)要求高四、拱壩對地形地質(zhì)的要求地形條件是決定拱壩的結(jié)構(gòu)形式、工程布置以及經(jīng)濟性的主要因素。壩址處

20、河谷形狀特征通常用兩個指標(biāo)來表示，即河谷“寬高比”及“河谷斷面形狀”。河谷形狀對荷載分配及剖面的影響1.地形條件寬高比：指拱壩基礎(chǔ)開挖后對應(yīng)壩頂高程處的河谷的寬度L 與 最大壩高H的比值。 L/H值小，說明河谷深窄，水平拱圈跨度較短，拱的剛度較大， 受力大部分傳給兩岸，因而壩體較薄。L/H值較大時，壩體較厚。 L/H1.5的深窄河谷中可建薄拱壩； L/H=1.53.0的中等寬度河谷可修建中厚拱壩； L/H34.5的寬河谷多修建厚拱壩； 當(dāng)L/H4.5的寬淺河谷，宜建重力壩或拱形重力壩。巖石比較均勻有足夠的強度透水性要小抗風(fēng)化能力強堅固完整討 論變形參數(shù)E、u：均勻強度參數(shù)R、c、f：抗?jié)B性K、

21、J：滲透性小耐久性：抗侵蝕、抗風(fēng)化無地質(zhì)上的缺陷：沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層等。2.地質(zhì)條件理想的地形條件： V形河谷，兩岸對稱，岸坡平順，壩肩山體雄厚，寬高比小，且地形在平面上向下游收縮的峽谷段。理想的地質(zhì)條件基巖堅硬、完整、均一，有足夠的強度和剛度，透水性小，抗水的侵蝕和抗風(fēng)化能力強。五 拱壩的布置拱壩布置的任務(wù)及原則拱壩斷面尺寸的擬定溢流布置壩體分縫拱端布置拱壩布置的步驟二灘拱壩（一）拱壩布置的任務(wù)及原則1、重要性直接關(guān)系大壩的安全、造價、施工及美觀。2、任務(wù)泄洪方式、廠房布置情況壩型選擇拱壩斷面尺寸的擬定應(yīng)力和穩(wěn)定分析修改方案方案優(yōu)選3、影響因素自然條件，施工、運用。4、具體方法拱壩C

22、AD，利用編制好的計算機軟件自動進(jìn)行。半自動化方法。人工方法。5、原則滿足安全要求滿足運用要求：a、泄洪，b、引水，c交通，d、廠房布置滿足施工要求：模板制作倒懸度：漿砌石：1：0.11：0.16，最大1：0.25；砼：1：0.3施工期經(jīng)濟：近可能使整個樞紐的總投資最小，最早受益。（二）拱壩斷面尺寸的擬定平面拱圈的中心角、半徑和厚度平面拱圈的形式拱冠懸臂梁的尺寸1、圓弧拱圈尺寸的擬定要兼顧拱座穩(wěn)定和壩體應(yīng)力。大的中心角對應(yīng)力分布有利，拱厚減??；不利于拱座穩(wěn)定。中心角太小，對拱座的穩(wěn)定有利，對壩體應(yīng)力分布不利，拉應(yīng)力增加。頂拱中心角以90100為宜，拱端軸線的切線與可利用基巖等高線間夾角不宜小于

23、35。 (a)等厚度圓拱； (b) 拋物線拱； (c) 三圓心拱； (d) 橢圓拱； (e)變厚圓拱； (f) 變厚非圓拱2、水平拱圈的較優(yōu)形態(tài)合理的拱圈形式應(yīng)是壓力線接近拱軸線，使拱截面的壓應(yīng)力分布趨于均勻。當(dāng)單獨一個拱圈在上游面承受勻布水壓力時，其最合理的形態(tài)為圓弧拱。由于其結(jié)構(gòu)性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系統(tǒng)共同承擔(dān)外荷載，且水平拱所分擔(dān)的水壓力部分往往是非勻布的，通常是從拱冠向拱端逐漸減少的。最經(jīng)濟合理的拱圈形態(tài)不一定是圓弧拱，實際采用時需綜合考慮經(jīng)濟、設(shè)計及施工等因素。三圓心拱 橢圓拱 拋物線拱3、懸臂梁尺寸的擬定懸臂梁尺寸擬定包括壩頂、底及各個高程的厚度；上下游面曲線的方程

