重力壩講解課件

1、第二章 重力壩第二章 重力壩第一節(jié) 概 述第二節(jié) 重力壩上的作用及作用效應組合第三節(jié) 重力壩的可靠度設計原理簡介第四節(jié) 重力壩的穩(wěn)定分析第五節(jié) 重力壩斷面設計第一節(jié) 概 述一、對壩的認識二、重力壩的主要內(nèi)容三、重力壩的工作原理四重力壩的特點五重力壩的分類一、對壩的認識第一節(jié) 概 述1-非溢流重力壩；2-溢流重力壩；3-橫縫； 4-導墻； 5-閘門；6-壩內(nèi)排水管；7-檢修、排水廊道；8-基礎灌漿廊道；9-防滲帷幕；10-壩基排水孔重力壩的剖面詳圖三峽水利樞紐溢流重力壩三峽泄洪閘泄洪尼爾基水利樞紐中的重力壩三峽壩水利樞紐總布置圖（尺寸單位：m(上）平面布置 （下）上游立視圖 用混凝土或漿砌石筑成

2、，壩軸線一般為直線，并有垂直于壩軸線方向的橫縫將壩體分成若干段. 一、對壩的認識一、對壩的認識三峽壩水利樞紐總布置圖（尺寸單位：m(左）廠房壩段剖面圖 右）溢流壩段剖面圖1、確定水利樞紐工程和水工建筑物的等級、洪水標準。2、剖面尺寸擬定3、溢流壩剖面的設計4、重力壩的應力校核計算5、重力壩的穩(wěn)定校核計算6、大壩的構造（分縫、止水、廊道系統(tǒng)）7、壩基處理（壩基處理的技術）二、重力壩的主要內(nèi)容定義：是用混凝土或漿砌石筑的大體積擋水建筑物.受力特點：主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面上產(chǎn)生抗滑力來抵抗庫水的推力，以達到穩(wěn)定的要求工作原理:在水壓力及其他荷載作用下,依靠壩體自重在壩面產(chǎn)生的抗滑力

3、來抵抗水平水壓力產(chǎn)生的滑動力以達到穩(wěn)定要求;利用壩體自重在水平截面上產(chǎn)生的壓應力來抵消由于水壓力所引起的拉應力以滿足強度要求. 1、重力壩的基本剖面：做成上游面接近鉛直的呈三角形斷面，或稍傾向上游的三角形斷面。2、受力簡圖可以視作倒置的懸臂梁三、重力壩的工作原理1、重力壩結構簡單、體積大，有利于機械化施工。而且由于斷面尺寸較大，材料強度高耐久性能好，抵抗水的滲漏，洪水漫頂，地震或戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強，安全可靠。因而失事率較低。2、對地形、地質(zhì)條件適應性強，壩體作用于地基面上的壓應力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低，低壩甚至可修建在土基上。3、樞紐泄洪、導流問題容易解決。由于筑壩材料的抗沖能力

4、強，施工期可以利用較低壩塊或預留底孔導流，壩體可以做成溢流式，也可以在壩內(nèi)不同高程設置排水孔，一般不設溢洪道或泄洪洞，易于解決永久性泄洪及施工導流，便于機械化施工。4、傳力系統(tǒng)明確，便于分析與設計，運行期間的維護及檢修工作量較少。但需采用防滲排水設施及溫控措施。四、重力壩的特點優(yōu)點：1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。2、壩體應力較低，材料強度能充分發(fā)揮。3、壩底揚壓力較大，對穩(wěn)定不利。 重力壩壩體與地基的接觸面積大，相應的壩底揚壓力也大，它會減輕壩體的有效重量，對壩體的穩(wěn)定不利，因此要采取有效防滲排水措施，減小揚壓力，節(jié)省工程量。 4、水泥水化熱較大，可能導致壩體裂縫。砼體積大，水泥用量大，在

