4.第十节 泄水重力坝

第十节泄水重力坝一、溢流重力坝(一)基本要求1.有足够的过流能力•孔口尺寸•孔口形体•流量系数2.有良好的水流流态•水流平顺•不产生负压、振动、空蚀•不冲刷下游河床危及坝体•下游不产生折冲水流影响其它建筑物正常运行3.有灵活的水流控制设备•闸门•启闭机(二)孔口设计1.洪水标准(洪峰流量、洪水总量)(p85表3-11)2.孔口形式•开敞溢流式(堰顶接近正常蓄水位、上部不设胸墙)•大孔口溢流式(堰顶低、上部设胸墙)(二)孔口设计3.孔口尺寸(闸墩间隔尺寸)•满足泄洪要求(q=Q溢/L，b=L/n)•适应闸门和启闭机的制造与运行(b/H=1.5~1.7)•适应枢纽布置(孔口高宽决定的溢流段总长适应坝段布置)•保证下游水流条件(孔口数多为奇数)(二)孔口设计4.闸门和启闭机•闸门：•平板门(结构简单、闸墩受力好、启闭力大、闸墩厚)、•弧形门(启闭力小、闸墩薄、无门槽、水流平顺、闸墩受力条件差、闸墩长)•启闭机：活动式(多用于平板门)、固定式(多用于弧形门)(二)孔口设计5.闸墩•墩厚：平板门(门槽深0.5~2.0+门槽处墩厚1.0~1.5)、•弧形门(1.5~2.0，缝墩增厚0.5~1.0)•形状：上游端半圆形、椭圆形；下游端流线型、圆弧曲线•边墩导墙：顶部厚0.5~2.0，延长至消力池末端或厂房后一定范围，每隔15m设伸缩缝及止水防溢流时漏水(二)孔口设计6.横缝：设在闸墩中间(不均沉降不影响启闭、闸墩厚度大)•设在孔跨中间(不均沉降可能影响启闭、闸墩厚度大、横缝上过流可能局部水流不顺)(三)溢流面体形设计要求：•流量系数较高、泄流能力大•水流平顺，不产生负压和空蚀•体形简单、造价低、便于施工1.顶部曲线段与锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻合我国多采用WES曲线2.反弧段通常采用圆弧曲线，R=(4~10)h(h---校核洪水闸门全开时反弧处水深)流速愈大R愈大，流速小于16m/s时取下限3.中间直线段坡度同非溢流坝下游坡，与基本三角形斜边一致，上下与堰顶曲线和下部反弧相切4.剖面设计上游坝面铅直或下部倾向上游，下游坝面如上述1.2.3.有挑流鼻坎超出基本三角形外出现较大拉应力时与坝体分开(四)消能防冲设施消能：部分水流动能转换成热能消能途径：–水流内部紊动、掺混、剪切、旋滚–水股扩散、水股间碰撞–水流与固体边界剧烈摩擦和撞击–水流与周围气体的摩擦和撞击设计原则：–大部分下泄水流动能消耗在水流内部紊动中或水流与空气的摩擦中–不产生危及坝体的河床或岸坡的局部冲刷–下泄水流平稳，不影响其它建筑物正常运行–结构简单、工作可靠–工程量小1.底流消能特点：–水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混消能–消能效果好，对水头(高、中、低)、地质条件和尾水变幅适应性强–护坦较长，土石和砼的方量大，工程造价高消能工：–消力池为主体消能工，消力池断面多为矩形，也有扩散式和收缩式–常见辅助消能工有分流趾墩、消力墩、尾坎形成消力池的措施：–护坦末端设消力坎，坎前成消力池–降低护坦高程形成消力池–既降低护坦又建消力坎形成综合消力池2.