24、。拱冠梁定義：貫穿各層拱圈頂點的懸臂梁。壩頂、底及各個高程的厚度；上下游面曲線的方程。龍羊峽 白山 風(fēng)灘 響洪甸(1) 壩頂厚度Tc 壩頂厚度Tc基本上代表了頂拱的剛度。 a.加大壩頂厚度不僅能改善壩體上部下游面的應(yīng)力狀態(tài)，還能改善梁底上游面應(yīng)力，有利于降低壩踵拉應(yīng)力; b.壩頂厚度應(yīng)根據(jù)剖面設(shè)計確定，并滿足運行交通要求，一般不小于3m， 初擬時，可先按下列經(jīng)驗公式估算： Tc=0.01H+（0.0120.024）L1(2) 壩底厚度TB 壩底厚度TB是表征拱壩厚薄的一項指標(biāo)，主要取決于壩高、壩型、河谷形狀等。設(shè)計時可參考已建成的壩高和河谷形狀大致相近的拱壩來初步擬定，再通過計算和修改布置定出

25、合適的尺寸。作為拱壩優(yōu)化的初始方案，壩底厚度可用下式估算： TB= 對于一般的雙曲拱壩，為近似確定上游面曲線，設(shè)并滿足： 當(dāng) y = 0 時，Z = 0當(dāng) y = H 時，當(dāng) 時,式中 、 為經(jīng)驗系數(shù)，通?？扇?=0.600.65=0.30.64、拱壩的型式厚高比TB/H壩體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征水平拱圈的形式水平拱的厚度變化清江隔河巖拱壩（）按厚高比分厚拱壩中厚拱壩薄拱壩厚高比 拱壩的型式 （2）按壩體形態(tài)分按照拱壩的拱弧半徑和拱中心角，可將拱壩分為：單曲拱壩（singlecurvature arch dam）雙曲拱壩（doublecurvature arch dam）中心角的影響: 中心角大一些,

26、拱圈厚度小一些, 拱圈內(nèi)力小一些, 因此適當(dāng)加大中心角是有利的. 但過大的中心角將使拱端弧面的切線與河岸等高線的夾角變小,降低拱座的穩(wěn)定形性.單曲拱壩（singlecurvature arch dam）定義：只在水平截面上呈拱形，懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。適用：接近矩形或較寬的梯形、U型河谷。特點：施工簡單，便于布置進(jìn)水孔和泄水孔及其設(shè)備；當(dāng)河谷上寬下窄時，降低拱的作用，加大壩體厚度，不經(jīng)濟，工程量大。定外半徑定中心角拱壩（U型河谷）（僅下游弧面半徑改變） 等外半徑等中心角拱壩(U)等外半徑變內(nèi)中心角拱壩對于底部狹窄的“V”字形河谷適用。此時，各層拱圈自拱冠向拱端逐漸變厚。雙曲拱壩（doub

27、lecurvature arch dam）定義：在水平和鉛直截面上都呈拱形。特點：懸臂梁兼有垂直拱的作用，對降低壩體拉應(yīng)力有利。在水壓力作用下，雙曲拱壩中部垂直梁的應(yīng)力是上游面受壓，下游面受拉，與自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力相反，可相互抵消雙曲拱壩變外半徑等中心角 對底部狹窄的“V”字形河谷，宜將各層拱圈外半徑,由上至下逐漸減小，可大大減少壩體方量。特點：拱壩應(yīng)力條件較好，梁呈彎曲形狀,兼有拱的作用, 更經(jīng)濟，但有倒懸出現(xiàn)，設(shè)計及施工較復(fù)雜，對“V”、“U”型河谷都適用.變外半徑變圓心 讓梁截面也呈彎曲形狀，因此懸臂梁也具有拱的作用；這種形式更能適應(yīng)“V”、梯形及其他形狀的河谷，布置更加靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施

