第五章混凝土重力壩設計

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熟練掌握重力壩布置和設計基本要求。

熟練掌握重力壩泄洪、消能型式及結構設計。

熟練掌握泄水建筑物的水力計算。

熟練掌握重力壩的抗滑穩定與應力計算。考試大綱第五章混凝土重力壩設計編輯ppt

掌握重力壩結構、構造設計和壩體分區。掌握壩基處理設計。掌握碾壓混凝土重力壩材料性能、構造要求與施工特點。了解重力壩壩體溫度控制與混凝土防裂措施。了解重力壩的安全監測設計?？荚嚧缶V第五章混凝土重力壩設計編輯ppt第一節重力壩布置和設計基本要求一、重力壩布置(1)應結合樞紐布置全面考慮，首先考慮泄洪建筑物的布置。(2)碾壓混凝土重力壩宜采用引水式或地下式廠房。若采用壩后式廠房時，宜采用背管式布置。(3)位于洪水流量大而狹窄河道上高壩的樞紐布置，可選用廠房頂溢流式、廠前挑流式、壩內式或地下式廠房等；編輯ppt（4）壩體溢流段的前沿長度，溢流泄水孔孔數、孔口型式、尺寸和堰頂高程應綜合比較決定。（5）壩體泄洪及消能防沖設施應根據壩高、壩基及下游河床和兩岸地形地質條件，下游河道水深變化情況，結合過木、排冰、排漂等要求合理選擇。（6）可根據功能要求設置壩體泄水孔、放水孔。（7）泄水孔位置、型式、高程、孔數和孔口尺寸的選擇應考慮的因素。（8）重力壩的施工導流建筑物如底孔、缺口、梳齒等，應根據導流方案和地形、地質、水文等條件經比較確定，其布置應符合的要求。編輯ppt（9）設于壩內的發電引水管道的進水口高程，應根據水利動能設計要求和泥沙淤積等條件確定，并符合SD30388《水電站進水口設計規范》或SL285《水利水電工程進水口設計規范》的有關規定。（10）大型樞紐工程的重力壩布置應經水工模型試驗驗證運行期和施工期的流態與沖淤狀況是否滿足各項建筑物的運行需要。編輯ppt（二）重力壩設計原則（1）重力壩的斷面原則上應由持久狀況控制，并以偶然狀況復核，此時，可考慮壩體的空間作用或采用其它適當措施，不宜由偶然狀況控制設計斷面。（2）分期施工投入運行的壩，強度和穩定計算應按持久狀況計算。（3）寬縫重力壩可用材料力學法計算壩體應力，局部區域如頭部附近等部位，也可用有限元法計算，并允許在離上游面較遠部位出現不超過壩體混凝土允許的拉應力。編輯ppt（4）空腹重力壩可用結構力學、材料力學法和有限無法計算壩體應力，并用模型試驗驗證。所得應力成果應避免特別不利的應力分布狀態。（5）有橫縫的重力壩，其強度和穩定計算應按平面問題考慮，可取一個壩段或取單位寬度進行計算。（6）廠壩連接的壩后式廠房，在壩的穩定核算中，可考慮廠壩聯合的抗滑作用。廠房作用于壩上的抗滑力，可根據廠壩整體分析的應力狀態確定。編輯ppt第二節壩體結構、構造設計和壩體材料分區（一）壩體結構設計（二）壩體構造設計

（1）壩頂（2）廊道（3）壩體分縫（4）止水和排水

（三）大壩混凝土材料及分區編輯ppt（一）泄水建筑物型式（1）溢流壩段（2）壩身泄水孔（二）消能型式及結構設計（1）消能型式選擇（2）消能防沖結構設計一般規定（3）高速水流區的防空蝕設計（4）消能防沖設施的設計第三節泄洪、消能建筑物型式及結構設計編輯ppt第四節、泄水建筑物的水力計算（一）泄流能力及摻氣水深計算（1）開敞式溢流堰泄流能力計算公式（2）孔口泄流能力計算公式（3）溢流壩水面線計算（二）挑流消能設計（1）水舌拋距估算公式（2）最大沖坑水墊厚度按下式估算編輯ppt（三）底流消能設計（1）護坦長度可根據其上是否設置輔助消能設施及水力特性，按照下式計算。（2）護坦上的時均水壓力分布，可按下列規定取值：1）當護坦面為水平時，作用在其上的時均水壓力可近似取計算斷面上的水深；2）當不設消力墩、坎等輔助消能設施的護坦上發生水躍時,可取躍首、躍尾間水面連一直線，作為近似水面線；3）當護坦上設有消力墩時，則墩下游可按躍后水深估算，墩上游可按躍后水深的一半估算。編輯ppt（四）水流對尾檻的沖擊力水流對消力池尾檻的沖擊力代表值可按下式計算：

