《拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》課件

《拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》本課件介紹拱壩設(shè)計(jì)的基本原則和規(guī)范。目錄第一章概述拱壩的定義拱壩的分類拱壩的優(yōu)缺點(diǎn)第二章拱壩設(shè)計(jì)基本理論拱壩受力分析拱壩結(jié)構(gòu)計(jì)算拱壩穩(wěn)定性分析第三章拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則混凝土拱壩設(shè)計(jì)砌石拱壩設(shè)計(jì)拱壩的組合形式第四章拱壩施工技術(shù)拱壩基礎(chǔ)處理拱壩混凝土澆筑拱壩砌石施工拱壩的定義和分類拱壩定義拱壩是一種利用拱形結(jié)構(gòu)承受水壓力，將水壓力傳遞到兩岸巖石上的水壩?；炷凉皦位炷凉皦我曰炷翞橹饕牧希乾F(xiàn)代水利工程中最常見(jiàn)的拱壩形式。砌石拱壩砌石拱壩以石塊為主要材料，通常用漿砌或干砌的方式建造。拱壩的主要特點(diǎn)11.結(jié)構(gòu)薄拱壩的結(jié)構(gòu)非常薄，其厚度通常遠(yuǎn)小于壩高，這使得拱壩具有較小的材料消耗和施工量。22.優(yōu)美挺拔拱壩的結(jié)構(gòu)通常呈現(xiàn)出弧形或曲線形狀，使其外觀優(yōu)美挺拔，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。33.抗震性能好拱壩的結(jié)構(gòu)能夠有效地吸收地震波的能量，并將其傳遞到周圍的巖石中，從而提高拱壩的抗震性能。44.可節(jié)約土地拱壩的占地面積較小，能夠有效地節(jié)約土地資源。拱壩受力分析與計(jì)算1荷載分析拱壩承受水壓力、自重、冰壓力、地震力等荷載。分析荷載的分布規(guī)律和大小，并將其分解到拱壩各個(gè)截面上。2力學(xué)模型建立拱壩的力學(xué)模型，考慮材料特性、邊界條件和荷載作用，運(yùn)用有限元法或其他方法進(jìn)行分析。3應(yīng)力計(jì)算根據(jù)荷載和力學(xué)模型，計(jì)算拱壩內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，包括最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、應(yīng)力集中區(qū)域等。4變形計(jì)算分析拱壩在荷載作用下的變形情況，包括水平位移、垂直位移和旋轉(zhuǎn)角度，確保變形在安全范圍內(nèi)。5穩(wěn)定性分析評(píng)估拱壩的整體穩(wěn)定性，包括抗滑、抗傾覆、抗浮和抗開(kāi)裂等方面的分析，確保拱壩能夠安全運(yùn)行。拱壩抗壓承載能力拱壩的抗壓承載能力是拱壩設(shè)計(jì)中最重要的指標(biāo)之一?？箟撼休d能力指的是拱壩抵抗自身重量和水壓力等荷載的能力，它直接影響著拱壩的穩(wěn)定性和安全性。拱壩的抗壓承載能力主要取決于拱壩的材料強(qiáng)度、幾何形狀、支座條件以及周圍地質(zhì)條件等因素。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，可以有效地提高拱壩的抗壓承載能力，確保其長(zhǎng)期安全運(yùn)行。拱壩抗滑承載能力拱壩抗滑承載能力是指拱壩在水壓力和地震力等外力作用下，抵抗滑動(dòng)的能力。拱壩的抗滑能力主要取決于壩基的強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，以及拱壩自身的重量和形狀。1.5安全系數(shù)拱壩抗滑安全系數(shù)一般應(yīng)不小于1.5。20摩擦角壩基與基礎(chǔ)之間的摩擦角應(yīng)不小于20度。10抗滑穩(wěn)定性拱壩的抗滑穩(wěn)定性應(yīng)通過(guò)計(jì)算和模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。拱壩抗傾覆承載能力抗傾覆能力拱壩結(jié)構(gòu)抵抗傾覆力的能力影響因素水壓、壩體自重、地震力計(jì)算方法基于力矩平衡原理安全系數(shù)保證壩體安全穩(wěn)定拱壩抗浮承載能力拱壩抗浮能力是指壩體抵抗水浮力的能力，是拱壩安全的重要指標(biāo)之一。拱壩的抗浮能力主要取決于壩體的重量、壩基的穩(wěn)定性、壩體的形狀等因素。一般來(lái)說(shuō)，拱壩的抗浮能力隨著壩體重量的增加而增加，隨著壩基的穩(wěn)定性下降而下降，隨著壩體形狀的改變而改變。