28、工難度大。特點：應(yīng)力狀態(tài)盡一步改善，節(jié)省工程量，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，施工難度更大，被廣泛采用。（三）按壩的結(jié)構(gòu)分拱座嵌固的拱壩最常用設(shè)周邊縫的拱壩改善受力條件空腹拱壩壩體較厚時，壩身內(nèi)設(shè)空腔有重力墩的拱壩在壩的兩岸端部設(shè)重力墩，保證壩肩穩(wěn)定（三）溢流布置泄洪消能與重力壩相同的問題： 泄洪型式選擇 孔口尺寸及布置 體形設(shè)計 泄洪能力 消能防沖 高速水流的問題拱壩特有的問題：單薄 a、不能形成完整的溢流面產(chǎn)生新的型式 b、 壩體削弱 c、 泄水振動曲線向心集中產(chǎn)生新的消能型式 高低坎及平面對沖消能拱壩一般地處高山峽谷 要解決廠泄?fàn)幬患靶购闆_刷岸坡的問題。溢流方式1、壩頂溢流布置跌流挑流滑雪道式2、壩身泄

29、水中孔底孔1、壩頂溢流布置跌流、挑流、滑雪道式。壩頂?shù)鹘Y(jié)構(gòu)最簡單，多用于單寬流量較小的拱壩。下跌水流落點據(jù)壩址較近，壩下沖刷容易危及壩基，需有較好的基巖、較深的水墊，并應(yīng)經(jīng)常采取保護(hù)措施。湖南半江拱壩壩頂挑流溢流堰頂適當(dāng)向上下游懸臂挑出。挑流落水點較跌流遠(yuǎn)，但離壩仍近，仍需有一定的水墊，必要時采取河床底部的防沖措施，單寬流量仍需加以限制。流溪河拱壩滑雪道式挑流適用于下泄流量較大，要求下泄水流落點遠(yuǎn)離壩址，或利用廠房頂溢流的拱壩。我國已建的烏江渡重力拱壩、東江拱壩、緊水灘拱壩等都采用了這種形式。烏江渡拱壩2、壩身泄水按其在壩身高度上的相對位置分中孔、底孔兩種。中孔在壩身的中、上部；其特點是當(dāng)庫

30、水位低時仍有一定泄流能力。底孔設(shè)置在壩身底部，用來放空水庫、沖沙排淤、輔助泄洪及施工導(dǎo)流等。（四）壩體分縫1、類型：（1）收縮縫：防止裂縫而設(shè)的臨時縫。 橫縫 縱縫（2）結(jié)構(gòu)縫：改善壩體應(yīng)力而設(shè)的永久性縫。 周邊縫 底縫（3）施工縫：施工中砼的澆筑面。2、收縮縫橫縫、縱縫是為散熱、降低溫度應(yīng)力。均要水泥灌漿，保證壩體成為一個整體。（1）橫縫一般徑向布置，橫縫間距一般為1520m，橫縫內(nèi)應(yīng)設(shè)鍵槽。（2）斷面較薄，可不設(shè)縱縫。當(dāng)壩體厚度大于4050m時，則需設(shè)置縱縫。各壩段間的縱縫在平面上宜錯開。龍羊峽拱壩縱縫布置圖 （五） 拱端布置原則：保證拱端能很好地嵌入堅實的基巖，有充分的巖體承受施加的荷載

31、，并應(yīng)考慮巖石內(nèi)節(jié)理的傾向,以保證在各種荷載條件下壩肩的穩(wěn)定。全徑向拱座：每層拱圈的兩拱端與巖基的接觸原則上應(yīng)做成全徑向拱座，使拱端推力接近垂直于拱座面，以減小向下游滑動的剪力。* 半徑向拱座：當(dāng)采用全徑向拱座使上游側(cè)可利用巖體開挖過多時，此時可采用1/2徑向拱座?？可嫌蝹?cè)的拱座面與基準(zhǔn)面的交角應(yīng)大于等于10。* 非徑向拱座：當(dāng)采用全徑向拱座使下游側(cè)可利用巖體開挖過多時，可采用非徑向拱座，此時拱座面與基準(zhǔn)面的夾角應(yīng) 80。（六） 拱壩布置的步驟 確定可利用巖石等高線 選定壩型：由L/H確定T/H（薄、中、厚拱壩）河谷形狀單、雙曲地形、地質(zhì)等綜合平面拱形式 尺寸初擬； 倒懸度及壩面光滑度檢查；

