坝体构造与地基处理

1、坝体构造及地基处理设计单元一 坝体构造1坝顶构造坝顶路面应具有23的横向坡度，并设置砼排水沟(30×30cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m 设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。2分缝止水2.1坝体分缝（1）横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工

2、要求；（2）纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若干独立的坝段；纵缝为临时缝，可分为铅直纵缝、斜缝和错缝三种，纵缝缝面应设水平向键槽，键槽呈斜三角形，槽面大致沿主应力方向，在缝面上布置灌浆系统进行接缝灌浆，为了灌浆时不使浆液从峰内流出，必须在缝的四周设止浆片。（3）水平施工缝：是上、下层浇筑块之间的接合面。浇筑块厚度一般为1.54.0m；在靠近基岩面附近用0.751.0m 的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。2.2止水设计横缝内需设止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等，对于高坝应采用两

3、道止水片，中间设沥青井，金属片止水一般采用1.01.6mm 后的紫铜片，第一道止水治上游面的距离应有利于改善坝体头部应力，一般为0.52.0m（本设计采用1.0m），每侧埋入砼的长度约为2025cm（本设计采用25cm），在止水片的安装时要注意保证施工质量，沥青井为方形或圆形（本设计采用方形），其一侧可用预制砼块，预制块长1.01.5m，厚510cm（本设计采用1m×10cm），沥青井尺寸大致为15cm15cm 至25cm25cm（本设计采用20cm×20cm），井内灌注的填料由二号或三号是由沥青，水泥和石棉粒组成，井内设加热设备（通常采用电加热的方法），将钢筋埋入井中，并

4、以绝缘体固定，从底部一直通到坝顶，在井底设置沥青排出管，以便排除老化的沥青，重填新料，管径可为1520cm。止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约3050cm，井内填满沥青砂，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。图4-1-1 止水设计1第一道止水铜片；2沥青井；3第二道止水铜片；4预制块；5横缝6沥青油毡；7加热电极3混凝土标号分区砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同,对砼材料性能指标的要求也不同,为了满足坝体各部分的不同要求,节省水泥用量及工程费用,把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区,选用不同的强度等级和性能指标,一般分为6 个区,见下图4-1-2。图

5、4-1-2 坝体混凝土分区示意图 区上、下游水位以上坝体表层砼，其特点是受大气影响；区上、下游水位变化区坝体表层砼，既受水位的作用也受大气影响；区上、下游最低水位以下坝体表层砼；区坝体基础砼；区把体内部砼；区抗冲刷部分的砼。为了便于施工，选定各区域砼等级时，各类别应尽量少,相邻区的强度等级不得超过两级，分区的厚度一般不得小于25m，以便浇筑施工，分区对混凝土性能的要求见下表，表中“+”表示选择各区同等级的主要控制因素，有“+” 的表示需要提出要求；有“-”的为不需要提出要求。表4-1-1 坝体各区对混凝土性能的要求分区强度抗渗抗冻抗冲刷抗侵蚀低热最大水灰比选择各区厚度的主要因素严寒寒冷地区温和

6、地区I+-+-+0.550.60抗冻II+-+0.450.50抗冻、抗裂III+-+0.500.55抗渗、抗裂IV+-+0.500.55抗裂V+-+0.650.65VI+-+0.450.45抗冲、耐磨4坝体排水图4-1-3 排水管布置示意图坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕，排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道或坝顶（溢流面以下），以便于检修管距可采用采用3m，排水管幕距上游坝面的距离，一段要求不小于坝前水深的1/101/12，且不少于2m。（1/101/12）×96.7m=（8.059.67）m故根据规定排水管设置在距上游面9m 处，以

7、使渗透坡降控制在允许范围内。排水管采用预制多孔混凝土管，内径可为15cm25cm（取20cm），随着坝体混凝土的浇筑而加高。渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道，沿积水沟或集水管经横向廊道的排水沟汇入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水沟断面常用30cm×30cm，低坡3%，排水管施工时必须防止被混凝土的杂物等堵塞。排水管与廊道的连通采用直通式，如图4-1-3 所示。5廊道系统为了满足施工运用要求，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设置各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。5.1 坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇灌到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保

8、证灌浆质量。本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门水洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.050.1 倍作用水头、且不小于45m 处设置，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5 倍廊道宽度，取5m。灌浆廊道兼有排水作用，并在其上游侧设排水沟，下游侧设坝基排水孔幕，在靠近廊道最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后经由水泵抽水排至下游坝外。5.2 检查及坝体排水廊道为了检查巡视和排除渗水，常在靠近坝体上游面适当高度方向每隔1530m设置检查和排水廊道，断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2m，最

