(完整ppt)第3章挡水建筑物课件

1、第3章挡水建筑物挡水建筑物是水利枢纽中最重要的水工建筑物。各种坝的类型较多，下图为几种坝的类型示意图。坝的类型示意图（a）重力坝（b）拱坝（c）支墩坝（d）预应力锚固坝（e）桩基锚固坝（f）橡胶坝（g）土石坝 1预应力锚索 2桩 3橡胶袋 一、重力坝（三 峡） 二、拱 坝（溪洛渡） 三、土石坝（小浪底）重力坝概述重力坝的特点重力坝类型重力坝的剖面设计溢流重力坝重力坝的构造重力坝的地基处理3.1 重力坝岩基上的重力坝 丹江口水利枢纽 1. 重力坝概述 人类筑坝的历史已近5000年，重力坝是出现最早的一种坝型。 混凝土重力坝是在砌石重力坝的基础上发展起来的。重力坝结构简单，工作可靠，至今仍是一种被

2、广泛采用的坝型。重力坝发展史： 19世纪以前，毛石砌体重力坝19世纪后期，混凝土重力坝20世纪，现代重力坝采用有效的防渗、排水措施，施工中分缝、灌浆、温度等技术30年代以后，重力坝日益增多，重力坝占总坝数量的比重较大60年代开始，土石坝理论和施工的发展，重力坝的比例相对减少，技术上继续进步早在公元前2900年，埃及便在尼罗河上修建了一座高15m、顶长240m的砌石重力坝。2. 重力坝工作原理及特点 (1) 工作原理 强度要求 稳定要求 利用自重在坝基面产生的摩擦力以及坝与地基间的凝聚力来抵抗水平水压力而维持稳定利用自重引起的压应力来抵消由水压力产生的拉应力(2) 工作特点优点： 适于从坝顶溢流

3、，施工期间也易于通过较低的坝块或底孔（永久的或临时的）泄流； 较之拱坝、支墩坝，断面形状简单，混凝土浇筑简易，便于机械化施工，模板数量少，且易采用定型模板；优点： 适合于在各种气候条件下修建，在严寒地区，重力坝与拱坝或支墩坝相比，受到冻害的影响较小； 对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高； 设计和建造的经验比较丰富，工作可靠，使用年限较长，养护费用较低。缺点： 坝体体积大，要消耗大量水泥，材料强度没有被充分利用； 由于体积大，浇筑时水泥的水化热消散困难； 底面积大，作用在坝底面上的扬压力也大，减少了坝的有效重量，对坝体稳定不利； 坝体体积虽远较土石坝小，但单位体积的造价远较土石坝高。 为了发扬优

4、点克服缺点，可考虑改进设计方法和施工方法。上游倾斜，改善受力坝体分区，不同部位使用不同标号混凝土采用碾压混凝土方法筑坝改进坝的结构型式（宽缝、空腹、预应力等）3. 重力坝的类型 按坝高分为 30米 H低坝70米H30米 中坝70米高坝H 按筑坝材料分为浆砌石重力坝混凝土重力坝 按构造不同分为 按泄水条件分为 非溢流重力坝溢流重力坝空腹重力坝宽缝重力坝实体重力坝预应力锚固重力坝装配式重力坝将实体重力坝的横缝的中间加宽，则成为宽缝重力坝。宽缝的设置能使扬压力降低，可节省混凝土10%以上。同时宽缝的设置还改善了散热条件。在坝内设置大型纵向空腔的重力坝，称为空腹重力坝。空腹可以减小坝底扬压力，节约混凝

5、土量，还可在空腹布置水电站厂房。但空腹重力坝施工较困难，钢筋用量较多 利用受拉钢筋或钢杆对重力坝施加预应力，以增加坝身稳定性，并有效地改善坝身应力分布，从而减小坝体混凝土用量。 但施工复杂，钢筋用量多。重力坝的基本剖面是三角形4.重力坝的剖面设计重力坝基本剖面 常用的实用剖面形态。 非溢流坝剖面形态 根据工程经验：一般上游坝坡坡率n=00.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游的；下游坝坡坡率m=0.60.8；底宽约为坝高的0.70.9倍。 5. 溢流重力坝溢流重力坝剖面：（a）开敞溢流式；（b） 大孔口溢流式溢流重力坝：既是挡水建筑物又是泄水建筑物。是重力坝枢纽中最重要的泄水建筑物，用于将规划