32、應(yīng)力、穩(wěn)定校核； 壩體方量計算，方案比較。封拱拱壩是分塊澆筑的，為了使其發(fā)揮拱的作用，用灌漿的方式將各澆筑塊連接起來的工程措施。單曲拱壩 可施工到壩頂而后封拱，由梁承擔(dān)；雙曲拱壩 需邊施工邊封拱（可以蓄水），拱梁共同承擔(dān)。3.3 土石壩 土石壩是指由土、石料等當(dāng)?shù)夭牧辖ǔ傻膲?，也叫?dāng)?shù)夭牧蠅?，是歷史最為悠久的一種壩型。土石壩是世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。世界上興建的百米以上的高壩中，土石壩比例達(dá)到75%。其主要優(yōu)點是：可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地外線運輸量；能適應(yīng)各種不同地形、地質(zhì)和氣候條件，任何不良壩址地基，經(jīng)處理后均可筑壩，特別對氣候惡劣、工程地質(zhì)

33、條件復(fù)雜和高地震烈度區(qū)的情況，土石壩是最適宜的壩型。 世界最高的土石壩：羅貢壩(335m，塔吉克斯坦)中國最高的土石壩：小浪底(154m)（中國建成的最高面板堆石壩，清江水布埡， 233m）小浪底土石壩-119-結(jié)構(gòu)特點：散粒體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定靠土體的抗剪強度來控制；只會出現(xiàn)局部滑動而失穩(wěn)，不會出現(xiàn)整體滑動失穩(wěn)或傾覆失穩(wěn)問題；坡度大，斷面大，體積大。優(yōu)點：1 筑壩材料就地取材，造價低；2 適應(yīng)地基變形能力強；3 施工方法靈活，技術(shù)簡單；4 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維護(hù)方便。缺點：1 壩頂不能溢流；2 施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便；3 粘土防滲體施工受氣候影響。二、 土石壩的類型按施工方法分：（1）碾壓式土石

34、壩應(yīng)用最多（2）拋填式堆石壩（3）定向爆破堆石壩（4）水中填土壩廣東南水定向爆破堆石壩(81.3m)按土石料在壩體中的配置及防滲設(shè)施位置和材料分：（1）均質(zhì)壩 絕大部分由一種土料組成（2）分區(qū)壩 由不同滲透特性的料區(qū)組成分區(qū)壩：心墻壩 把防滲體放在壩體中部，斷面比均質(zhì)壩小。斜墻壩 把防滲體放在靠近上游壩面處，有效降低壩體浸潤線，但適應(yīng)地基變形的能力比心墻壩差。易產(chǎn)生縱向裂縫，抗震性能不如心墻壩。土石混合壩 土石各占相當(dāng)比例；越靠近防滲體，土料性能越接近防滲體。土質(zhì)材料心墻壩 人工材料心墻壩土質(zhì)材料斜墻壩 人工材料斜墻壩斜 心 墻 壩-128-岳城土壩以禮河毛家村水電站（云南會澤，以禮河）主壩壩

35、型為粘土心墻土石壩，最大壩高80.5m，壩頂長度467m，主要泄洪方式為隧洞。以禮河土石壩岳城水庫（河北磁縣，漳河）主壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高53m，壩頂長度3570m。主要泄洪方式岸邊溢洪道，大壩特點是壩下泄洪洞（涵管）。小浪底土石壩小浪底土石壩各種壩型的優(yōu)缺點（1）均質(zhì)壩與分區(qū)壩比較 均質(zhì)壩：施工簡單，適合于低壩; 分區(qū)壩：兼用粘性土與無粘性土的優(yōu)點，用于高壩能節(jié)省工程量，縮短工期，但構(gòu)造和施工比均質(zhì)壩復(fù)雜。（2）心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩比較 心墻壩 優(yōu)點：由壩身沉降導(dǎo)致的防滲體裂縫可能性較小，心墻與壩基及兩岸防滲結(jié)合好。 缺點：心墻與壩體需同步施工，相互干擾。 斜墻壩 優(yōu)缺點與心墻壩相

