拱坝的材料和坝体构造课件

,第八节 拱坝的材料和坝体构造,拱坝对材料的要求和材料的分区,（一）拱坝的材料和对材料的要求,混凝土应严格保证设计规范对强度、抗渗、抗冻、低热、抗冲刷和抗侵蚀等方面的要求。,(1),坝体混凝土的极限抗压强度一般以,90d,或,180d,龄期强度为准，极限抗拉强度一般取极限抗压强度的,1,10,1,15,。此外，还应注意混凝土的早期强度，控制表层混凝土,7d,龄期的标号不低于,C,10,号，以确保早期的抗裂性。高坝近地基部分混凝土的,90d,龄期标号不得低于,C,25,号，内部混凝土,90d,龄期不低于,C,20,号。,(2),保证抗渗性、抗冻性和低热等方面的要求。为此，对坝体混凝土的水灰比必须严格控制，对较高的拱坝，坝体外部混凝土的水灰比应限制在,0.45,0.5,的范围内，内部可为,0.6,0.65,。在承受高速水流和挟沙水流冲刷的部位，混凝土应具有很好的抗磨性。用水灰比低的、振捣密实并表面抹光的混凝土，抗磨性能较高。实践证明，水灰比大于,0.55,的混凝土，抗磨性能常不能满足要求。,(,二）对拱坝混凝土材料的分区要求,对混凝土拱坝来说，也可以根据拱坝材料所处的位置、使用要求、应力情况把拱坝分为不同的区域，对不同区域的混凝土材料提出不同的要求，充分发挥材料的性能，真正作到物尽其用，发挥最大经济效益。,对于高拱坝或较厚的重力拱坝，由于应力有较大的差异，拱端应力可能比坝中部应力大许多，可考虑拱端与坝的中部强度等级不同，可在坝体内部、外部和拱端分别采用不同标号的混凝土，拱端应力较大，可提高标号，坝体内部应力较低，可用较低标号,同一仓面内最多用两种强度等级混凝土，每一强度等级最小宽度一般不小于,2m,，以利于施工,抗震要求，坝体中、上部是高应力区，在考虑混凝土标号分区时应予以注意溢流面及孔管内壁的泄洪消能部位，可根据需要，需设有专门的面层，提高混凝土强度等级、提出抗渗、抗冲刷等要求，并注意提高其抗磨性和抵抗自然作用的抗风化性,拱坝坝内主要构造,（一）拱坝分缝与接缝处理,（,1,）拱坝分缝,拱坝是空间整体结构，为便于施工期间混凝土散热和降低收缩应力，同时为了适应混凝土的浇铸能力，减少地基对坝体约束的影响，防止混凝土产生裂缝，控制裂缝发生的位置和发展方向，拱坝坝体需要分段浇筑，各段之间必然设有收缩缝，在坝体混凝土冷却到年平均气温以下或左右，混凝土充分收缩后，再用水泥浆封填，以保证坝的整体性。,拱坝坝缝按位置可分为横缝、纵缝、水平浇筑缝、坝身缝、坝踵缝、底缝、周边缝等；按作用可分为收缩缝,(,即纵横缝,),、防止传力的坝身,“,切缝,”,；按存在时间的长短，可分为永久缝和临时缝。收缩缝、水平浇筑缝为临时缝。某些坝身,“,切缝,“,、坝踵缝、底缝和周边缝为永久缝。,（,2,）拱坝的横缝,横缝是半径向的，间距一般取,15,20m,，也有略大于,20m,的。在变半径的拱坝中，为了使横缝与半径向一致，必然会形成一个扭曲面。有时为了简化施工，对不太高的拱坝也可以中间高程处的径向为准，仍用铅直平面来分缝。横缝底部缝面与建基面或垫座面的夹角不得小于,60,。，并应尽可能接近正交。缝内设铅直向的梯形键槽，以提高坝体的抗剪强度。横缝上游侧应设置止水片，止水片可与上游止浆片结合。,在一定的条件下，也可将横缝的一部分保持为永久性的明缝。