溢流重力坝的剖面设计

1、§3-4溢流重力坝的剖面设计泄水重力坝既时挡水建筑物，又是泄水建筑物一、溢流重力坝的泄水方式：1. 坝顶溢流2. 坝深泄水孔泄水溢流重力坝的作用：承担泄水、放水、排砂、放空水库和施工导流等任务二、设计要求：1. 满足稳定和强度要求外；2. 还需要按实际要求确定：位置选择、泄水方式的组合、泄量分配、3. 堰顶和泄水孔口高程与位置三、溢流重力坝（一）溢流重力坝的工作特点1、足够尺寸，良好体形、较大m；2、水流平顺、不产生振动或、负压，不免空蚀、空穴；3、不产生严重的冲刷；4、主流在河床部位，不产生折冲水流5、有控制灵活的下泄设备（二）孔口设计1、设计步骤：2、选定泄水方式，拟定泄水布置方

2、案和若干剖面；3、初定孔口尺寸，按规定进行洪水标准的调洪演算，确定防洪库容、设计和校核水位以及相应的下泄流量；4、估算淹没损失以及枢纽造价，进行综合比较，确定最优方案。（三）溢流坝的体形设计1曲线的组成：2曲线的设计要求：顶部曲线堰顶溢流曲线下游段：WES曲线： n=1.85；克奥曲线：给定坐标值和施工非常方便。上游段：三圆弧曲线：给定方程的曲线： 大孔口泄流设有胸墙下游段： 一般取0.96，定型设计水头Hd=(0.750.95HMAX上游段同前。反弧段：中间直线段3剖面设计（四）设计具体步骤：1. 洪水标准2. 孔口型式：开敞溢流式：大孔口溢流式：3. 孔口尺寸：溢流孔口尺寸与堰型、堰顶高程

3、和单宽流量q等有关，由水力计算确定；初拟时，溢流堰净宽，设溢流孔每孔净宽为b，孔数为n个，令闸墩厚度为d,则溢流坝前缘总宽度。4. 计算公式：堰流：孔流：5. 泄洪要求四、闸门和启闭机闸门类型：类型位置及作用启闭特点闸门类型工作闸门堰顶；调节下泄流量启闭力大、动水中启闭；平面闸门弧形闸门事故闸门紧急运用时动水中启闭；平面闸门检修闸门短期挡水，检修设备启闭力小、静水中启闭；平面闸门、 浮箱闸门、叠梁闸门平面闸门弧形闸门的比较： 平面闸门：结构简单、闸墩受力条件好，各孔口可以共用一个活动式启闭机；缺点：启闭力大，闸墩厚弧形闸门：启闭力小，闸墩薄；无门槽，水流平顺；缺点：闸墩长，受力条件差，。活动式

4、：多用于平面闸门，兼用于起吊工作闸门和检修闸门固定式：固定于工作桥上，多用于弧形闸门五、闸墩和工作桥闸墩形状闸墩厚度闸墩长度和高度闸墩的边墙闸墩分缝横缝的位置设在闸墩中间：地基不均匀沉降时不影响闸门的启闭；设在溢流孔跨中：易受地基不均匀沉降影响，水流从缝上过，造成局部水流不顺六、消能防冲设计1、消能工的设计原则和型式：2、底流消能：特点及措施：底流消能工作可靠，但工程量较大，多用于低水头、大流量、地质条件较差的溢流重力坝。护坦构造与设计：护坦的稳定计算确定护坦的厚度：抗滑措施：稳定措施（锚固后的计算）后的校核：护坦的分缝以及材料：3、挑流消能鼻坎挑流消能设计主要包括：选择合适的鼻坎型式、鼻坎高

5、程和挑射角度、反弧半径、鼻坎构造和尺寸；计算挑射距离和最大冲坑深度；校核挑射水流形成的冲坑是否影响坝体的安全。设计的主要内容：挑距计算： 冲刷坑深度计算： 挑流鼻坎体形的设计： 扩上坎 连续坎 差动坎 斜挑坎 扭曲坎 高低坎 窄缝坎 分流墩4、面流消能与消力戽消能：其优点是：下游河床可以不设护坦，工程量小；水流表面可以过木、排冰，不会损伤坝面。缺点是：对下游水深有较高要求；波状水跃衰减慢，对电站运行及下游航运不利，且易冲刷两岸。5、下游折冲水流以及防治措施： 由于下游水流不能迅速在平面上扩散，使在主流两侧容易形成回流，主流受到压缩，使护坦后的单宽流量增加，流速在长距离内不能降低，引起河床的冲刷