式中：——作用于消力池尾檻的水流沖擊力代表值(N)；

——尾檻迎水面在垂直于水流方向上的投影面積(m2);——水躍收縮斷面的流速(m/s)；——阻力系數。對于消力池中未形成水躍、水流直接沖擊尾檻的情況，可?。?.6；對于消力池中已形成水躍且3≤

≤10的情況，可?。?.1～0.5(弗氏數大者取小值，反之取大值)。編輯ppt（五）脈動壓力（1）作用于一定面積上的脈動壓力代表值可按下式計算（2）脈動壓強代表值可按下式計算對于消力池水流，可取收縮斷面的平均流速；對于泄槽水流，可取計算斷面的平均流速；對于反弧鼻坎挑流，可取反弧最低處的斷面平均流速。編輯ppt第五節、混凝土重力壩的抗滑穩定與應力計算（一）抗滑穩定分析抗滑穩定分析是重力壩結構計算中的一項重要內容，其目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結構面抗滑穩定的安全度。（1）沿壩基面的抗滑穩定分析（2）深層抗滑穩定分析（3）岸坡壩段的抗滑穩定分析編輯ppt（二）重力壩的應力分析

重力壩應力分析包括以下內容:計算壩體選定截面上的應力，計算壩體削弱部位（如孔洞、泄水管道、電站引水管道部位等）的局部應力,計算壩體個別部位的應力(如閘墩、胸墻、導墻、進水口支承結構、寬縫重力壩的頭部等），需要時分析壩基內部的應力。編輯ppt（1）模型試驗法（2）材料力學法（3）彈性理論的解析法（4）彈性理論的差分法（5）彈性理論的有限元法編輯ppt第六節、混凝土重力壩壩基處理設計（一）一般規定（1）混凝土重力壩的基礎經處理后應滿足下列要求：1）具有足夠的強度，以承受壩體的壓力；2）具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩定和減少不均勻沉陷；3）具有足夠的抗滲性，以滿足滲透穩定，控制滲流量；4）具有足夠的耐久性，以防止巖體性質在水的長期作用下發生惡化。

編輯ppt（一）一般規定（2）壩基處理設計應綜合考慮基礎與其上部結構之間的相互關系，必要時可采取措施，調整上部結構的型式，使上部結構與其基礎工作條件協調。（3）壩基處理設計時，應同時考慮壩基和兩岸壩接頭部位的工程地質、水文地質條件對建筑物運行的影響，研究壩基變形、滲透和壩肩邊坡穩定情況，尤應考慮施工或蓄水對穩定和滲透帶來的變化，必要時應采取相應的處理措施。（4）巖溶地區的壩基處理設計，應認真查清其在壩區分布范圍及特點、水文地質條件及裂隙中充填物，非巖溶巖石的封閉條件。對巖溶發育，情況復雜的基礎，應進行專門的處理設計。編輯ppt（二）壩基開挖（1）基礎加固處理效果及施工工藝、工期和費用等技術經濟比較確定。（2）重力壩的基坑形狀應根據地形地質條件及上部結構的要求確定，壩段的基礎面上、下游高差不宜過大，并略向上游傾斜。（3）兩岸岸坡壩段基礎的形狀，在平行壩軸線方向宜開挖成有一定寬度的臺階狀，或采取其它結構措施，確保壩體側向穩定。（4）基礎中存在的局部工程地質缺陷，應結合基礎開挖予以挖除。（5）壩基開挖設計中可采用梯段爆破、預裂爆破等方式，對易風化、泥化的巖體,應采取相應的保護措施，及時覆蓋開挖面。編輯ppt（三）壩基固結灌漿壩基固結灌漿的設計，應根據壩基工程地質條件、壩高和灌漿試驗資料確定。壩基巖體裂隙發育，且具有可灌性時，應在壩基范圍內進行固結灌漿，并應根據壩基應力及地質條件，向壩基外上、下游及寬縫重力壩的寬縫部位適當擴大灌漿范圍；防滲帷幕上游的壩基宜進行固結灌漿；斷層破碎帶及其兩側影響帶應適當加強固結灌漿。編輯ppt（四）壩基防滲帷幕和排水壩體基礎的防滲帷幕和排水設計，應以壩區的工程地質、水文地質條件和灌漿試驗資料為依據，結合水庫功能、壩高綜合考慮防滲和排水的相互作用，經分析研究確定帷幕和排水的設置。水文地質條件復雜的高壩，應進行滲流計算。（1）防滲帷幕設計（2）排水設計編輯ppt（五）