9、小高度为2.2m，距上游面的距离应不少于0.050.07 倍水头，且不小于3m,该重力坝选取7m，上游测设排水沟。各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通。排水廊道断面尺寸统一拟定为2m×2.5m，城门洞形。图4-1-4 廊道布置示意单元二 重力坝的地基处理重力坝要求地基具有足够的强度，良好的整体性和均匀性，以及抗渗、抗侵蚀和抗风化的能力。而天然基岩都有风化层、节理、裂隙、断层破碎带及软弱夹层等方面的缺陷，因此必须进行处理。1地基的开挖与清理坝基开挖的深度，应根据坝基应力、岩石强度及其完整性，结合上部结构对地基的要求研究确定。高坝应挖至新鲜或微风化的基岩；中坝宜挖

10、至微风化或弱风化的基岩。两岸坝段，其利用基岩的标准可比河床部位适当放宽。设计采用的抗滑稳定计算参数应与利用基岩的标准相适应。坝段的基础面上下游高差不宜过大，并尽可能开挖成略向上游倾斜，若基岩面高差过大或向下游倾斜，宜开挖成大台阶状。两岸岸坡坝段基岩面，尽量开挖成有足够宽度的台阶状，以确保坝体的侧向稳定。对于靠近坝基面的缓倾角软弱夹层，埋藏不深的溶洞、溶蚀面应尽量挖除。开挖至距利用基岩面0.5m1.0m时，应采用手风钻钻孔，小药量爆破，以免造产生裂隙或增大裂隙。遇到易风化的页岩、粘土岩时，应留有0.2m0.3m的保护层，待浇筑混凝土前再挖除。基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，包

11、括清除松动的岩块、打掉凸出的尖角。基坑内原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。2坝基的加固处理对于大面积的破碎带或局部缺陷，应进行加固处理。基岩加固的目的，在于提高基岩的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，降低坝基的渗透性。2.1坝基固结灌浆当基岩在较大范围内节理裂缝发育或较破碎而挖除不经济时，可对坝基进行低压浅层灌水泥浆加固地基，这种灌浆叫固结灌浆。主要是提高坝基的整体性。坝基固结灌浆设计，应根据地基的工程地质条件，结合坝高及水泥灌浆试验资料确定。根据坝基应力及地质条件，向坝基及上、下游部位进行灌浆；在防渗帷幕上游的坝基部位，断层破碎带及其两侧影响带部位，应适当加强固结灌浆。基础下埋藏的

12、溶洞、溶槽等，除必要的回填处理外，应对其顶部及周围岩石加强固结灌浆，灌浆孔布置见图4-2-1。图4-2-1 固结灌浆孔的布置（单位：m）固结灌浆孔通常布置成梅花形或方格形，对较大的断层和裂隙应进行专门布孔。固结灌浆孔的方向应根据主要裂隙产状和施工条件确定，钻孔方向应尽可能正交于主要裂隙面，但倾角不宜过大。孔距、排距及孔深应根据地质条件、地下水文特征并参照灌浆试验成果确定，一般为3m4m。孔深一般为5m8m；局部地区及坝基应力较大的高坝可适当加深；帷幕区宜配合帷幕深度确定，一般采用8m15m。固结灌浆宜在基础部位混凝土浇筑后进行。固结灌浆压力在不掀动基岩的原则下，应尽量取较大值，一般无混凝土盖重

13、时为0.2MPa0.4MPa；有盖重时为0.4MPa0.7MPa。对缓倾角层面发育的基岩，其灌浆压力应进行试验确定。2.2断层破碎带和软弱层面的处理图4-2-2 断层破碎带处理（a）破碎带位置；（b）混凝土塞；（c）混凝土拱对于坝基范围内的断层破碎带或软弱层面，应根据其所在部位、产状、宽度、组成物的性质以及有关试验资料，分析其对上部结构的影响，结合施工条件，采取适当的处理方法。对地震设计烈度为8度以上的坝区，断层破碎带或软弱层面的处理应适当提高要求。（1）倾角较陡的断层破碎带处理：在坝基范围内单独出露的断层破碎带，可将适当深度内的断层、破碎带及其两侧风化岩石挖除或挖至较完整的岩体。当断层破碎带

