河海大学水工建筑物(重力坝)教学02-重力坝4构造地基.ppt

§6 重力坝的材料及构造,一、材料——混凝土（concrete）,1. 水工混凝土的特性指标,1） 混凝土的强度 组成：水泥（胶结材料）、骨料（石子、砂）、水、掺合料 强度：随时间而增长,强度等级,由抗压强度标准值确定按标准方法制作养护的15X15X15 cm3立方体试件、在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度大坝常态混凝土强度的标准值采用90d龄期强度，保证率80%大坝碾压混凝土强度的标准值采用180d龄期强度，保证率80%2） 混凝土的耐久性,抗渗性：抗渗标号表示，由渗透坡降确定渗透坡降是指单位渗径长度上的水头损失见课本p55 抗冻性：抗冻标号表示，混凝土在饱和状态下，经受多次冻融循环而不破坏、也不严重降低强度的性能抗冻性好的混凝土，抗风化能力强，故在温暖的地区也有此要求 抗磨性：混凝土抵抗高速水流或夹沙水流的冲刷、磨损的性能，尚无明确标准，一般用提高抗压强度来处理（高标号硅酸盐大坝水泥，C20级以上），且骨料坚硬、振捣密实 抗侵蚀性：混凝土抵抗环境水侵蚀的性能，尚无明确标号，一般选择适当品种水泥和骨料如矿渣水泥或火山灰水泥2、坝体混凝土分区,Ⅰ区——上、下游水位以上坝体外部表面混凝土 Ⅱ区——上、下游水位变化区的坝体外部表面混凝土 Ⅲ区——上、下游最低水位以下坝体外部表面混凝土 Ⅳ区——基础混凝土 Ⅴ区——坝体内部混凝土 Ⅵ区——抗冲刷部位的混凝土，如溢流面、泄水孔、导墙、闸墩等,混凝土分区的性能（P57）,二、施工期温控,1. 温度变化,坝体混凝土的稳定温度取决于边界温度。

气温、水温、地温等周期性波动，坝体坝体混凝土温度也有波动，表层显著，内部不显著、滞后2. 温度应力和温度裂缝,混凝土温度发生变化，其体积随之热胀冷缩，当混凝土块体受到约束、不能自由伸缩时，就产生温度应力；当拉应力超过混凝土抗裂强度时，就产生裂缝1）基础温差引起的应力和裂缝,水平向温度应力,2）坝块内外温差引起的应力和裂缝,混凝土块体在温度发生变化时，其温度分布是不均匀的表面与周围环境易热交换，内部温度高于外部，内部混凝土膨胀较快，表层膨胀较慢（甚至收缩）内部混凝土的膨胀受到约束，产生压应力，而外部混凝土受到内部混凝土的约束，产生拉应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度，就产生裂缝一般只发生在表层，不甚重要公式见P602. 防止温度裂缝的措施,温度裂缝对坝体的危害性视其发展深度和出现的位置而不同平行于坝轴线的贯穿性裂缝，破坏坝的整体性；在上游面出现的裂缝会加剧渗漏，使混凝土遭受溶蚀，且扬压力增大，对坝的应力和稳定不利；溢流坝面的裂缝将降低抵抗高速水流冲刷的能力；较深的表面裂缝也在一定程度上降低坝的整体性和耐久性 温度应力取决于温差及约束条件因此，防止坝体温度裂缝的措施，主要有加强温度控制、提高混凝土的抗裂强度、保证混凝土的施工质量和采用合理的分缝、分块等方面。

1）温度控制标准,①基础温差：指浇筑块在基础约束范围内，混凝土最高温度与稳定温度之差基础温差标准是大体积水工混凝土结构最重要的温度控制项目因为基础混凝土一旦发生裂缝，将会发展成垂直贯穿性裂缝，严重地破坏结构的整体性②上下层温差：指在老混凝土(龄期超过28天)面上下各L/4范围内，上层新混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层老混凝土实际平均温度之差当上层混凝土短间歇均匀上升的高度大于0.5L时，上下层容许温差约为15~20℃，浇筑块侧面长期暴露时，宜采用较小值严寒地区应另行研究③内外温差：指混凝土块体内任一时刻的平均温度与表面最低温度之差混凝土表面温度与气温有关，为安全计一般用边界气温来代表控制内外温差，主要目的是防止表面裂缝在基础或老混凝土约束范围以外的混凝工块体，控制在23～25℃以内；在基础或老混凝土约束范围以内，控制在20～22℃以内；对于坝体上游面或其他有防渗要求的部位，也应按后一标准控制2）温度控制措施,①减少混凝土发热量 ②降低混凝土入仓温度 ③加速混凝土热量散发 ④防止不利气温影响，保护混凝土表面 见P61-62,三、混凝土重力坝的构造,1、坝顶结构,一般采用实体结构，按路面设计，布置排水系统和照明设施。