混凝土拱壩抗開(kāi)裂安全性開(kāi)裂原因混凝土收縮、溫度變化、荷載作用都會(huì)造成開(kāi)裂。開(kāi)裂危害開(kāi)裂會(huì)降低壩體強(qiáng)度，影響壩體安全，并可能造成滲漏?？归_(kāi)裂措施合理的材料配比，控制溫度應(yīng)力，采用抗裂措施，如裂縫控制網(wǎng)?；炷凉皦螠囟葢?yīng)力分析1溫度變化混凝土拱壩受環(huán)境溫度變化影響，產(chǎn)生熱脹冷縮2溫度梯度壩體內(nèi)部溫度不均勻，產(chǎn)生溫度應(yīng)力3應(yīng)力分析計(jì)算溫度應(yīng)力大小，評(píng)估對(duì)拱壩安全的影響4設(shè)計(jì)優(yōu)化根據(jù)溫度應(yīng)力分析結(jié)果，優(yōu)化拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土拱壩溫度應(yīng)力分析是確保拱壩安全的重要環(huán)節(jié)?；炷潦墉h(huán)境溫度變化影響，產(chǎn)生熱脹冷縮。壩體內(nèi)部溫度不均勻，也會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。通過(guò)計(jì)算溫度應(yīng)力的大小，可以評(píng)估其對(duì)拱壩安全的影響，并根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。砌石拱壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)拱壩形狀設(shè)計(jì)拱壩形狀設(shè)計(jì)應(yīng)確保拱壩受力合理，并滿足抗滑、抗傾覆、抗浮等要求。砌石材料選擇選用高強(qiáng)度的砌石材料，確保砌石拱壩的耐久性和穩(wěn)定性。拱壩施工工藝采用分層砌筑、灌漿、壓實(shí)等工藝，確保砌體密實(shí)，防止出現(xiàn)空洞和裂縫。拱壩安全監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，確保拱壩安全。砌石拱壩材料要求石料強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性強(qiáng)、易于加工、運(yùn)輸方便砂漿強(qiáng)度高、抗凍性好、耐久性強(qiáng)，與石料具有良好的粘結(jié)性施工工藝砌筑工藝嚴(yán)格、質(zhì)量控制到位，確保砌石拱壩的整體穩(wěn)定性砌石拱壩構(gòu)造設(shè)計(jì)11.砌體結(jié)構(gòu)砌石拱壩的砌體結(jié)構(gòu)是核心，保證穩(wěn)定性和耐久性。22.拱圈設(shè)計(jì)拱圈是承受水壓力和自身重量的主要結(jié)構(gòu)，采用合理的拱圈形狀和尺寸。33.泄洪設(shè)施泄洪設(shè)施包括溢洪道和泄洪洞，保證洪水安全泄洪。44.防滲處理采用防滲層和排水設(shè)施，防止水滲漏，確保壩體安全。重力壩與拱壩比選工程地質(zhì)條件重力壩適用于地基堅(jiān)固，抗滑穩(wěn)定性好的壩址，而拱壩則適合于山區(qū)峽谷地形的狹窄河谷，有利于發(fā)揮拱形結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。經(jīng)濟(jì)因素重力壩造價(jià)相對(duì)較高，但施工相對(duì)簡(jiǎn)單，而拱壩造價(jià)相對(duì)較低，但施工技術(shù)要求較高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重力壩主要依靠自身的重量來(lái)抵抗水壓力，而拱壩則主要依靠拱形的力學(xué)特性來(lái)抵抗水壓力。施工難度重力壩施工相對(duì)簡(jiǎn)單，而拱壩施工技術(shù)要求較高，需要精確控制拱形結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀。拱壩與重力壩的組合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)將拱壩和重力壩的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，提高壩體的穩(wěn)定性和安全性。例如，在山谷狹窄、地形陡峭的情況下，可以采用拱壩與重力壩的組合，充分利用拱壩的抗滑能力和重力壩的抗傾覆能力。經(jīng)濟(jì)效益相比單獨(dú)的拱壩或重力壩，組合壩型可以節(jié)省工程造價(jià)，提高工程效率。