36、反。 斜心墻壩 綜合心墻壩和斜墻壩的優(yōu)點，克服心墻壩可能產(chǎn)生的拱效應(yīng)和斜墻壩對變形敏感，對改善壩體應(yīng)力狀態(tài)、避免裂縫有利。代表性的工程：淮河上游河南省境內(nèi)的石漫灘、板橋、白沙、薄山、南灣等水庫大壩；北方有永定河上的官廳水庫，遼寧渾河上的大伙房水庫大壩等。唯一的一座堆石壩是獅子灘工程（鋼筋混凝土斜墻壩）。 代表性工程：均質(zhì)土壩：松濤水庫大壩（海南，80.1m）、岳城水庫大壩（河北，53m）等；心墻壩：碧口水電站大壩（甘肅，101.8m），毛家村水電站大壩（云南，82.5m）等；斜墻壩：密云水庫白河主壩（北京，66.4m）等；定向爆破壩：南水水電站大壩（廣東，80.2m），石砭峪水庫大壩（陜西，8

37、2.5m）等。 最具代表性的工程：天生橋一級水電站的混凝土面板堆石壩(178m)黃河小浪底水利樞紐的土質(zhì)斜心墻堆石壩(154m)天生橋一級小浪底大型土石壩樞紐名稱省份河流壩型最大壩高（m）糯扎渡 云南瀾滄江 心墻堆石壩258 瀑布溝 四川大渡河心墻堆石壩186（2009）苗家壩 甘肅白龍江面板堆石壩111三板溪 貴州清水江面板堆石壩185.5 （2006）洪家渡 貴州六沖河面板堆石壩179.5 （2004）水布埡面板堆石壩（2009，233m ）-137-四、 土石壩的工作特點和設(shè)計要求散粒體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致以下問題：（1）穩(wěn)定問題（2）滲流問題（3）沉降問題（4）沖刷問題（5）凍害、冰害、地震等（

38、1）穩(wěn)定問題壩體為散粒結(jié)構(gòu)，抗剪強度低，易滑動。土石壩的失穩(wěn)一般是壩坡滑動或壩坡連同地基一起滑動的剪切破壞（特有）。設(shè)計要求：應(yīng)保證在施工期和各種可能的工作條件下都是穩(wěn)定的。（2）滲流問題散粒體結(jié)構(gòu)，在上下游水位差作用下經(jīng)壩體和地基向下游滲透，產(chǎn)生滲透壓力和滲透變形，嚴(yán)重時會導(dǎo)致壩體失事。-140-1）浸潤面滲透水流穿過壩體，在土體中形成的自由面稱浸潤面。2）浸潤線土石壩橫斷面和浸潤面的交線稱浸潤線。-141-3）飽和區(qū)、濕區(qū)、干區(qū)飽和區(qū)：土體受上浮力和滲透水壓力，在荷載作用下可能滑動倒塌。濕區(qū)：毛細(xì)水，處于變化中。干區(qū)：干燥，可能出現(xiàn)裂縫。-142-4）滲流的主要危害 滲漏； 減輕土體有效重

39、力，降低摩擦角及凝聚力，滲透動水壓力，增加滑坡的可能； 滲透變形：土石壩及地基中的滲流，由于物理和化學(xué)作用，土體顆粒流失，導(dǎo)致土壤發(fā)生局部破壞，稱為滲透變形。5）常見滲透變形的型式 管涌、流土； 接觸流失、接觸沖刷等。 -143-管涌：壩體或地基中的土壤細(xì)顆粒被滲透水流帶走，并逐步形成滲流通道的現(xiàn)象。在缺乏中間粒徑的非粘性土中極易發(fā)生。流土：滲透坡降足夠大時，滲流出逸處的土體被掀動浮起的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在粘性土及均勻非粘性土體的滲流出口處。-144-接觸流失：滲流垂直于滲透系數(shù)相差較大的接觸面流動時，將滲透系數(shù)較小土層中的細(xì)顆粒帶入滲透系數(shù)較大的另一土層。接觸沖刷：當(dāng)滲流沿粗細(xì)兩種土層的接觸面

