水工建筑物課件：第四章 拱壩11

1、3.防滲帷幕 孔深 伸入相對隔水層以下35m； 若相對隔水層埋藏較深，孔深（0.30.7）h(水頭)； 對地質(zhì)條件特別復(fù)雜的地段，經(jīng)論證孔深可達(dá)1倍水頭以上。 孔距：逐步加密，開始6m，最終1.53m， 排距：略小于孔距。 排數(shù)：一般用l3排。 范圍：兩岸帷幕原則上應(yīng)延伸至正常蓄水位與相對隔水層相交處，或與蓄水前的天然地下水位線相交處。如按此原則帷幕需延伸很遠(yuǎn)時(shí)，可在不影響壩肩巖體穩(wěn)定的前提下，暫向岸坡延伸2050m或更遠(yuǎn)，待蓄水后根據(jù)壩基的滲漏情況決定是否再行延伸。 灌漿壓力：由灌漿試驗(yàn)確定，在保證不破壞巖體的條件下取較大值，在頂部段1.5h、底部（23）h(壩前靜水頭)。4.壩基排水 主排

2、水孔:1道，間距3m左右，孔徑15cm； 輔助排水孔: 12道，間距36m，孔徑15cm。 排水孔與防滲帷幕下游側(cè)的距離：帷幕孔中心距的12倍，且24m。 主排水孔深：兩岸壩肩為帷幕孔深的（0.40.75）倍，河床段孔深帷幕孔深的0.6倍，但固結(jié)灌漿孔的深度。 對高壩、兩岸較陡、地質(zhì)條件較復(fù)雜的中壩，宜在兩岸設(shè)多層排水平洞，加鉆排水孔，組成空間排水孔洞系統(tǒng)。5.斷層破碎帶或軟弱夾層的處理 同重力壩圖468 拱壩基巖帷幕灌漿與排水孔布置（高程：m）（a）壩體剖面；（b）壩肩（基岸）剖視6.高邊坡處理 天然高邊坡：工程之前就存在、未受人類活動(dòng)擾動(dòng)的高邊坡。 工程高邊坡：工程施工開挖形成的高邊坡，如

3、：壩肩邊坡、水工地下洞室進(jìn)出口邊坡、地面電站廠房邊坡、溢洪道邊坡、船閘邊坡以及引水渠道、道路邊坡等。李家峽工程的左、右岸壩肩邊坡高達(dá)220m，在建的小灣、拉西瓦、溪洛度及錦屏等工程邊坡高達(dá)200300m，天然邊坡甚至高達(dá)1000m以上。 1963.10.9.【意】瓦依昂拱壩庫區(qū)發(fā)生山體大滑坡，滑動(dòng)范圍L=1.8km、B=1.6km，V=2.7億m3；山坡體突然滑動(dòng)誘發(fā)地震，遠(yuǎn)在維也納和布魯塞爾都測到了地震信號，激起水庫涌浪高過壩頂260m，水浪漫壩和強(qiáng)烈氣流，沖毀下游河谷中的建筑物，導(dǎo)致拱壩和電站報(bào)廢，2600人喪生。 龍羊峽壩肩邊坡、漫灣水電站左岸邊坡、天生橋二級水電站廠房邊坡也發(fā)生過大小不

4、同的滑坡事故。 邊坡失穩(wěn)：有滑動(dòng)（多發(fā)）、崩塌、傾倒、潰屈、斷裂、流動(dòng)以及各種復(fù)合等型式。 防范： 做好勘察工作:對壩址的地形地貌、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地震地質(zhì)環(huán)境、地層巖性、匯水域、地表、地下水文網(wǎng)絡(luò)及水文動(dòng)力參數(shù)等都應(yīng)查清，這是防治邊坡的基礎(chǔ)； 防水：地下水對坡體作用有滲流壓力，高位地表水下滲將加大坡體的滲流，水下坡體受有水的浮力，水滲入巖層能降低巖體層面抗剪強(qiáng)度以及水流的沖刷作用等； 施工：開挖要自上而下分層進(jìn)行，避免二次削坡，采用預(yù)裂爆破或光面爆破，在設(shè)有錨索、錨桿或砼支護(hù)的高邊坡，每層開挖后宜立即錨噴，坡頂設(shè)排水溝等；在地震區(qū)要按地震級別做好設(shè)防；對高地應(yīng)力地區(qū)，以不擾動(dòng)或少擾動(dòng)高地應(yīng)力地

5、層為宜； 監(jiān)測：及時(shí)了解邊坡體在施工過程和運(yùn)行中性狀的變化，對邊坡安全評估的重要依據(jù)，也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、計(jì)算是否正確的最有效途徑。 加固：用截、堵、排水措施降低地下水位；設(shè)抗滑樁，增加坡體抗滑力；削坡減載，減少坡體下滑力；預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿加固，或進(jìn)行固結(jié)灌漿，以增強(qiáng)巖體的整體性；置換軟弱帶或設(shè)抗滑鍵，提高抗剪能力；坡腳壓載護(hù)坡，以提高坡前緣的局部穩(wěn)定等。4-10 漿砌石拱壩 一、工作特點(diǎn) 漿砌石拱壩在全國已建中、小型的拱壩中，約占90%。 山區(qū)石多土少，就地取材，節(jié)省三材； 工程量比同高的重力壩約小40%； 壩頂可以溢流； 施工導(dǎo)流和度汛較易解決； 施工技術(shù)便于群眾掌握。 特點(diǎn)： 1.在壩體造型方