挑流消能•特点：–利用挑流鼻坎将下泄急流抛向空中后落入下游远离坝址的河床中，急流与固体边界摩擦、在空中与空气摩擦、掺气、扩散、落入尾水中淹没紊动扩散而消能–挑流鼻坎控制射流落水远近、范围和流量分布，对尾水变幅适应强–结构简单、施工与维修方便、造价低–下游受冲刷严重、堆积物多，尾水波动与雾化严重–适用于基岩较坚固的中、高水头各类泄水建筑物•消能工：–挑流鼻坎为主要消能工，要选择鼻坎形式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游冲刷坑深–鼻坎坎顶应高出下游水位1~2m–挑角愈大射距愈远，一般200~250–反弧半径R=(8~10)h(h---坎上水深)，R太大鼻坎太长增加工程量，太小水流转向不平顺•挑坎形体：扩散坎、连续坎、差动坎、斜挑坎、扭曲坎、高低坎、窄缝坎、分流墩、宽尾墩3.面流消能•特点：–鼻坎将主流挑至下游水面，在主流下面旋滚消能–旋滚流速低，沿河床流向坝址，河床可不加固，但要防止水滚裹挟石块磨蚀坝脚地基–高速水流在表面伴随强烈波动，下游很长距离水流不平稳–适用于下游尾水较深、流量变化范较小、水位变幅不大、有排冰漂木要求4.消力戽•特点–挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内旋滚消耗大量能量后经鼻坎挑至下游表面–高速水流在表面，减轻了对河床的冲刷，不需做护坦–水面波动大，有面流消能相似的缺点–适用于尾水较深(大于跃后水深)、下游水位变幅较小、无航运要求、下游河床和两岸抗冲能力较强二、坝身泄水孔•作用：泄水–预泄库水增大调蓄能力–放空水库检修–排沙减少淤积–泄水满足航运、灌溉–施工导流•工作条件–孔内高速水流易产生负压、空蚀、振动–闸门在水下检修困难–闸门水压力大、所需启闭力大–门体结构、止水、启闭设备复杂，造价高–水头高孔口面积大，技术问题复杂第十一节重力坝的地基处理•地基缺陷：风化、节理、裂隙；断层、破碎带、软弱夹层•处理方式：–一般处理：开挖清基、固结灌浆、帷幕灌浆、坝基排水–断层破碎带特殊处理：砼塞(高1—1.5倍断层宽，向上、下游边界延伸1.5—2.0倍塞高)–软弱夹层特殊处理：•浅埋的：明挖填砼•深埋的：坝踵砼齿墙、夹层内砼塞、坝址砼齿墙、坝址下游抗滑桩、坝址下游预应力锚索–溶洞处理：•浅埋的：开挖回填砼•深埋的：帷幕灌浆、洞挖回填第十二节重力坝的材料及构造一、混凝土•性能–强度标号：R75、R100、R150、R200、R250、R300、R400(C10、C15、C20、C25、C30、C40)–抗渗性：S2、S4、S6、S8–抗冻性：D50、D100、D150、D200、D250–抗冲刷性：一般强度高抗冲刷性能高，抗冲刷砼强度应不低于R200，抗冲要求高的不低于R300–抗侵蚀性：环境水具有侵蚀性时应选用适宜水泥和骨料–抗裂性：保证强度的前提下选用发热量低的水泥、减少水泥用量和提高抗裂性能•材料–骨料：粗骨料：块石(粒径(mm)4级：5—20、20—40、40—80、80--150)；细骨料：砂–胶凝材料：水泥(硅酸盐水泥、矿渣水泥)、掺和料(一般为水泥用量的15%--25%，粉煤灰、火山灰)–外加剂：减水剂、加气剂、塑化剂、缓凝剂、速凝剂–水二、坝体分区按不同部位对混凝土性能要求不同分区，采用不同标号，节约水泥和减少发热量•坝体内部混凝土•水位以上坝体表层混凝土•水位以下坝体表层混凝土•水位变化区坝体表层混凝土•强约束区(靠近地基的)混凝土•抗冲刷部位的混凝土(溢流面、泄水孔、导墙、闸墩)三、重力坝的分缝分块•横缝(为适应不均匀沉降、温度变形，间距12—20m，也有达24m的)–永久性横缝(不设键槽、不灌浆、设止水及沥青井、排水井、检查井)–临时性横缝(设键槽、设灌浆系统、不设止水)–坝段与基岩面连接(岸坡基岩面缓