当近拱端有一岸或两岸自坝顶到某一高程范围内的地质条件很差，不足以承担拱端的巨大推力时，可将这一范围内的横缝保持为永久缝，,（,3,）拱坝的纵缝,拱坝厚度较薄，一般可不设纵缝，对厚度大于,40m,的拱坝时，可考虑设计纵缝。纵缝基本上平行于坝轴线布置，其作用主要是防止混凝土沿上下游方向收缩而产生裂缝。相邻坝块间的纵缝应错开，纵缝的间距约为,20,40m,。为方便施工，一般采用铅直纵缝，到缝顶附近应缓转与下游坝面正交，避免浇筑块出现尖角。,国外的双曲拱坝的纵缝只设一道，并由基底布置至一定高程即中断。国内的双曲拱坝由于底宽都不很大因而不设纵缝。应该指出，随着混凝土施工技术的不断改进，即使坝体厚度超过了规范规定的,40,米，也常采用加强混凝土温控措施通仓浇铸的办法避免设置纵缝，如我国的二滩电站的双曲拱坝，拱端最大厚度以达到,60,米，也没有设置纵缝。,青海省共和县和贵德县交界处的黄河干流上的龙羊峡水电站中的重力拱坝剖面及坝内部分构造图。电站的挡水建筑物为定圆心、定半径的混凝土重力拱坝，坝顶高程,2610m,，从图中可以看出，最宽的坝段由坝底到下游坝面共设置了,3,道垂直纵缝，纵缝的间距从上游坝面到下游依次为,22,米、,18,米、,22,米和,18,米不等。,三条,纵缝,（,4,）拱坝纵、横缝的灌浆,横缝和纵缝都必须进行接缝灌浆。灌浆时坝体温度应降到设计规定值，缝的张开度不宜小于,0.5mm,。缝两侧坝体混凝土龄期，在采取有效措施后，不宜小于,4,个月。灌浆浆液结石达到预期强度后，坝体才能蓄水。,纵、横缝将坝体切割为若干柱状体，混凝土按此柱状体浇筑上升。,纵、横缝,面上一般设有键槽，并进行接缝灌浆，以保持坝的整体性。纵、横缝的设置需考虑多种因素统筹安排。由于纵、横缝不仅给施工带来许多不便，而且缝面只能传递压剪应力，难以传递拉应力，是坝体的薄弱部位。因此，在满足设计与施工的情况下，应尽量减少,纵、横缝,缝数量。,（,5,）拱坝的垫座与周边缝,对于地形不规则的河谷或者局部有深槽时，可先在拱坝与基础之间先浇筑一层大体积混凝土，称之为垫座，然后在垫座上浇筑拱坝坝体，垫座与坝体之间，在全坝上设置一道缝，称之为拱坝的周边缝,混凝土垫座,周边缝,周边缝作用,坝的体形基本对称，坝体拉应力在周边缝附近消失，使垫座承受压应力，并向基础内很好地扩散，改善坝体与基础的受力条件。,周边缝还可减小坝体传至垫座的弯矩，从而可减小甚至消除坝体上游面的竖向拉应力，使坝体和垫座接触面的应力分布趋于均匀，并可利用垫座增大与基岩的接触面积，调整和改善地基的受力状态。,垫座作为一种人工基础，可以减小河谷地形的不规则性和地,质上局部软弱带的影响，改进拱坝的支承条件。有试验研究成果表明，地震时垫座的振动较坝体振动强烈，说明垫座对坝体振动起缓冲作用。,周边缝的构造一般是在大坝垫座浇筑后，混凝土表部不打毛，作为老混凝土，在其上浇筑坝体。缝的上游面设置钢筋混凝土塞，该塞与其周围混凝土之间涂以沥青等防渗填料，缝面设止水铜片，为防止止水片漏水后增加坝体渗压，在其下游又设置排水管，并在缝的两侧布设钢筋。,由于周边缝结构复杂，施工麻烦，且难以控制施工质量。