例如，在基礎(chǔ)巖層較差的情況下，可以采用部分重力壩基礎(chǔ)，減少拱壩的受力范圍，降低施工難度和成本。拱壩基礎(chǔ)處理要求基礎(chǔ)巖石清理基礎(chǔ)巖石清理是拱壩基礎(chǔ)處理的第一步，需清除風(fēng)化、破碎、松散巖石?；A(chǔ)巖石灌漿灌漿可增加巖石強(qiáng)度，降低滲透性，改善基礎(chǔ)巖體質(zhì)量?；A(chǔ)地基處理對(duì)于軟弱地基，需進(jìn)行地基處理，例如置換、加固等措施。混凝土拱壩施工工藝混凝土拱壩施工工藝復(fù)雜，對(duì)技術(shù)要求較高。施工前需做好充分的準(zhǔn)備工作，確保施工安全和工程質(zhì)量。1準(zhǔn)備階段施工圖紙審查、技術(shù)交底、材料準(zhǔn)備、施工機(jī)械準(zhǔn)備2基礎(chǔ)處理基坑開(kāi)挖、基礎(chǔ)處理、排水系統(tǒng)建設(shè)3混凝土澆筑混凝土配合比設(shè)計(jì)、澆筑工藝選擇、養(yǎng)護(hù)措施4拱壩合攏合攏段施工、預(yù)應(yīng)力張拉、整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢測(cè)5竣工驗(yàn)收工程質(zhì)量驗(yàn)收、安全檢測(cè)、運(yùn)行調(diào)試砌石拱壩施工工藝基礎(chǔ)開(kāi)挖基礎(chǔ)開(kāi)挖應(yīng)平整，確保排水良好，防止?jié)B漏。砌石準(zhǔn)備砌石材料必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，確保強(qiáng)度和耐久性。砌石施工砌石應(yīng)分層鋪設(shè)，確保密實(shí)，防止空鼓。灌漿灌漿應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，確保砌石之間緊密連接，提高壩體的整體性。養(yǎng)護(hù)砌石壩建成后，需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止壩體出現(xiàn)裂縫。拱壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)拱壩的位移、沉降和傾斜等變形信息，判斷壩體穩(wěn)定性。使用全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)拱壩內(nèi)部的應(yīng)力變化，判斷壩體承受壓力和安全裕度。使用應(yīng)變計(jì)、壓力計(jì)、埋置式傳感器等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。滲漏監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)拱壩的滲漏情況，判斷壩體防水性能。使用滲漏儀、水位計(jì)、流量計(jì)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。裂縫監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)拱壩的裂縫出現(xiàn)和發(fā)展情況，判斷壩體結(jié)構(gòu)完整性。使用裂縫計(jì)、圖像識(shí)別技術(shù)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。拱壩安全評(píng)估與除險(xiǎn)加固11.定期監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)拱壩結(jié)構(gòu)的變形、位移、應(yīng)力、應(yīng)變和滲漏情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。22.安全評(píng)估根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行評(píng)估，判斷拱壩的安全性，并制定相應(yīng)的安全措施。33.除險(xiǎn)加固對(duì)存在安全隱患的拱壩進(jìn)行加固，提高其抗震、抗滑、抗?jié)B和抗浮能力。44.維修保養(yǎng)定期對(duì)拱壩進(jìn)行維修保養(yǎng)，延長(zhǎng)其使用壽命，確保安全運(yùn)行。拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)用案例拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用，為保證拱壩的安全性，合理性，科學(xué)性提供了重要的指導(dǎo)。