也可采用轻型结构2、坝体分缝,适应温度变化产生的伸缩变形和地基产生的不均匀沉降，以及适应施工期浇筑能力和温度控制等，需要设横缝、纵缝和水平施工缝等1）横缝及止水,横缝垂直于坝轴线，将坝体沿坝轴线分成若干个坝段，是永久缝缝面为平面，不设键槽，不灌浆，使各坝段独立工作缝宽1~2cm，缝内用沥青油毛毡或沥青玛蹄脂填充缝内上游设止水2）纵缝和水平施工缝,纵缝平行于坝轴线，是为适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝纵缝有垂直纵缝、斜缝、错缝三种布置蓄水前，混凝土充分冷却收缩、坝体达到稳定温度的条件下进行灌浆，使坝段成为整体缝面设键槽 水平缝是上下两层新老混凝土浇筑块之间的施工接缝它是坝体防渗、抗剪的薄弱面，须认真处理3、坝体排水,目的：减少渗水影响，降低坝体中的渗透压力 方法：在上游坝面设排水孔，间距2~3m，距上游坝面(1/15~1/25)H，不小于2m4、坝内廊道,§7 重力坝的地基处理,重力坝承受较大的荷载，对地基要求较高然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化、节理、裂隙、破碎带等缺陷，在不同程度上破坏了基岩的整体性和均匀性，降低了基岩的强度和抗渗能力。

因此，必须对地基进行适当的处理，以满足重力坝对地基的要求： 1.具有足够的强度，以承受坝体的压力 2.具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷的要求 3.具有足够的抗渗性，以满足坝基渗透稳定和减少渗漏的要求 4.具有足够的耐久性，以防止在水的长期作用下基岩性质发生恶化 地基处理，一般包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层、破碎带和溶洞等进行专门的处理高坝应挖到新鲜或微风化下部的基岩；中坝宜挖到微风化或弱风化下部的基岩；对两岸地形较高部位的坝段，其开挖基岩的标准可比河床部位适当放宽 坝基开挖的边坡必须保持稳定；在顺河方向，为保持坝体的抗滑稳定，不宜开挖成向下游倾斜的斜面，必要时可挖成分级平台或向上游倾斜面；两岸岸坡应开挖成台阶形，以利于坝块侧向的稳定；基坑开挖轮廓应尽量平顺，避免有高差悬殊的突变，以免应力集中造成坝体裂缝；当地基中有软弱夹层存在，且用其他措施无法解决时，也应挖除 为保持基岩的完整性，避免开挖爆破震裂，基岩应分层开挖 基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，清除一切松动的岩块，打掉突出的尖角基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。

1. 坝基开挖清理,2. 固结灌浆,固结灌浆：浅孔低压灌注水泥浆对坝基加固处理 目的：①提高岩体的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，并提高基岩的抗压、抗剪强度；②降低坝基的渗透性，减少渗漏量；③帷幕旁边的固结灌浆可提高帷幕的灌浆压力 孔距和排距由地质条件和试验确定 灌浆压力根据岩石裂隙发育程度、浆液浓度、孔深等因素确定3. 帷幕灌浆,帷幕灌浆：靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕 目的：①降低坝基的渗透压力，减少渗流量； ②防止坝基内产生机械或化学管涌 确定帷幕深度、帷幕厚度、灌浆孔布置、灌浆压力等,1）帷幕深度,根据基岩的透水性、水头、降低渗压的要求确定一般达到相对不透水层，需专门研究2）帷幕厚度,根据允许渗透坡降确定，P753）两岸帷幕,减少两岸绕坝渗流的不利影响，保证岸边坝块的稳定 达到相对不透水层，与坝基防渗帷幕形成封闭防渗系统 专门研究4. 坝基排水系统,目的： 收集并排走由地基渗透过来的水，进一步降低坝基扬压力 因为：坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗流5. 软弱破碎带处理,目的： 提高软弱带的力学性能，以防止坝基承受荷载时因局部承载能力低而使坝体产生应力集中、不均匀沉陷或滑动失稳； 提高软弱带的抗渗能力，以防止库水沿软弱带发生大量渗漏、管涌或增加坝基扬压力。

缓倾角破碎带处理,软弱夹层处理,采用抗滑混凝土塞,破碎夹层带处理,采用预应力锚固,。