6、；当两侧的回流强度不同、水位不同时，还可能将主流压向一侧，形成折冲水流。§3-6重力坝的深式泄水孔一、坝身泄水孔的作用及工作条件作用： 预泄水库，增大水库调蓄能力 放空水库以检修 排放泥沙，减少水库淤积 随时向下游放水，满足航运或灌溉要求施工导流工作条件：二、坝身泄水孔的形式及布置有压泄水孔无压泄水孔双层泄水孔分类：1 按作用：泄洪孔发电孔冲沙孔放水孔灌溉孔导流孔 尽量考虑一孔多用2 按流态有压泄水孔无压泄水孔3 按高程 表孔、中孔和底孔三、有压泄水孔见深孔中东风图1进口曲线 进口曲线应该满足的要求：减少 进水口体形设计局部水头损失，提高泄水能力，控制负压，防止空蚀。进口曲线：符合流

7、线规律，常采用1/4的椭圆曲线：取0.30喇叭进水口三向圆柱进水口三向椭圆进水口 推荐垂直轴线椭圆方程：表2-16 小型工程直接才用圆柱和斜圆柱2闸门和闸门槽设计目的：防止设计不当引起空蚀矩形门槽 v<10m/s矩形收缩门槽 v>10m/s闸门：采用平面闸门和弧形闸门各自的优缺点： 闸门槽、运用、启闭力、空蚀可能性、结构复杂性3孔身有压泄水孔多采用矩形断面，泄流能力较小的有压泄水孔则常采用圆形断面。孔身铺设钢筋或者钢板。无压泄水孔常采用矩形，孔顶预留足够的空间，高度可以是静水位以上加30%50%的水深。门槽后为自由射流设计的水舌曲线。明流段可以向侧向扩散。4渐变段L=(1.52.0

8、)D，边壁收缩率控制在1：101：5之间。5竖向连接有压孔用圆弧连接：R大于5倍孔径无压孔用抛物线连接：6平压管和通气孔平压管设于检修闸门和工作闸门之间；直径由充水时间决定。平压管作用：静水中启闭检修门 7泄水孔的应力分析(略) 四、无压泄水孔的设计见大朝山剖面图布置及组成：平面上布置成直线；过水断面为矩形或城门洞形。由压力短管和明流段组成。1 压力短管 组成： 进口曲线段、检修门槽段、压坡段1：4-1：6 2 明流段 必须保证稳定无压流，禁止明满流交替，孔顶应预留足够的安全超高。 槽底抛物线方程：3 通气孔 面积计算同前§3-7重力坝的材料和构造一、混凝土重力坝的材料1、混凝土的强

9、度指标 设计强度与混凝土的龄期：坝体混凝土抗压设计强度的龄期一般用90d，最多不超过180d。同时还规定28d龄期的抗压强度不得低于7.5Mpa。设计抗拉强度的龄期采用28d，一般不采用后期强度。2、混凝土的耐久性要求抗渗性 W2、W4、W6、W8、W10、W12等六级抗冻性 F400、F300、F200、F150、F100、F50 等六级抗磨性 以混凝土的最低强度等级作要求 如在什么条件下 混凝土强度等级不得低于多少等抗侵蚀性 以混凝土的最低强度等级作要求 如在什么条件下 混凝土强度等级不得低于多少等3、重力坝的材料分区的意义 区为上、下游最高水位以上坝体表层混凝土。在寒冷地区多采用厚2m3

10、m的抗冻混凝土，一般用C15、P4、F100F200。区为上、下游水位变化区的坝体表层混凝土，多采用厚3m5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土,一般用C15、P8、F150F300。区分别为上、下游最低水位以下 坝体表层混凝土，其抗渗性要求较高，多采用厚23m的抗渗混凝土,一般用C20、P10、F100。区为坝体靠近基础的底部混凝土，主要满足强度要求,一般用C20、P10、F200、DW。V区为坝体内部混凝土，多采用低标号低热混凝土,一般用C1015、P42、Dw。区抗冲刷部位的混凝土，如溢流面、泄水孔、导墙和闸墩等。抗压强度不低于20MPa25MPa（90d龄期），严寒地区应满足抗冻要求,