6、库容不能容纳的绝大部分洪水由坝顶泄向下游。除了满足强度和稳定要求，溢流重力坝还涉及到孔口尺寸、溢流堰形态和消能方式的合理选择。装设闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流坝段分割成若干个等宽的孔口。溢流堰顶部曲线多采用WES型。消能防冲形式（消能工）：底流消能通过水跃，消除多余动能的消能方式；底流消能 挑流消能 挑流消能利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床。另外还有面流消能、消力戽消能和多种消能工联合消能。三峡水利枢纽溢流重力坝三峡泄洪闸泄洪（1）坝顶构造。一般用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也可采用轻型结构。 6.

7、重力坝构造坝顶结构布置1防浪墙；2公路；3起重机轨道；4人行道；5坝顶排水管；6坝体排水管；7最高水位 为适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制以及防止地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，因而要分缝。 常设垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝、横缝是永久缝，纵缝则属于临时缝；有时砼分层浇筑的层面也是一种临时性水平施工缝。(2)坝体分缝纵缝形式示意图 重力坝分缝示意图 坝身排水管是为了降低坝内浸润线位置，排除渗入坝体内水流减小坝体渗透压力的孔管设施。如图所示。 排水管间距通常为23m，内径一般为1525cm。常采用预制的多孔混凝土管，在浇筑混凝土时埋入坝内。(3)坝身排水管 坝身排水管及其与廊道的

8、连接（单位：cm）1预制的多孔混凝土排水管；2铸铁管；3廊道；4通过两道排水管之间横剖面的浸润线；5通过排水管处横剖面的浸润线；6排水沟；7灌浆帷幕；8坝基排水孔 设置在重力坝体内的各种通道简称廊道。 按其用途可分为坝基灌浆廊道、排水廊道、观测检查廊道、交通廊道以及其他用于闸门操作、电缆敷设的专用廊道等。 按其布置可分为纵向廊道（廊道轴线与坝轴线平行）和横向廊道（廊道轴线与坝轴线垂直）。纵、横廊道及竖井互相连通形成廊道系统，由进出口与坝外相通，见图。(4)廊道系统重力坝坝内廊道系统图1坝基灌浆排水廊道；2基面排水廊道；3集水井；4水泵室；5横向排水廊道；6检查廊道；7电梯井；8交通廊道；9观测

9、廊道；10进出口；11电梯塔（1）坝基开挖与清理 坝基开挖与清理的目的是：使坝体能座落在稳定、坚固的地基上。（2）坝基的固结灌浆 固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度、弹性模量，降低地基的透水性。（3）帷幕灌浆 帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，减少坝基渗流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。灌浆材料最常用的是水泥浆。 防渗帷幕示意图如图所示。7.重力坝的地基处理（4）坝基排水 为进一步降低坝底面的渗透扬压力，一般还在防渗帷幕后设置排水孔幕。防渗帷幕和排水孔幕布置1坝基灌浆排水廊道；2灌浆孔；3灌浆帷幕；4排水孔幕；5100排水钢管；6100三通；775预埋钢管；8坝体作用于重力坝的主要荷

10、载有：自重；静水压力；扬压力；动水压力；冰压力；泥沙压力；浪压力；地震力；温度及其他荷载。 除了增加坝体自重外，提高坝体抗滑稳定的工程措施，主要围绕着增加阻滑力、减少滑动力的原则，通过多方案技术经济比较，确定最佳方案组合。常采用以下工程措施。 （1）利用水重（2）将坝基开挖成倾向上游的斜面（3）在坝踵下设齿墙（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用预应力（7）其它措施提高坝体抗滑稳定性的工程措施 当坝底面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将上游坝面做成倾向上游的斜面，利用坝面上的水重来提高坝体的抗滑稳定性。但应注意，上游坝面的坡度不宜过缓，否则，在上游坝面容易产生拉应力，对坝体强度不利。1.利用水