在不同壩址條件下，拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保壩體結(jié)構(gòu)的可靠性。例如，在高地震烈度地區(qū)，拱壩設(shè)計(jì)需要考慮地震力的影響，采用抗震設(shè)計(jì)方法，提高拱壩的抗震能力。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，拱壩設(shè)計(jì)需要根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，優(yōu)化壩體結(jié)構(gòu)，避免地質(zhì)缺陷的影響。壩址選擇與地質(zhì)勘察地形地貌選擇地形開(kāi)闊、地質(zhì)條件較好的區(qū)域。水文條件考慮水源充足，水位穩(wěn)定，水流平穩(wěn)。地質(zhì)條件巖體完整，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，便于開(kāi)挖施工。壩址選擇的主要因素地形地貌條件壩址地形應(yīng)有利于壩體布置，壩基應(yīng)堅(jiān)固穩(wěn)定，且河谷形狀適合拱壩布置。地質(zhì)條件壩基巖體質(zhì)量好，抗壓強(qiáng)度高，抗剪強(qiáng)度高，裂隙發(fā)育程度低，滲透性低，穩(wěn)定性高，并能滿足壩體穩(wěn)定和防滲要求。水文條件水文條件有利于水庫(kù)蓄水和泄洪，保證水庫(kù)水位和流量滿足設(shè)計(jì)要求。社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件考慮壩址所在地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，盡量避免對(duì)環(huán)境和社會(huì)造成負(fù)面影響。地質(zhì)勘察的重點(diǎn)內(nèi)容地質(zhì)條件巖層類型、巖體完整性、巖體結(jié)構(gòu)、巖體強(qiáng)度、巖體風(fēng)化程度、巖體破碎程度、巖體滲透性、巖體變形性、巖體穩(wěn)定性、巖體抗剪強(qiáng)度、巖體抗壓強(qiáng)度、巖體抗拉強(qiáng)度等。水文地質(zhì)條件地下水類型、地下水埋藏深度、地下水補(bǔ)給來(lái)源、地下水徑流方向、地下水位變化、地下水化學(xué)成分、地下水對(duì)工程的影響等。水文氣象設(shè)計(jì)資料獲取降雨量數(shù)據(jù)包括歷史降雨量，降雨強(qiáng)度，降雨持續(xù)時(shí)間，以及降雨頻率。降雪量數(shù)據(jù)包括歷史降雪量，降雪強(qiáng)度，降雪持續(xù)時(shí)間，以及降雪頻率。水文數(shù)據(jù)包括流量，水位，泥沙含量，以及水溫等數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)包括風(fēng)速，風(fēng)向，氣溫，濕度，以及日照時(shí)間等數(shù)據(jù)。壩址工程地質(zhì)條件分析地質(zhì)構(gòu)造分析壩址區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，例如斷層、褶皺、巖層產(chǎn)狀等，判斷壩址的穩(wěn)定性。巖土類型識(shí)別壩址區(qū)域的巖土類型，評(píng)估其強(qiáng)度、抗風(fēng)化能力、滲透性等，為壩體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。水文地質(zhì)條件分析壩址區(qū)域地下水分布、水位變化、滲透性等，評(píng)估對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響。地震安全性評(píng)估壩址區(qū)域地震活動(dòng)水平，分析地震對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的影響，確保壩體安全。壩址工程地質(zhì)條件評(píng)估1地基穩(wěn)定性評(píng)估地基的穩(wěn)定性、抗滑性和抗震能力。分析地基巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和抗剪強(qiáng)度，以確保拱壩的穩(wěn)定性。2滲透性評(píng)估地基的滲透性，確定壩基巖體的滲透系數(shù)和地下水位，為拱壩的防滲設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3