11、一般用C25以上、F200F300。二、重力坝的坝顶构造1.非溢流坝段，坝顶上游常设置防浪墙，以降低坝体的高度2.溢流坝段，溢流坝段上部结构应根据运用要求布置。一般应有闸墩、工作桥、闸门、启闭设施、胸墙及交通桥等 (1)闸墩：闸墩在平面形状上应尽可能使水流平顺，长度要满足坝顶的布置要求；最大高程应和坝顶平齐；门槽颈部厚不小于1.0m1.5m。(2)导流墙：导流墙的高程应高出掺气后的水面线0.5m1.5m。在下游河床中可允许墙顶有一定的漫溢三、重力坝的防渗措施采用一层具有防渗、抗冻和抗侵蚀的混凝土，作为坝体的防渗设施。防渗层厚度一般为1/201/10水头，但不小于2m。排水管幕上游坝面的距离一般

12、为作用水头的1/151/25，且不小于2.0m四、重力坝的分缝 横缝、纵缝、水平施工缝分缝的目的：防止由于温度变化和地基不均匀沉降导致坝体裂1、横缝横缝与坝轴线垂直，将坝体分成若干个坝段，横缝间距一般为15m20m。永久性横缝 可兼作沉降缝和温度缝，缝面常为平面，可不留缝宽。当不均匀沉降较大时，需留缝宽1cm2cm，缝间用沥青油毛毡隔开，缝内须设置专门的止水临时性横缝 其缝面设置键槽，埋设灌浆系统2、纵缝纵缝是平行于坝轴线方向的缝，其作用是为了适应混凝土的浇筑能力、散热和减小施工期的温度应力3、水平施工缝水平施工缝是新老混凝土的水平结合面。每层浇筑块的厚度约为1.5m4.0m，基岩表面约0.7

13、5m1.0m，以利散热五、坝体的廊道系统满足帷幕灌浆、排水、观测和检修坝体的需要，须在坝内设置各种廊道或竖井，构成廊道系统1. 基础灌浆廊道2.坝体检修和排水廊道3.坝内廊道附近的应力状况3-8 重力坝的地基处理一、地基处理的目的提高基岩的强度和整体性，防渗二、对坝基的要求：1) 足够的抗压和抗剪强度；2) 良好的整体性和均匀性3) 足够的抗渗性和耐久性三、坝基的开挖和清理1) 坝基面开挖高程的确定70m以上：新鲜、微风化或弱风化基岩下部7030m ：微风化弱分化上部基岩同一工程中两岸较高的部位，其利用基岩面的标准可以河床部位适当放宽。2) 坝基面清理：基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的

14、清理和冲洗，包括清除松动的岩块、打掉凸出的尖角3) 坝基面开挖形状：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，宜开挖成大台阶状四、坝基加固（一）坝基固结灌浆定义：对坝基进行低压浅层灌水泥浆加固地基目的：提高基岩整体性和强度，降低地基的透水性位置：孔的布置、直径：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。灌浆压力：一般无混凝土盖重时为0.2MPa0.4MPa；有盖重时为0.4MPa0.7MPa。（八）断层和破碎带、软弱夹层和溶洞的处理1、断层和破碎带处理开挖回填混凝土：混凝土塞：宽度断

15、层宽度的1.5或2倍；约为1/4、1/10坝底宽。 混凝土斜塞或平塞2、软弱夹层处理挖除后回填混凝土坝踵混凝土齿墙夹层设混凝土塞坝趾设混凝土深齿墙坝趾下游侧设混凝土抗滑桩坝趾下游岩体设预应力锚索。3、溶洞处理开挖、回填、灌浆等 五、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。1、坝基帷幕灌浆帷幕灌浆目的：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或者化学管涌，减少坝基渗流量。帷幕位置：靠近上游面距坝轴线附近帷幕深度、孔径、灌浆压力 进入相对隔水层35米； 相对隔水层的吸水量要求： 坝高大于70米： 0.01

16、L/M3 坝高3070米： =0.010.03L/M3坝高30米以下： =0.030.05L/M3注浆压力：帷幕表层段的注浆压力不宜小于11.5倍坝前静水头，孔底段:：注浆压力不宜小于23倍坝前静水头。孔距一般1.54m。排距略小于孔距。帷幕的厚度：帷幕内的渗透坡降不超过允许值；帷幕能得到的厚度与孔的排数关系：l=(n-1)c1+c22、坝基排水排水孔幕：距帷幕大于2米，可以略向下游倾斜10度15度； 孔径150200mm，孔距23m，孔深为帷幕深度的0.40.6倍，而且高中坝排水孔深应大于10m。 排水孔幕在混凝土坝中的部分预埋钢管，待帷幕灌浆后才能钻孔。较高的坝还可以采用走排措施。六、两岸