11、重2.采用有利的开挖轮廓线 开挖坝基时，最好利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游。有时，有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这种做法将加大上游水压力，增加开挖量和混凝土浇筑量，故很少采用。当坝基比较坚固时，可以开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，这种方法已广泛采用。坝基开挖轮廓 当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设齿墙，切断较浅的软弱面加大了滑动体重量，又增加了滑动面的面积，同时也增大了抗滑体抗力。3.设置齿墙 当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可考虑在坝基面上设置排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。如：我国的龚嘴工程，下游水深达30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水

12、深计算，节省了坝体混凝土浇筑量。4.抽水措施帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等。5.加固地基： 在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力，既可增加坝体的抗滑稳定，又可消除坝踵处的拉应力，国外有些支墩坝，在坝趾处采用施加预应力的措施，改变合力R的方向，使PV /PH增大，从而提高了坝体的抗滑稳定性。6.预加应力措施7.横缝灌浆： 将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。8.防渗排水 在坝基内布置防渗排水幕、保证排水畅通，降低扬压力，有利于稳定。9.空腹抛石如果是空腹重力坝或宽缝重力坝，可在空腔内填块石，提高坝体稳定性。其它措施巴基斯坦塔贝拉

13、水电站左溢洪道泄洪3.2 拱坝一、拱坝的发展概况二、拱坝的工作原理三、拱坝的特点四、拱坝对的地形地质条件五、拱坝布置一、拱坝的发展概况 1000多年以前出现圬工结构，如公元655年河北赵县赵州桥（浆砌石拱桥）。13世纪末伊朗修建了一座高60米的砌石拱坝。19世纪中叶，人们又在比较狭窄的河谷中修建了一些混凝土拱坝，高度都在40m以内。20世纪初，美国开始修建较高的拱坝，如1910年建成的巴菲罗比尔拱坝，高99m。20-40年代，又建成若干拱坝，其中有高达221m的胡佛坝。20世纪50年代以后，修建了许多双曲拱坝。英古里双曲拱坝 坝高272m，坝底厚度86m，厚高比为0.33 二滩 二滩水电站位于

14、四川省、雅砻江干流下游河段上，距攀枝花市约40km。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高240m，水库总库容58亿立方米，水电站装机容量330万kW，多年平均发电量170亿kWh。1991年9月开工，1998年7月第一台机组发电，2000年完工。 小湾水电站 小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段与支流黑惠江交汇后下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。装机容量420万kW，年保证发电量190亿千瓦时，电站静态总投资223.31亿元。2010年8月6台机组全部投产。最大坝高292m 。 溪洛渡 溪洛渡水电站位于四川省雷波与云南永善的金沙江界河上，拦河坝为混凝土

15、双曲拱坝，最大坝高278米，电站装机容量 1260万kW。电站2003年开始筹建，2005年开工，2014年第一台机组投产，2017年竣工。 锦屏一级锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站装机容量360万。大坝为混凝土双曲拱坝，坝高305米，为世界第一高拱坝。2005年11月12日正式开工，2006年12月4日截流，2009年10月23日开始大坝浇筑，主体工程建设已全面展开。 二、拱坝的工作原理拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，能够把部分水平荷载一部分传给两岸的坝形建筑物。三、拱坝的特点受力特点：坝体结构是由水

16、平的拱圈和竖向的悬臂梁共同组成。拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图3-1所示。稳定：稳定性主要依靠两岸拱端的反力来维持。坝面应力以压应力为主。：拱坝的优缺点（1）工程量小 拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3 2/3。 （2）空间整体好超载能力强 拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新

17、分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的511倍。抗震能力强 拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有弹性。依靠岩石对地震能的吸收，会引起坝体应力重新分布。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能力较强。实例：意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽2.7m，最大坝高262m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963年10月9日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近3亿m3的滑坡体以40 m/s的速度滑入水库并冲上右岸，掀起

18、150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使2600人丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于8倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。（3）拱坝荷载的特点 1.自重由谁承担?-与封拱时间的有关 封拱拱坝是分块浇筑的，为了使其发挥拱的作用，用灌浆的方式将各浇筑块连接起来的工程措施。 2.扬压力由梁承担，扬压力的影响较小，约为应力的5%-10%，重力拱坝和中厚拱坝应考虑扬压力的影响；对坝肩稳定应考虑渗透压力对抗滑岩体的影响。 3. 温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资料分析表明，由