斷層破碎帶和軟弱結構面處理（1）壩基范圍內的斷層破碎帶或軟弱結構面，結合施工條件進行專門處理。（2）傾角較陡的斷層破碎帶，可用處理的方法。（3）提高深層緩傾角軟弱結構面穩定性處理方法。（4）根據軟弱結構面埋深不同可分別采用混凝土置換、混凝土深齒墻、混凝土塞等措施，增加軟弱結構面抗剪能力。（5）伸入水庫區內的斷層破碎帶或軟弱結構面，有可能造成滲漏通道并使地質條件惡化時，應進行專門的防滲處理。編輯ppt（六）巖溶地區的防滲處理（1）防滲處理的方式有防滲帷幕灌漿和防滲墻兩類，可采用混凝土防滲墻或高壓灌漿填塞等措施處理。（2）防滲帷幕線在平面上的輪廓布置，可根據兩岸地形地質條件選定。幕線應設在巖溶發育微弱地帶，如必須通過巖溶暗河或管道時，幕線應力求與其垂直。防滲帷幕線可采用直線式、折線式、前翼式或后翼式，需經技術經濟比較選定。有條件時，可采用后翼式。編輯ppt（3）巖溶地區河谷剖面上帷幕灌漿的型式有封閉式、懸掛式和混合式等，可根據相對隔水層的深度、壩高、壩基及兩岸允許的滲漏量及幕后揚壓力等因素，在保證大壩安全的前提下，通過技術經濟比較選定。（4）帷幕線沿剖面上、下層搭接的型式可采用斜接式、直接式和錯列式等，應保證搭接部位連續封閉和密實。（5）巖溶地區防滲帷幕厚度可根據臨界滲透坡降控制的允許水力梯度確定。（6）灌漿廊道的布設可根據灌漿鉆孔條件、幕與幕之間在空間的接頭、施工通風和排水等因素確定。（7）灌漿材料可根據巖溶洞穴和溶蝕裂隙規模、滲漏情況選用水泥或水泥與黏土、膨潤土等混合漿液。（8）當壩基帷幕軸線上存在連通上、下游的巖溶洞穴或強透水性的溶縫，且埋藏較深不宜明挖時，可采取逐層洞挖,逐個回填混凝土形成連續防滲墻，也可采用槽式洞挖后回填混凝土形成防滲墻。編輯ppt第七節、壩體溫度控制與防裂（一）壩體溫度變化壩體內各點的溫度是不同的，而且隨時間在變化。壩體的溫度過程可分為三個階段。第一階段為上升期。第二階段為降溫期。第三階段為穩定期。編輯ppt（二）施工期的溫度應力（1）地基約束引起的應力（2）內外溫差引起的應力（三）重力壩的溫度裂縫和防止措施（1）裂縫的分類（2）溫度控制的目的（3）溫度控制標準（四）穩定溫度場

壩體竣工蓄水后，經過較長時間的散熱，當外界溫度變化只影響靠近壩體表面的混凝土，而內部各點的溫度變幅極微時，稱為穩定溫度，一般取年平均溫度作為穩定溫度，將穩定溫度用等值線表示，即為壩體的穩定溫度場。編輯ppt第八節、碾壓混凝土重力壩材料性能、構造要求與施工特點（一）施工特點（1）工藝程序簡單，可快速施工，縮短工期，提前發揮工程效益。（2）膠凝材料(水泥+粉煤灰、礦渣或其他具有一定活性的混合材料)用量少，一般在120～160kg/m3，其中水泥約為60～90kg／m3。（3）由于水泥用量少，結合薄層大倉面澆筑，壩體內部混凝土的水化熱溫升可大大降低從而簡化了溫控措施。（