17、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。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，以防在梯级突变处引起应力集中，产生裂缝§3-9碾压混凝土重力坝广西红水河龙滩碾压混凝土重力坝，装机540万kw，总投资240亿。1碾压混凝土与常态混凝土相比的优点：工艺简单工期缩短胶凝料用量少120160kg/m3，水泥约为：6090kg/m3减少了温升、温控简单；不设纵缝，

18、节省了模板和接缝灌浆费用采用大型施工机械，提高运输和填筑功效降低工程总造价2 碾压混凝土重力坝的设计1）材料：胶凝材料用量少。粉煤灰占的比重一般为30%50%；砂率30%；水胶比0.450.7外加剂占胶凝材料的0.25%2）施工控制：以稠度作为控制指标（震动密实时间VC值表示）。要求：1520秒3）混凝土的分区金宝银式：内部碾压混凝土，外部23米的常态混凝土作为防渗层。铺筑层厚0.50.7米。 施工可用滑模或者外部钢筋混凝土为模板。材料c15c204）坝体防渗常态混凝土或者富胶凝材料的混凝土，约布置于上游3米处；喷涂合成橡胶薄膜防渗层；沥青砂浆防渗层5）坝体排水排水管或者砂柱6）坝体分缝通仓浇

19、筑、不设纵缝，或不设横缝；铺筑层0.5米，0.75米.震动切缝机，设钢板后震动；7）坝内廊道一般设一层廊道；高坝设两层廊道8）温控水化热低，但坝上升较快，水化热增温过程持续长。减少温升措施：减少水泥用量，选用低热水泥；冷却原材料；冰屑和代替部分绊水合理安排施工时间§3-10其他形式重力坝 一、 浆砌石重力坝浆砌石重力坝历史悠久常用石料和胶结材料砌成。(一)砌石重力坝的特点与混凝土重力坝比较，浆砌石重力坝有如下优点：(1)就地取材，工程造价低。(2)不需要温度控制，不设纵缝，可增加坝段长度(3)省模板，省脚手架，减少木材、钢材用量。(4)施工方便，技术简单，施工干扰较少，按排灵活。也存

20、在如下缺点：1)人工砌体质量不易保证；2)需要人工多，劳动强度大；3)砌体防渗性能差，需另设防渗层4)工期长，常用于中小工程。(二)浆砌石重力坝的材料(1)石料(2)胶结材料：常用的胶结材料有水泥砂浆、细石混凝土和混合砂浆(三)浆砌石坝体防渗机械化要求低，多用人工砌筑，浆砌石通常采用的防渗方法有以下三种： (1)混凝土板(墙)防渗。在浆砌石重力坝迎水面浇筑一道混凝土防渗面板(如图2-61所示)或距上游坝面o52m内浇筑混凝土防渗墙。防渗板(墙)底部厚度取130160最大水头，顶厚不小于o3m，板内设温度钢筋，砌体内设预埋锚筋，嵌入基岩12m，并与地基防渗帷幕连成整体，板沿坝轴线1020m分缝，

21、缝内设止水。防渗墙是用砌浆石或混凝土预制块代替模板浇筑在一起而成的防渗体，施工时省去了模板，其它要求与混凝土防渗板相同。 (2)钢丝网水泥喷浆护面防渗。在上游坝面挂一层或二层钢丝网，喷上水泥沙浆作防渗层，厚度一般为56cm，应根据水头大小选定。(3)砌石勾缝防渗。上游坝面用质地良好的条石或块石砌好防渗层，用高强度等级水泥沙浆勾缝。防渗层厚度约为坝体最大水头的11s一120，砌缝深约23cm，砌缝厚约23cm，勾缝突出砌体o5lcm。该防渗体经济，施工简单，防渗效果差，只用于低水头浆砌石坝。 (四)溢流坝面衬护溢流坝面应根据工程规模、泄流量的大小、流速的高低选择不同的衬护方式和厚度。当堰顶流速较大时，溢流坝面至挑流鼻坎全部用钢筋混凝土衬护，厚约o515m，通过锚筋与砌体锚固在一起，沿坝轴线方向每隔10一20m做一条伸缩缝；流速不大时，在堰顶和鼻坎部位用混凝土衬护，直线段用条石衬护；流速较小时，允许全部用质地良好，抗冲力强的条石衬护。 (五)浆砌石分缝浆砌石坝不设纵缝，横缝的间距比混凝土重力坝大，一般为2030m，最大不超过50m，并应与防渗设备的伸缩缝一致。特殊情况，在沿坝轴线方向，基岩特性或地形变化较大处应设横缝，以适应可能发生的不均匀沉降。 (六)浆砌石重力坝的其他要求为使砌体与基岩结合良好，在砌石前先浇注0.31.