19、温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/32/3。由梁承担由拱梁共同承担温度荷载温升、温降 a.定义：是指运行过程中任一时刻坝体空间温度与封拱温度之差。 b.封拱温度的确定 封拱温度是坝体温升、温降的计算基准。 高一点好？低一点好？结论：温降对坝体应力不利温升对坝肩稳定不利（5）坝身泄流及施工较为复杂 拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝身下泄水流具有向心集中作用，挑距不远，易于造成对河床及河岸冲刷；坝身开设泄水孔会破坏拱坝作用并使孔口周边应力复杂。（6）拱坝对地形地质要求高四、拱坝对地形地质的要求地形条件是决定拱坝的结构形式、工程布置以及经济性的主要因素。坝址处

20、河谷形状特征通常用两个指标来表示，即河谷“宽高比”及“河谷断面形状”。河谷形状对荷载分配及剖面的影响1.地形条件宽高比：指拱坝基础开挖后对应坝顶高程处的河谷的宽度L 与 最大坝高H的比值。 L/H值小，说明河谷深窄，水平拱圈跨度较短，拱的刚度较大， 受力大部分传给两岸，因而坝体较薄。L/H值较大时，坝体较厚。 L/H1.5的深窄河谷中可建薄拱坝； L/H=1.53.0的中等宽度河谷可修建中厚拱坝； L/H34.5的宽河谷多修建厚拱坝； 当L/H4.5的宽浅河谷，宜建重力坝或拱形重力坝。岩石比较均匀有足够的强度透水性要小抗风化能力强坚固完整讨 论变形参数E、u：均匀强度参数R、c、f：抗渗性K、

21、J：渗透性小耐久性：抗侵蚀、抗风化无地质上的缺陷：没有大的断裂构造和软弱夹层等。2.地质条件理想的地形条件： V形河谷，两岸对称，岸坡平顺，坝肩山体雄厚，宽高比小，且地形在平面上向下游收缩的峡谷段。理想的地质条件基岩坚硬、完整、均一，有足够的强度和刚度，透水性小，抗水的侵蚀和抗风化能力强。五 拱坝的布置拱坝布置的任务及原则拱坝断面尺寸的拟定溢流布置坝体分缝拱端布置拱坝布置的步骤二滩拱坝（一）拱坝布置的任务及原则1、重要性直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。2、任务泄洪方式、厂房布置情况坝型选择拱坝断面尺寸的拟定应力和稳定分析修改方案方案优选3、影响因素自然条件，施工、运用。4、具体方法拱坝C

22、AD，利用编制好的计算机软件自动进行。半自动化方法。人工方法。5、原则满足安全要求满足运用要求：a、泄洪，b、引水，c交通，d、厂房布置满足施工要求：模板制作倒悬度：浆砌石：1：0.11：0.16，最大1：0.25；砼：1：0.3施工期经济：近可能使整个枢纽的总投资最小，最早受益。（二）拱坝断面尺寸的拟定平面拱圈的中心角、半径和厚度平面拱圈的形式拱冠悬臂梁的尺寸1、圆弧拱圈尺寸的拟定要兼顾拱座稳定和坝体应力。大的中心角对应力分布有利，拱厚减薄；不利于拱座稳定。中心角太小，对拱座的稳定有利，对坝体应力分布不利，拉应力增加。顶拱中心角以90100为宜，拱端轴线的切线与可利用基岩等高线间夹角不宜小于

23、35。 (a)等厚度圆拱； (b) 抛物线拱； (c) 三圆心拱； (d) 椭圆拱； (e)变厚圆拱； (f) 变厚非圆拱2、水平拱圈的较优形态合理的拱圈形式应是压力线接近拱轴线，使拱截面的压应力分布趋于均匀。当单独一个拱圈在上游面承受匀布水压力时，其最合理的形态为圆弧拱。由于其结构性能具有水平拱和垂直梁的作用，拱梁的系统共同承担外荷载，且水平拱所分担的水压力部分往往是非匀布的，通常是从拱冠向拱端逐渐减少的。最经济合理的拱圈形态不一定是圆弧拱，实际采用时需综合考虑经济、设计及施工等因素。三圆心拱 椭圆拱 抛物线拱3、悬臂梁尺寸的拟定悬臂梁尺寸拟定包括坝顶、底及各个高程的厚度；上下游面曲线的方程