14、规模不大，但其组成物以软弱的构造岩、断层泥为主，可用混凝土塞加固，如图4-2-2所示。混凝土塞的高度可取断层破碎带宽度的1.01.5倍。另外，亦可做混凝土拱来处理破碎带，如图4-2-2（c）所示。对于与水库连通的破碎带，必须作好防渗处理。图4-2-3 陡倾角断层破碎带的处理1坝段；2伸缩缝；3断层破碎带；4混凝土塞；5基岩面；6坝体；7灌浆帷幕；8排水孔幕（2）软弱夹层的处理：对于浅埋的夹层，可采用明挖清除，再回填混凝土加固；对于深层的夹层，视其对坝体稳定和基础沉降危害的程度，确定是否需要处理。如需要处理，可采用洞挖后回填混凝土的方法进行加固。为了阻止坝体沿软弱夹层滑动，可在下游坝趾处设置深齿

15、、大型钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚索等措施进行加固，如图4-2-3所示。3坝基防渗、排水坝基防渗处理目的是：减少坝基及绕坝渗漏；防止较大渗流对坝基产生渗透破坏；减小作用在坝基底面上的扬压力，提高坝体的抗滑稳定性。3.1防渗帷幕灌浆：（1）防渗帷幕的深度，应根据水头大小，透水层的深度和降低坝基渗透压力的要求来确定。当坝基下相对隔水层且较浅时，其应伸入到隔水岩层内3m5m；一般情况下，帷幕深度常为0.30.7倍水头。图4-2-4 防渗帷幕沿轴线的部置1灌浆廊道；2山坡钻进；3坝顶钻进；4灌浆平洞；5排水孔；6正常蓄水位；7原水位； 8帷幕底线；9原地下水位；10蓄后地下水位（2）帷幕的布置：防渗帷幕

16、灌浆孔的排数、排距及孔距，应根据工程地质条件、水文地质条件，作用水头及灌浆试验资料确定。坝高在100m以下时，可布置一排。对地质条件较差，岩体裂隙发育或可能发生渗透变形的地段可采用两排，但坝高在50m以下时，仍可采用一排。当采用两排灌浆孔时，可将一排孔灌于设计深度，另一排孔深可取设计孔深的1/2左右。孔距为1.5m3m，排距宜比孔距略小。钻孔宜穿过岩体主要裂隙和层理，倾向上游0°10°。两岸坝头部位，防渗帷幕宜延伸到相对 隔水层或正常蓄水位与地下水位相交处，如图4-2-4。（3）灌浆压力 帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混 凝土后进行，一般情况下，灌浆压力应通过试验确定。通

17、常在帷幕表层不宜小于1.01.5 倍坝前静水头，在孔底不宜小于23倍坝前静水头，但以不破坏岩体为原则。3.2坝基排水为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水，在帷幕下游可设置排水孔幕。一般设一排主排水孔；对能充分发挥排水作用的坝基（下游水深较大时），除设主排水孔外，还可设置13排辅助排水孔。主排水孔的位置，一般设置在基础灌浆廊道内防渗帷幕的下游2m4 m处，以利充分降低坝基的渗透压力。辅助排水孔可设置在基础纵向排水廊道内，如图2-4-5。排水孔一般略向下游倾斜，与帷幕孔成10°15°交角。图4-2-5 坝基排水系统主排水孔的孔距一般为2m3m，辅助排水孔的孔距一般为3m5m，孔

18、径约为150mm200mm。孔深应根据防渗帷幕和固结灌浆的深度及地基的工程地质和水文地质条件确定。主排水孔的深度一般为防渗帷幕深度的0.40.6倍；50m以上的坝基主排水孔的深度不应小于10m；辅助排水孔的深度一般为6m12m。为了降低岸坡部位的渗透压力，可在岸坡坝段的坝体内设置横向排水廊道，并向岸坡内钻设排水孔和设置专门的排水设施，使渗水尽量在靠近基础面的位置排出坝外。4两岸处理当河岸较陡，又有顺坡剪切裂隙时，要校核岸坡沿裂隙的稳定性，必要时应开挖削坡，若开挖量大，也可采用预应力锚系钢筋固定岸坡，如图4-2-6（c）、(d)所示。若岸坡平缓稳定，岸坡坝段可直接建在开挖的岸坡基岩上；若岸坡较陡，但基岩稳定，为使岸坡坝段稳定，可考虑把岸坡开挖成梯级，利用基岩和混凝土的抗剪强度增加坝段的抗滑稳定，但应避免把岸坡挖成大梯级，以防在梯