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各位同学大家好

本节课我们学习重力坝的构造

所谓构造

就是为了满足坝体的结构安全

功能需要、施工要求等

在坝体局部部位进行的细部设计

对于重力坝的构造

主要有坝体的分缝分块、排水

廊道和坝顶构造设计4个方面

以下分别介绍

1、坝体的分缝、分块

经过前面内容的学习

我们知道

重力坝混凝土需要进行温度控制

为减小温度应力

以及考虑不同坝段功能的需要

在坝体内设置如图所示的横缝

以增加散热面

并减少对施工期混凝土变形的约束

对于座落在不同性质坝基上的相邻坝段

为适应坝基的不均匀变形

也需设置横缝

重力坝的体积很大

混凝土的浇筑需要分段分块逐层上升

还需要设置纵缝

以满足施工能力和混凝土材料散热的要求

而且由于分层浇筑施工

在水平分层面上会产生水平缝

如图所示

因此

重力坝的分缝有三种：横缝、纵缝、水平缝

第一种

横缝

横缝垂直于坝轴线

将坝体分成若干个独立的坝段

其作用主要是：增加散热面

减少对坝体变形的约束

减小温度应力

适应坝基不均匀变形

以及满足坝段功能和施工的需要

横缝的间距

也就是所划分坝段的宽度

一般为15~20m

其划分主要取决于坝基特性、河谷地形

温度变化、结构功能布置和浇筑能力等

横缝大多为永久性的

这种横缝在坝体运行期永久性存在

且允许其自由张开

即相邻坝段之间不接触

各坝段独立工作

这种永久性横缝通常做成竖直平面

缝宽通常为1~2cm

为保持各坝段独立工作

在缝面不设置键槽或灌浆系统

为避免横缝漏水

需在缝面设置止水系统

止水系统的设置

《混凝土重力坝设计规范》规定

对于高坝

应采用两道止水片

中间设置沥青井

其示意简图如图所示

止水片可采用紫铜、橡胶、不锈钢等

其中

如图所示的紫铜片

具有较好的延性、抗弯折、耐腐蚀性能

被广泛使用

其厚度一般为1.0~1.6mm

中间做成可伸缩的鼻坎型

两侧埋入混凝土20~25cm

在缝面形成封闭的防渗体系

橡胶止水如图所示

也具有较好的适应变形能力

价格便宜

但其耐久性相对较弱

沥青井示意图如图所示

可以做成圆形或方形

井内灌注沥青填料

并设置加热装置

井底设置排出管

以便加热沥青

增强填缝止水效果

以及排出老化的沥青后重新填料

横缝的止水系统除上述形式外

还可以在止水片下游侧设置排水井

如图所示

使得上游侧止水系统若失效漏水

水流可快速顺利排出

以避免在横缝处积聚较大的水压力

影响坝块的稳定性和应力安全

也可以做成图示的

两道止水片+下游侧排水井的型式

取消中间的沥青井

上述这些设计型式

在上游侧挡水防渗

以预防为先

下游侧排水减压

以疏导为后

即水利工程设计中的“上挡下排”设计理念

是同学们需要重点学习和深入体会的

横缝除了永久性的

也有临时性的

主要用于河谷狭窄、岸坡陡峻

局部坝段的坝基条件较差

以及在强震地区等情况下

某些坝段的独立稳定性较弱

或相邻坝段间的不均匀沉降较大时

可将相邻的两个或多个坝段连成整体

坝段间互相提供支持力

以提高其整体稳定性和刚度

减小外界不利条件的影响

这种临时性横缝只在施工期存在

以满足施工分段的需要

而在各坝段浇筑完成后

需通过在缝面上预设的键槽和灌浆系统

将其封闭连为一体

临时性横缝在运行期不能随意张开

第二种分缝是纵缝

为适应混凝土的浇筑能力

和减少施工期温度应力

常在平行坝轴线方向设置纵缝

将一个坝段在顺水流方向分为多个坝块

如图所示

纵缝的间距根据混凝土浇筑能力

和温度控制要求确定

一般为15~30m

纵缝也不宜过多

以免增加缝面处理的工作量

以及削弱坝体的整体性