24、。拱冠梁定义：贯穿各层拱圈顶点的悬臂梁。坝顶、底及各个高程的厚度；上下游面曲线的方程。龙羊峡 白山 风滩 响洪甸(1) 坝顶厚度Tc 坝顶厚度Tc基本上代表了顶拱的刚度。 a.加大坝顶厚度不仅能改善坝体上部下游面的应力状态，还能改善梁底上游面应力，有利于降低坝踵拉应力; b.坝顶厚度应根据剖面设计确定，并满足运行交通要求，一般不小于3m， 初拟时，可先按下列经验公式估算： Tc=0.01H+（0.0120.024）L1(2) 坝底厚度TB 坝底厚度TB是表征拱坝厚薄的一项指标，主要取决于坝高、坝型、河谷形状等。设计时可参考已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定，再通过计算和修改布置定出

25、合适的尺寸。作为拱坝优化的初始方案，坝底厚度可用下式估算： TB= 对于一般的双曲拱坝，为近似确定上游面曲线，设并满足： 当 y = 0 时，Z = 0当 y = H 时，当 时,式中 、 为经验系数，通常可取 =0.600.65=0.30.64、拱坝的型式厚高比TB/H坝体形态结构特征水平拱圈的形式水平拱的厚度变化清江隔河岩拱坝（）按厚高比分厚拱坝中厚拱坝薄拱坝厚高比 拱坝的型式 （2）按坝体形态分按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为：单曲拱坝（singlecurvature arch dam）双曲拱坝（doublecurvature arch dam）中心角的影响: 中心角大一些,

26、拱圈厚度小一些, 拱圈内力小一些, 因此适当加大中心角是有利的. 但过大的中心角将使拱端弧面的切线与河岸等高线的夹角变小,降低拱座的稳定形性.单曲拱坝（singlecurvature arch dam）定义：只在水平截面上呈拱形，悬臂梁断面不弯曲或曲率很小。适用：接近矩形或较宽的梯形、U型河谷。特点：施工简单，便于布置进水孔和泄水孔及其设备；当河谷上宽下窄时，降低拱的作用，加大坝体厚度，不经济，工程量大。定外半径定中心角拱坝（U型河谷）（仅下游弧面半径改变） 等外半径等中心角拱坝(U)等外半径变内中心角拱坝对于底部狭窄的“V”字形河谷适用。此时，各层拱圈自拱冠向拱端逐渐变厚。双曲拱坝（doub

27、lecurvature arch dam）定义：在水平和铅直截面上都呈拱形。特点：悬臂梁兼有垂直拱的作用，对降低坝体拉应力有利。在水压力作用下，双曲拱坝中部垂直梁的应力是上游面受压，下游面受拉，与自重产生的梁应力相反，可相互抵消双曲拱坝变外半径等中心角 对底部狭窄的“V”字形河谷，宜将各层拱圈外半径,由上至下逐渐减小，可大大减少坝体方量。特点：拱坝应力条件较好，梁呈弯曲形状,兼有拱的作用, 更经济，但有倒悬出现，设计及施工较复杂，对“V”、“U”型河谷都适用.变外半径变圆心 让梁截面也呈弯曲形状，因此悬臂梁也具有拱的作用；这种形式更能适应“V”、梯形及其他形状的河谷，布置更加灵活，结构复杂，施

28、工难度大。特点：应力状态尽一步改善，节省工程量，结构更加复杂，施工难度更大，被广泛采用。（三）按坝的结构分拱座嵌固的拱坝最常用设周边缝的拱坝改善受力条件空腹拱坝坝体较厚时，坝身内设空腔有重力墩的拱坝在坝的两岸端部设重力墩，保证坝肩稳定（三）溢流布置泄洪消能与重力坝相同的问题： 泄洪型式选择 孔口尺寸及布置 体形设计 泄洪能力 消能防冲 高速水流的问题拱坝特有的问题：单薄 a、不能形成完整的溢流面产生新的型式 b、 坝体削弱 c、 泄水振动曲线向心集中产生新的消能型式 高低坎及平面对冲消能拱坝一般地处高山峡谷 要解决厂泄爭位及泄洪冲刷岸坡的问题。溢流方式1、坝顶溢流布置跌流挑流滑雪道式2、坝身泄