40、或建筑物與地基的接觸面流動時，沿層面帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象。設(shè)計要求：按“上堵下排”的的原則采取有效防滲、排水措施。-146-（3）沉降問題土粒間存在孔隙，土體顆粒之間易產(chǎn)生相對位移，在壩體自重和水壓力作用下，土石壩會有明顯的沉降變形。危害： 引起擋水高度不足； 不均勻沉降使壩體開裂，威脅壩安全。設(shè)計要求： 確定壩頂高程時考慮所有可能的沉降； 可能產(chǎn)生不均勻沉降的結(jié)構(gòu)部位提出措施。-147-（4）沖刷問題土顆粒間的凝聚力很小，其抗沖能力很低。當(dāng)洪水漫過壩頂時，水流必然會攜帶土粒流失，從而引起壩體局部破壞或整體潰決。例如，1975年8月，我國淮河上游兩座土壩，因溢洪道泄洪能力不足發(fā)生洪水漫頂而潰壩。

41、由于波浪的作用，必然導(dǎo)致坡面土料的流失和坍塌，削弱壩體剖面尺寸，對壩體穩(wěn)定不利。設(shè)計要求： 壩頂應(yīng)有足夠的超高，不允許漫頂； 上下游壩面和壩頂需采取保護(hù)措施，保證壩體安全。-148-（5）其他問題 冰壓力 冬天凍融，夏天干裂 動物破壞 地震，粉砂地基的振動液化設(shè)計要求：對上下游壩坡和壩頂采取有效防護(hù)措施，設(shè)計出良好的護(hù)坡及壩頂結(jié)構(gòu)；控制粉砂密實度，防止液化。206座土石壩事故原因分析破壞原因占總潰壩的比例洪水漫頂30 %滲透破壞38 %滑 坡15 %護(hù) 坡5 %其 它7 %原因不明5 %二 土石壩的剖面設(shè)計和構(gòu)造一、土石壩剖面的基本尺寸二、壩體防滲設(shè)施三、壩體排水設(shè)備四、護(hù)坡和壩頂構(gòu)造一、土石

42、壩剖面的基本尺寸基本剖面： 是梯形，應(yīng)滿足擋水、邊坡穩(wěn)定和防滲要求。主要構(gòu)造： 包括： 壩身、防滲體、排水設(shè)施、護(hù)坡?；境叽纾?壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩面坡度、防滲和排水設(shè)施的輪廓尺寸。壩頂高程在靜水位以上應(yīng)有足夠的超高，超高值按下式計算 ：1、壩頂高程R波浪爬高；e風(fēng)雍高度；A安全加高2、壩頂寬度根據(jù)壩高、構(gòu)造施工、交通和防汛搶險要求確定。如無特殊要求，中低壩頂寬可為5-10m，高壩可為10-15m。滿足心墻或斜墻頂部及反濾層布置厚度要求。3、壩坡影響壩坡的主要因素： 壩型、壩高、筑壩材料的性質(zhì)、地質(zhì)條件及地震等。壩型心墻壩上游坡一般比同等條件下的斜墻壩陡，下游坡則相反。壩高壩高超過10-30m時，可從上到下分級放緩，變坡處設(shè)馬道。每隔15-20m變坡一次。地質(zhì)條件地質(zhì)條件較差時，坡度應(yīng)緩些。當(dāng)上、下游坡為同一種土料時，上游坡應(yīng)比下游坡緩。155 土石壩壩體防滲設(shè)施根據(jù)材料可分為：1、人工材料防滲體：瀝青砼，鋼筋砼2、土質(zhì)防滲體土質(zhì)心墻土質(zhì)斜墻斜心墻粘土鋪蓋 二、壩體防滲設(shè)施156土質(zhì)心墻：位置：位于壩體中央或稍偏上游；材料：透水性很小的粘土或壤土；厚度：自上而下逐漸加厚，底部厚度