纵缝需在各坝块浇筑完成

坝体冷却至接近稳定温度时再进行接缝灌浆

将其连为一体

因此

纵缝都是临时性的

仅在施工期存在

为保证纵缝在运行期良好的结合

不产生张开

需在缝面预设水平向键槽及灌浆系统

键槽断面如图所示

键槽呈斜三角形

可以加强缝面咬合

更好地传递压力和剪力

防止缝面错动张开

在缝面上布置如图所示的灌浆系统

通过进浆管、升浆管、水平管及出浆盒等装置

以及止浆、回浆装置

将水泥浆液压入缝面

待其凝固后将缝面两侧坝块紧密结合

形成整体

近年来

随着混凝土温度控制和施工技术水平的不断提高

纵缝间距有加长趋势

有些高坝采用通仓浇筑

不设纵缝的方式

减少了纵缝对施工的干扰及缝面处理工作量

提高了施工效率

坝的整体性较好

采用这种施工方式需进行专门的论证

严格做好温控措施

第三种分缝是水平施工缝

即上、下层浇筑块之间的结合面

水平施工缝的处理关系到

大坝的强度、整体性和防渗性

处理不好易成为坝体的薄弱面

混凝土重力坝浇筑块厚度一般为1.5~4.0m

靠近基岩处的浇筑厚度要减小

一般采用0.75~1.0m的薄层浇筑

以利于混凝土散热

减少温度裂缝的产生

对于相邻坝块的水平缝

不宜设在同一高程

以免形成缝面的连通贯穿

严重影响坝体整体性

另外

为保证上、下层浇筑块间良好的结合

浇筑上层混凝土之前

需对下层混凝土表面冲洗、凿毛

铺设2~3cm厚的水泥砂浆

然后浇筑

以上是重力坝构造的第一个方面——坝体的分缝分块

第二个方面

是坝体的排水构造

为减小渗水对坝体的不利影响

避免产生较大的扬压力

在靠近坝体上游部位需设置排水管幕

排水管幕需距离上游坝面不能太近

以免产生水力击穿破坏

距离一般不小于坝前水深的1/10~1/12

且不小于2m

排水管常用预制多孔混凝土管

一般间距2~3m

内径15~25cm

渗水由排水管进入廊道

可汇入集水井

经横向排水管自流或抽排到下游

坝体排水的设计

也符合前述“上挡下排”的设计理念

即通过上游坝面

以及坝基内帷幕灌浆或防渗墙等挡水防渗

下游通过管幕排水减压

避免渗透压力的积累及扬压力的上升

重力坝构造的第三个方面是坝内廊道

所谓廊道

是为满足灌浆、排水、观测

检查和交通等方面的需要

在坝体内预留的孔洞

这些纵横交错的廊道互相连通

构成廊道系统

如图所示

在两岸坝基面附近设置灌浆廊道

用以在廊道内向坝基岩体内钻孔、灌浆

形成坝基防渗帷幕

在坝体不同高程设置水平向廊道

满足坝体不同高程的排水

观测、检查等功能的需要

对于高坝

分层较多

各层廊道应在两岸连通

若廊道较长

沿坝长每隔200~300m

需在上、下层廊道间布置竖直向或斜向的交通廊道

或者交通直井、电梯竖井等

廊道的位置需距离上游坝面不小于0.07~0.1倍水头

且不小于3m

廊道的断面多为城门洞形

对于灌浆廊道

需考虑灌浆施工设备需要的空间

一般宽2.5~3m

高3~3.5m

排水廊道和交通廊道

一般宽1.2~2.5m

高2.2~3.5m

另外

在布置坝内廊道时

应考虑各种廊道的综合功能

尽量做到一条廊道、多种用途

以减少施工干扰和降低工程量

对于同种廊道

其断面形状和尺寸应尽量一致

方便施工

以及避免尺寸突变引起的局部应力集中现象

重力坝构造的最后一项是坝顶构造

在坝顶上游侧需设置防浪墙

防浪墙的高度一般为1.2m

常用钢筋混凝土结构

与坝体连成整体

并设置分缝、止水

防浪墙墙身应有足够的强度

以抵御波浪与漂浮物的冲击

坝顶下游侧需设置防护栏杆

坝顶面要考虑交通需要

按照路面设计

并设置排水沟、电缆沟及照明设施等

以上是重力坝的几类构造

通过精细的设计和良好的施工

可以满足坝体结构安全和功能的需要