29、水中孔底孔1、坝顶溢流布置跌流、挑流、滑雪道式。坝顶跌流结构最简单，多用于单宽流量较小的拱坝。下跌水流落点据坝址较近，坝下冲刷容易危及坝基，需有较好的基岩、较深的水垫，并应经常采取保护措施。湖南半江拱坝坝顶挑流溢流堰顶适当向上下游悬臂挑出。挑流落水点较跌流远，但离坝仍近，仍需有一定的水垫，必要时采取河床底部的防冲措施，单宽流量仍需加以限制。流溪河拱坝滑雪道式挑流适用于下泄流量较大，要求下泄水流落点远离坝址，或利用厂房顶溢流的拱坝。我国已建的乌江渡重力拱坝、东江拱坝、紧水滩拱坝等都采用了这种形式。乌江渡拱坝2、坝身泄水按其在坝身高度上的相对位置分中孔、底孔两种。中孔在坝身的中、上部；其特点是当库

30、水位低时仍有一定泄流能力。底孔设置在坝身底部，用来放空水库、冲沙排淤、辅助泄洪及施工导流等。（四）坝体分缝1、类型：（1）收缩缝：防止裂缝而设的临时缝。 横缝 纵缝（2）结构缝：改善坝体应力而设的永久性缝。 周边缝 底缝（3）施工缝：施工中砼的浇筑面。2、收缩缝横缝、纵缝是为散热、降低温度应力。均要水泥灌浆，保证坝体成为一个整体。（1）横缝一般径向布置，横缝间距一般为1520m，横缝内应设键槽。（2）断面较薄，可不设纵缝。当坝体厚度大于4050m时，则需设置纵缝。各坝段间的纵缝在平面上宜错开。龙羊峡拱坝纵缝布置图 （五） 拱端布置原则：保证拱端能很好地嵌入坚实的基岩，有充分的岩体承受施加的荷载

31、，并应考虑岩石内节理的倾向,以保证在各种荷载条件下坝肩的稳定。全径向拱座：每层拱圈的两拱端与岩基的接触原则上应做成全径向拱座，使拱端推力接近垂直于拱座面，以减小向下游滑动的剪力。* 半径向拱座：当采用全径向拱座使上游侧可利用岩体开挖过多时，此时可采用1/2径向拱座。靠上游侧的拱座面与基准面的交角应大于等于10。* 非径向拱座：当采用全径向拱座使下游侧可利用岩体开挖过多时，可采用非径向拱座，此时拱座面与基准面的夹角应 80。（六） 拱坝布置的步骤 确定可利用岩石等高线 选定坝型：由L/H确定T/H（薄、中、厚拱坝）河谷形状单、双曲地形、地质等综合平面拱形式 尺寸初拟； 倒悬度及坝面光滑度检查；

32、应力、稳定校核； 坝体方量计算，方案比较。封拱拱坝是分块浇筑的，为了使其发挥拱的作用，用灌浆的方式将各浇筑块连接起来的工程措施。单曲拱坝 可施工到坝顶而后封拱，由梁承担；双曲拱坝 需边施工边封拱（可以蓄水），拱梁共同承担。3.3 土石坝 土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，也叫当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝是世界范围内应用最为广泛和发展最快的一种坝型。世界上兴建的百米以上的高坝中，土石坝比例达到75%。其主要优点是：可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地外线运输量；能适应各种不同地形、地质和气候条件，任何不良坝址地基，经处理后均可筑坝，特别对气候恶劣、工程地质

33、条件复杂和高地震烈度区的情况，土石坝是最适宜的坝型。 世界最高的土石坝：罗贡坝(335m，塔吉克斯坦)中国最高的土石坝：小浪底(154m)（中国建成的最高面板堆石坝，清江水布垭， 233m）小浪底土石坝-119-结构特点：散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制；只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳或倾覆失稳问题；坡度大，断面大，体积大。优点：1 筑坝材料就地取材，造价低；2 适应地基变形能力强；3 施工方法灵活，技术简单；4 结构简单，工作可靠，维护方便。缺点：1 坝顶不能溢流；2 施工导流不如混凝土坝方便；3 粘土防渗体施工受气候影响。二、 土石坝的类型按施工方法分：（1）碾压式土石