6、面 砌石拱壩的倒懸度1/101/5。適當(dāng)加大Tc，可以防止壩頂產(chǎn)生裂縫，有利于壩體穩(wěn)定；在寬淺河谷修建砌石拱壩，加大頂拱厚度，可增加水平拱的剛度，有利于改善壩體應(yīng)力。 2.在受力狀態(tài)方面 壩體應(yīng)力分布呈非線性關(guān)系，砌縫對壩體的變形和應(yīng)力有著不可忽視的影響。3.對于應(yīng)力控制指標(biāo) 漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2591）規(guī)定：抗壓K：基本K=3.5；特殊K=3.0. 【拉】取決于石料和膠結(jié)材料的標(biāo)號，其值接近砌石體的極限抗拉強(qiáng)度，如：膠結(jié)材料強(qiáng)度等級為10MPa的粗料石、塊石砌體，拱冠梁底的容許拉應(yīng)力為1.2MPa。二、漿砌石拱壩的構(gòu)造特點(diǎn) 1.壩體 對砌體強(qiáng)度的要求較高。砂漿標(biāo)號為M7.5M15，絕大多

7、數(shù)用M10，整個(gè)壩體都用同一標(biāo)號。水泥用量為每m3砌體100150kg。圖470是我國兩座漿砌石拱壩的剖面圖。 2.溢流面 壩頂溢流襯護(hù)有： （1）砼或鋼筋砼溢流面，砼層厚度 0.61.0m。 （2）砼與粗料石溢流面，在溢流面曲線段及挑流鼻坎處用鋼筋砼澆筑，在直線段用粗料石砌筑，但要求膠結(jié)材料的標(biāo)號較高。 （3）粗料石溢流面，對于q較小的工程。3.砌體分縫 早期建造的砌石拱壩大都不設(shè)收縮縫，但有些壩產(chǎn)生了不同程度的裂縫。為防止壩體開裂，可采用以下措施： （1）當(dāng)氣溫接近年最高溫度時(shí)，停止砌筑；在氣溫超過年平均氣溫時(shí)，可分段澆筑，到氣溫接近或略低于年平均氣溫時(shí)封拱，分段長20m左右；在氣溫低于年

8、平均氣溫時(shí)，施工不分縫。 （2）壩體全年施工，砌筑時(shí)壩體分縫，在氣溫等于或略低于年平均氣溫時(shí)封拱。圖470 漿砌石拱壩拱冠梁剖面（單位：m）（a）福建省南溪拱壩,壩高67.3m；（b）廣西省板峽拱壩，壩高60.3m115cm排水管，間距5m；2M10號水泥砂漿砌粗料石；3C10細(xì)骨料砼砌粗料石；4M15號水泥砂漿深勾縫6cm；5C15號砼墊層，厚50cm；6M10號水泥砂漿砌粗料石并勾縫；7C20號砼防滲層； 8C15號細(xì)骨料砼砌塊石；9C20號砼；10C15號砼護(hù)面；11C15號埋石砼；12砂卵石4-11 碾壓砼拱壩 1988年南非建成了世界第一座碾壓砼（RCC）拱壩克耐爾浦特壩（H=50m

9、）。 1993年我國建成了國內(nèi)第一座碾壓砼普定拱壩(H=75m)，又相繼建成了溫泉堡RCC（H=48m）、溪柄溪RCC（H=62m）和沙牌RCC（H=132m）、石門子RCC(H=109m)等。目前世界上已建和在建的碾壓砼拱壩16座，主要在我國和南非。 碾壓砼拱壩和碾壓砼重力壩在施工工藝上相同。以下就體形設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、接縫設(shè)計(jì)和壩體防滲簡要介紹。一、體形設(shè)計(jì) 多采用單曲拱壩：為保證壩體的整體性，又為適應(yīng)大倉面、薄層連續(xù)碾壓快速施工，需要采用相對簡化的壩體外部輪廓，并相對集中壩內(nèi)孔、洞布置，以利于立模和碾壓砼大倉面連續(xù)鋪筑。 泄洪：采用壩頂開敞式或隧洞泄洪，當(dāng)泄洪量大時(shí)可兩者兼用。 發(fā)電系統(tǒng)：