于1:2的利用帷幕灌浆对接触面灌浆，陡于1:2的在基岩上挖槽设接触面止水回填砼，陡于1:1的按临时横缝沿周围嵌止浆片设灌浆系统进行接缝灌浆)•纵缝(为适应浇筑能力和减小施工期温度应力，间距15—30m)–缝面设水平向键槽，键槽面大致沿主应力方向呈斜三角形–缝面沿高度10—15m分灌浆区，灌浆区周围设止浆片(镀锌铁片或塑料片)•水平施工缝(上下层浇筑块之间的接合面)–浇筑块厚度1.5—4.0m，一般1.5—3.0m，靠近基岩面0.75—1.0m厚薄层浇筑以利散热–上、下层之间一般间歇3—7天，上层浇筑前对下层顶面用高压水冲毛成干净麻面后铺一层2—3cm水泥砂浆再浇砼–纵缝两侧相邻坝块水平施工缝不宜设在同一高程四、坝体排水•排水管至上游坝面不小于1/10—1/12坝前水深，不小于2m•多用预制多孔砼管，间距2—3m，内径15—25cm•渗水由排水管进入廊道汇入集水井抽排向下游五、廊道系统1．基础灌浆廊道•用于进行基础帷幕灌浆的廊道。距上游面0.05~0.1倍作用水头且不小于4m，常用城门洞形，底面距基岩面大于1.5倍廊道宽度。•门洞尺寸常用为宽：2.5~3m，高：3~4m。该廊道随坝基面由河床向河岸逐渐升高，坡度不大于45°，以便进行灌浆作业。坝体排水与廊道构造图示坝基排水孔坝体与坝基排水排水管廊道构造廊道2．检查及排水廊道•多采用城门洞形，各层廊道在两岸均应设出口•距上游面0.05~0.07倍水头，且不小于3m•沿高度每隔15~30m设一层•廊道宽≥1.2m，高为≥2.2m3．其他廊道•其他有交通廊道、观测廊道等，用于坝体内部交通或监测坝内变形情况。六、坝顶•防浪墙•人行道•起重机轨道•坝顶排水管•(参见P124图3-88)第十三节碾压混凝土重力坝一、特点•干贫砼•类同土石坝碾压施工–自卸汽车(或皮带机)运料入仓–推土机平仓–振动碾压实•优点–工艺简单、可快速施工缩短工期–胶凝材料(水泥+粉煤灰、矿渣等活性料)用料少(水泥60～90kg/m3，胶凝材料120～160kg/m3)–薄层大仓面浇筑、水泥用量少降低水化热，可减化温控措施–不设纵缝节约模板和接缝灌浆–可使用大型土方机械提高运输和填筑工效–降低工程造价二、材料•胶凝材料：•水泥用量少，粉煤灰占胶凝材料的30%--60%(有高达70%的)•外加剂为胶凝材料的0.25%左右•砂率30%左右•水胶比一般为0.45—0.7•骨料最大粒径dmax≤80mm•VC值一般15—20S三、坝体防渗上游常规混凝土防渗；富胶凝材料碾压混凝土防渗(上游面3m范围内)；横缝设止水；喷涂合成橡胶薄膜防渗层；四、坝体排水习题1.某重力坝按基本荷载组合计算出每m坝段坝体的坝基面为120m2，总铅直荷载为86000KN，底部总扬压力为24000KN，向下游的总水平荷载为48000KN，坝基面倾向上游，倾角7°，坝基面岩体对坝底砼的磨擦系数为0.6，抗剪断摩擦系数为0.9，抗剪断凝聚力为1.1MPa，试分别以抗剪强度公式和抗剪断公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数Ks和Ks’。习题2.重力坝的三种基本荷载组合与二种特殊荷载组合分别各组合了哪些荷载？3.泄水重力坝的底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能各用何消能工？各有何特点？分别适用于什么条件？4.重力坝的永久横缝、纵缝和水平施工缝各应作何设置和处理？5.碾压混凝土重力坝的碾压混凝土与常规混凝土相比有何特点？