34、坝应用最多（2）抛填式堆石坝（3）定向爆破堆石坝（4）水中填土坝广东南水定向爆破堆石坝(81.3m)按土石料在坝体中的配置及防渗设施位置和材料分：（1）均质坝 绝大部分由一种土料组成（2）分区坝 由不同渗透特性的料区组成分区坝：心墙坝 把防渗体放在坝体中部，断面比均质坝小。斜墙坝 把防渗体放在靠近上游坝面处，有效降低坝体浸润线，但适应地基变形的能力比心墙坝差。易产生纵向裂缝，抗震性能不如心墙坝。土石混合坝 土石各占相当比例；越靠近防渗体，土料性能越接近防渗体。土质材料心墙坝 人工材料心墙坝土质材料斜墙坝 人工材料斜墙坝斜 心 墙 坝-128-岳城土坝以礼河毛家村水电站（云南会泽，以礼河）主坝坝

35、型为粘土心墙土石坝，最大坝高80.5m，坝顶长度467m，主要泄洪方式为隧洞。以礼河土石坝岳城水库（河北磁县，漳河）主坝坝型为均质土坝，最大坝高53m，坝顶长度3570m。主要泄洪方式岸边溢洪道，大坝特点是坝下泄洪洞（涵管）。小浪底土石坝小浪底土石坝各种坝型的优缺点（1）均质坝与分区坝比较 均质坝：施工简单，适合于低坝; 分区坝：兼用粘性土与无粘性土的优点，用于高坝能节省工程量，缩短工期，但构造和施工比均质坝复杂。（2）心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝比较 心墙坝 优点：由坝身沉降导致的防渗体裂缝可能性较小，心墙与坝基及两岸防渗结合好。 缺点：心墙与坝体需同步施工，相互干扰。 斜墙坝 优缺点与心墙坝相

36、反。 斜心墙坝 综合心墙坝和斜墙坝的优点，克服心墙坝可能产生的拱效应和斜墙坝对变形敏感，对改善坝体应力状态、避免裂缝有利。代表性的工程：淮河上游河南省境内的石漫滩、板桥、白沙、薄山、南湾等水库大坝；北方有永定河上的官厅水库，辽宁浑河上的大伙房水库大坝等。唯一的一座堆石坝是狮子滩工程（钢筋混凝土斜墙坝）。 代表性工程：均质土坝：松涛水库大坝（海南，80.1m）、岳城水库大坝（河北，53m）等；心墙坝：碧口水电站大坝（甘肃，101.8m），毛家村水电站大坝（云南，82.5m）等；斜墙坝：密云水库白河主坝（北京，66.4m）等；定向爆破坝：南水水电站大坝（广东，80.2m），石砭峪水库大坝（陕西，8

37、2.5m）等。 最具代表性的工程：天生桥一级水电站的混凝土面板堆石坝(178m)黄河小浪底水利枢纽的土质斜心墙堆石坝(154m)天生桥一级小浪底大型土石坝枢纽名称省份河流坝型最大坝高（m）糯扎渡 云南澜沧江 心墙堆石坝258 瀑布沟 四川大渡河心墙堆石坝186（2009）苗家坝 甘肃白龙江面板堆石坝111三板溪 贵州清水江面板堆石坝185.5 （2006）洪家渡 贵州六冲河面板堆石坝179.5 （2004）水布垭面板堆石坝（2009，233m ）-137-四、 土石坝的工作特点和设计要求散粒体结构，导致以下问题：（1）稳定问题（2）渗流问题（3）沉降问题（4）冲刷问题（5）冻害、冰害、地震等（

38、1）稳定问题坝体为散粒结构，抗剪强度低，易滑动。土石坝的失稳一般是坝坡滑动或坝坡连同地基一起滑动的剪切破坏（特有）。设计要求：应保证在施工期和各种可能的工作条件下都是稳定的。（2）渗流问题散粒体结构，在上下游水位差作用下经坝体和地基向下游渗透，产生渗透压力和渗透变形，严重时会导致坝体失事。-140-1）浸润面渗透水流穿过坝体，在土体中形成的自由面称浸润面。2）浸润线土石坝横断面和浸润面的交线称浸润线。-141-3）饱和区、湿区、干区饱和区：土体受上浮力和渗透水压力，在荷载作用下可能滑动倒塌。湿区：毛细水，处于变化中。干区：干燥，可能出现裂缝。-142-4）渗流的主要危害 渗漏； 减轻土体有效重