10、一般采用引水式廠房布置。見普定和沙牌碾工程布置及剖面圖。二、應(yīng)力分析 碾壓砼拱壩是采用通倉澆筑的，自重應(yīng)力一開始就受拱圈約束，自重作用不但產(chǎn)生豎直的梁向應(yīng)力，還產(chǎn)生水平的拱向應(yīng)力，對沙牌碾壓砼拱壩的研究發(fā)現(xiàn)：自重作用下在中上部拱端處產(chǎn)生約0.5MPa的拱向拉應(yīng)力；按常態(tài)砼拱壩封拱溫度的概念，則意味著碾壓砼拱壩的入倉溫度即其封拱溫度，施工期壩體砼的溫度回降將引起很大的拱向拉應(yīng)力，而溫度回降值與砼的入倉溫度直接相關(guān)。因此，為了減小壩體的溫度應(yīng)力，一般利用低溫季節(jié)澆筑砼，以降低入倉溫度。三、接縫設(shè)計(jì)1誘導(dǎo)縫或短縫 誘導(dǎo)縫：是碾壓砼拱壩一種構(gòu)造縫，當(dāng)壩內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，它先被拉開，松弛壩體拉應(yīng)力

11、，以使壩體其他斷面不出裂縫。拱端附近拉應(yīng)力值和變化較大，誘導(dǎo)縫間距應(yīng)小些，拱中央兩側(cè)大部分區(qū)域拉應(yīng)力小且變化緩慢，其間距可大些。南非的兩座RCC拱壩中，沿拱的切線方向每隔10m左右設(shè)一道誘導(dǎo)縫，防裂效果較好，但工作量大，并會影響碾壓砼拱壩的施工速度。我國的RCC拱壩的誘導(dǎo)縫間距較大，約為3070m ，但防裂效果差些。誘導(dǎo)縫一般采用雙向間斷型式，使其在壩的徑向斷面上預(yù)先形成若干個(gè)人造縫隙。在南非的兩座RCC拱壩中采用兩層0.25mm厚的塑料板作為裂縫誘導(dǎo)器，普定拱壩采用45cm厚兩塊多孔砼成縫板、沙牌拱壩則采用35cm厚的重力式砼成縫板作為裂縫誘導(dǎo)器，誘導(dǎo)器兩端指向誘導(dǎo)縫方向，使由于應(yīng)力集中而產(chǎn)

12、生的裂縫沿誘導(dǎo)縫方向延伸。在誘導(dǎo)縫的壩面處常常設(shè)一道楔形短缺口，利用缺口應(yīng)力集中，以便更快先拉開縫面。誘導(dǎo)縫的上、下游部位設(shè)置跨縫止水（止?jié){）結(jié)構(gòu)。誘導(dǎo)縫中灌漿系統(tǒng)采用分區(qū)封閉布置，每區(qū)均設(shè)水平止?jié){（止水）和排氣系統(tǒng)，以便進(jìn)行接縫分區(qū)灌漿。普定拱壩的誘導(dǎo)縫布置和構(gòu)造型式見圖473。圖471 普定碾壓砼拱壩（單位：m）（a）下游立視；（b）平面圖；（c）非溢流段剖面；（d）拱冠梁剖面（b）（d）（a）（c） 在溫降和水壓力作用下，最大拉應(yīng)力通常發(fā)生在拱座上游面，有的碾壓砼拱壩在兩壩肩上游側(cè)各設(shè)一條人工短縫，縫長24m，靠上游面設(shè)置止水，縫內(nèi)有排水管，在縫端埋設(shè)槽鋼止裂，設(shè)人工短縫的目的是降低拱肩

13、拉應(yīng)力。2灌漿橫縫如果不能在一個(gè)低溫期澆筑壩體砼，或拱壩地處寒冷地區(qū)，溫降在壩內(nèi)就會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，這時(shí)，只設(shè)誘導(dǎo)縫不能完全解決問題，須設(shè)置灌漿橫縫。灌漿橫縫一般只設(shè)置在拱壩的上部，如圖472所示。普定因只設(shè)了兩條誘導(dǎo)縫而沒設(shè)橫縫，運(yùn)行后出現(xiàn)40余條裂縫（貫穿裂縫2條，壩頂裂縫27條），兩條誘導(dǎo)縫并未拉開。當(dāng)壩體尚未冷卻到穩(wěn)定溫度，誘導(dǎo)縫可能尚未完全張開或張開度不夠，不能起到防裂的作用，因而不要輕易取消橫縫?？p內(nèi)設(shè)置灌漿系統(tǒng)，待壩體冷卻到接近穩(wěn)定溫度后進(jìn)行灌漿。圖472 沙牌碾壓砼拱壩（單位：m）（a）下游立視； （b）平面圖； （c）拱冠梁剖面（a） （b） （c） 圖473 普定碾壓砼拱壩的徑向誘導(dǎo)縫布置與構(gòu)造型式（單位：cm）1多孔誘導(dǎo)板；2塑料止水片；3灌漿孔；4誘導(dǎo)孔；5壩體上游面；6變態(tài)砼塞；7壩面楔形短缺口四、壩體防滲 拱壩上游面的防滲層比同等高度的重力壩要求高，“金包銀”的施工干擾大，近年來多采用全斷面碾壓砼自身防滲為主的結(jié)構(gòu)措施。在上游迎水面設(shè)一層二級配