另外拱坝设计，并不严格要求坝体为对称结构，即使坝体几何形状对称，但基础地质条件往往比较复杂，其力学指标也难以对称；而且一些情况下周边缝反而是坝体结构中的一个薄弱面，准确的工作情况往往也难以把握等，国内外一些工程师对周边缝持慎重和保留态度，我国目前尚未在中、高坝上采用过周边缝，只在一些宽浅河谷中的小型拱坝中采用了沥青底滑缝垫座。,拱坝的廊道与排水,（一）,拱坝的廊道,坝内设置廊道的主要目的，是为了坝体与基础进行灌浆、排水、检查、维护和安全监测。同时，可兼顾交通运输之用：廊道的布置应全坝统筹兼顾，一道多用。,廊道按其用途可分为帷幕灌浆廊道、排水廊道、观测廊道、电缆廊道、交通廊道等；按廊道与其大坝轴线的相对关系，又可分为纵向廊道和横向廊道。前者平行于坝轴线，后者垂直于坝轴线。,廊道设置原则,(1),纵向廊道距上游面不宜太近，应布置在压压应力区，且不过分恶化坝体应力，同时应满足防渗要求。廊道上游壁坝体厚度，一般为,0,05,0,1,倍该处水库水头，且不小于,3m,。,(2),纵横廊道布置几层为宜，应视需要而定，一般相邻两层廊道高差为,20,40m,。从已建拱坝廊道布置情况来看，一般坝越高，纵向廊道的层数也越多；坝越厚，廊道的层数也越多；但是都设置了最低层的帷幕灌浆廊道。,(3),对于低坝或薄拱坝，可不设廊道，常在坝后或混凝土浇筑面上进行帷幕灌浆，后者将影响大坝浇筑进度。排水孔设在坝后或两岸坝肩的排水隧洞内，形成三维空间排水系统，坝体的检查、维护、监测、交通等，可利用坝后桥进行。坝体内可只设置一层灌浆廊道。,(,二）坝体排水布置,坝体混凝土渗漏水的主要通道是：沿混凝土的蜂窝、冷缝、浇筑层面渗水；横缝渗水；通向水库的孔洞、钢管、埋件渗水；坝上游面或混凝土内部发生裂缝，逐渐扩展到坝面渗水；较严重的冰冻龟裂渗水；或上述几种渗水通道的组合连通形成渗水通道等。,坝内一般采用竖向排水管，管间距宜为,2,5,3,5m,，管内径宜为,l5,25cm,。排水管的水，一般排至纵向廊道的排水沟内，各层纵向廊道的渗漏水，与基础排水统筹安排形成一个排水系统，或自流排到坝外，或集中引到排水井，再抽排至下游。,（三）拱坝的管孔,为泄洪用的泄水孔断面如前所述多为矩型，因流速较高，最好用钢板衬砌，以防止孔壁混凝土受冲刷、减小对水流的摩阻力、避免内水向坝体渗透和改善孔口附近的应力状态。由于钢板衬砌施工不便，且钢板外壁易产生空隙，故当内水压力不大时，也可不用。,矩形管孔,（三）拱坝坝顶与坝面的布置和构造,坝顶的结构型式和尺寸应按使用要求来决定。,当无交通要求时，非溢流坝的顶宽一般不小于,3m,。溢流坝段坝顶工作桥、交通桥的尺寸和布置必须能满足泄洪、闸门启闭、设备安装、运行操作、交通、检修和观测等的要求。,如有公路通过，还应满足行车和人行道要求及坝顶照明、电缆布置要求；,如有大坝外部观测设备，也需留够空间，满足观测要求。一般上游设置防浪墙，下游设置防护栏杆。,（四）拱坝的重力墩,重力墩是拱坝坝端的人工支座。重力墩主要用于不规则形状的河谷；或为减小宽高比，避免岸坡大量开挖的河谷；或河谷有一岸较平缓，用重力墩与其他坝段,(,如重力坝或土石坝,),或岸边溢洪道相连接等情况,。,通过重力墩可将坝体传来的作用力传到基岩。坝体与重力墩之间的传力作用和重力墩本身的刚度有关。可假设重力墩的刚度与基岩相同，按拱端支承于基岩的条件求得拱端作用力，然后将此作用力施加到重力墩上来校核重力墩的稳定和应力,重力墩抗滑稳定公式,通过材料力学偏心距应力计算方法,应力计算公式,