39、力，降低摩擦角及凝聚力，渗透动水压力，增加滑坡的可能； 渗透变形：土石坝及地基中的渗流，由于物理和化学作用，土体颗粒流失，导致土壤发生局部破坏，称为渗透变形。5）常见渗透变形的型式 管涌、流土； 接触流失、接触冲刷等。 -143-管涌：坝体或地基中的土壤细颗粒被渗透水流带走，并逐步形成渗流通道的现象。在缺乏中间粒径的非粘性土中极易发生。流土：渗透坡降足够大时，渗流出逸处的土体被掀动浮起的现象。它主要发生在粘性土及均匀非粘性土体的渗流出口处。-144-接触流失：渗流垂直于渗透系数相差较大的接触面流动时，将渗透系数较小土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层。接触冲刷：当渗流沿粗细两种土层的接触面

40、或建筑物与地基的接触面流动时，沿层面带走细颗粒的现象。设计要求：按“上堵下排”的的原则采取有效防渗、排水措施。-146-（3）沉降问题土粒间存在孔隙，土体颗粒之间易产生相对位移，在坝体自重和水压力作用下，土石坝会有明显的沉降变形。危害： 引起挡水高度不足； 不均匀沉降使坝体开裂，威胁坝安全。设计要求： 确定坝顶高程时考虑所有可能的沉降； 可能产生不均匀沉降的结构部位提出措施。-147-（4）冲刷问题土颗粒间的凝聚力很小，其抗冲能力很低。当洪水漫过坝顶时，水流必然会携带土粒流失，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。例如，1975年8月，我国淮河上游两座土坝，因溢洪道泄洪能力不足发生洪水漫顶而溃坝。

41、由于波浪的作用，必然导致坡面土料的流失和坍塌，削弱坝体剖面尺寸，对坝体稳定不利。设计要求： 坝顶应有足够的超高，不允许漫顶； 上下游坝面和坝顶需采取保护措施，保证坝体安全。-148-（5）其他问题 冰压力 冬天冻融，夏天干裂 动物破坏 地震，粉砂地基的振动液化设计要求：对上下游坝坡和坝顶采取有效防护措施，设计出良好的护坡及坝顶结构；控制粉砂密实度，防止液化。206座土石坝事故原因分析破坏原因占总溃坝的比例洪水漫顶30 %渗透破坏38 %滑 坡15 %护 坡5 %其 它7 %原因不明5 %二 土石坝的剖面设计和构造一、土石坝剖面的基本尺寸二、坝体防渗设施三、坝体排水设备四、护坡和坝顶构造一、土石

42、坝剖面的基本尺寸基本剖面： 是梯形，应满足挡水、边坡稳定和防渗要求。主要构造： 包括： 坝身、防渗体、排水设施、护坡。基本尺寸： 坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝面坡度、防渗和排水设施的轮廓尺寸。坝顶高程在静水位以上应有足够的超高，超高值按下式计算 ：1、坝顶高程R波浪爬高；e风雍高度；A安全加高2、坝顶宽度根据坝高、构造施工、交通和防汛抢险要求确定。如无特殊要求，中低坝顶宽可为5-10m，高坝可为10-15m。满足心墙或斜墙顶部及反滤层布置厚度要求。3、坝坡影响坝坡的主要因素： 坝型、坝高、筑坝材料的性质、地质条件及地震等。坝型心墙坝上游坡一般比同等条件下的斜墙坝陡，下游坡则相反。坝高坝高超过10-30m时，可从上到下分级放缓，变坡处设马道。每隔15-20m变坡一次。地质条件地质条件较差时，坡度应缓些。当上、下游坡为同一种土料时，上游坡应比下游坡缓。155 土石坝坝体防渗设施根据材料可分为：1、人工材料防渗体：沥青砼，钢筋砼2、土质防渗体土质心墙土质斜墙斜心墙粘土铺盖 二、坝体防渗设施156土质心墙：位置：位于坝体中央或稍偏上游；材料：透水性很小的粘土或壤土；厚度：自上而下逐渐加厚，底部厚度