5、施工期，水泥水化熱引起的溫度也很大，并將引起壩體內(nèi)溫度和收縮應力，可能引起壩體產(chǎn)生裂縫，所以要采取溫控措施。四、重力壩的特點缺點：1、 按壩的高度分類:壩高低于30m的為低壩，高于70m的為高壩，介于30m70m之間的為中壩。壩高是指壩基最低面（不含局部有深槽或井、洞部位）至壩頂路面的高度。2、按泄水條件分類:有溢流重力壩和非溢流重力壩。溢流壩段和壩內(nèi)設有泄水孔的壩段統(tǒng)稱為泄水壩段，非溢流壩段也叫擋水壩段。3、按筑壩材料分類:有混凝土重力壩和漿砌石重力壩。4、按壩體結構型式分類:實體重力壩寬縫重力壩；空腹（腹孔）重力壩；預應力錨固重力壩；裝配式重力壩；支墩壩（大頭壩、連拱壩、平板壩）。5、按施

6、工方法分類:有澆筑混凝土重力壩和碾壓混凝土重力壩。碾壓混凝土重力壩剖面與實體重力壩剖面類似。五、重力壩的分類第二節(jié) 重力壩上的作用及作用效應組合作用自重靜水壓力動水壓力揚壓力泥沙壓力浪壓力冰壓力地震力重力壩荷載組合作用：指外界環(huán)境對水工建筑物的影響。、按時間的變異分永久作用、可變作用、偶然作用。、按建筑物對外界作用的效應的原因分：直接作用和間接作用。所謂直接作用是指直接施加在結構上的分布力或集中力，亦可稱“荷載”；間接作用則指因外部環(huán)境（改變）的原因使結構產(chǎn)生附加變形或約束變形，如溫度地震作用等。結構上的各種作用，按其隨時間的變異分三種：（1）永久作用：是指在設計基準期內(nèi)，其量值不隨時間變化或

7、其變化與平均值相比可忽略不計的作用。 包括：結構自重；土壓力淤沙壓力；圍巖壓力預應力等。第二節(jié) 重力壩上的作用及作用效應組合（2）可變作用：指在設計基準期內(nèi)量值隨時間變化，且變化與平均值相比不可忽略的作用；包括: 靜水壓力、揚壓力、動水壓力、浪壓力、外水壓力、風雪荷載、冰壓力、溫度作用、灌漿壓力等。（3）偶然作用：指在設計基準期內(nèi)出現(xiàn)概率很小，一旦出現(xiàn)量值很大且持續(xù)時間很短的作用，包括：地震作用、校核洪水位時的靜水壓力等。采用分項系數(shù)設計方法時，設計表達式中作用變量所采用的值，稱為設計代表值。對永久作用和可變作用的代表值應采用作用的標準值，偶然作用的代表值按有關規(guī)范確定。第二節(jié) 重力壩上的作用

8、及作用效應組合作用于重力壩的主要荷載有：自重；靜水壓力；揚壓力；動水壓力；冰壓力；泥沙壓力；浪壓力；地震力；溫度及其他荷載。第二節(jié) 重力壩上的作用及作用效應組合 建筑物的結構自重標準值,可按結構設計及材料重度計算確定，初步設計時可取砼重度為 ； 施工詳圖階段由現(xiàn)場砼試驗決定；當計算深層滑動時，還應考慮巖體的自重計算自重時，壩上永久性的固定設備，如閘門、固定式啟閉機的重量也應計算在內(nèi)，壩內(nèi)較大的孔洞應該扣除。壩體自重的作用分項系數(shù)為1.0。永久設備自重的作用分項系數(shù)，當其作用效應對結構不利時采用1.05，有利時采用0.95。一、自重作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學原理計算，分為水平及垂直力分別

9、進行計算。 水平力： P1=(1/2) rH12 P=(1/2)rH22 垂直力： W=rA1 W =(1/2)rmH22 二、靜水壓力在溢流面上作用有動水壓力，壩頂曲線和下游面直線段上的動水壓力很小，可忽略不計。只計算反弧段上的動水壓力。計算時假定水流為勻速流，流速為V，如果忽略水重W，側面水壓力p1和p2，則可以直接由動量方程求出作用于整個反弧上的水壓力水平分量和垂直分量。三、動水壓力式中：q 相應反弧段上的單寬流量(m3/s.m)； r水的密度； v 反弧段最低處的斷面平均流速(m/s)；1、壩底揚壓力形成原因： 上下游水位差； 砼、巖石都是透水材料。由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩

10、底揚壓力的準確分布，故通常加定揚壓力從壩踵到壩趾成直線變化。為揚壓力折減系數(shù)與巖體的性質(zhì)和構造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關。規(guī)范規(guī)定：河床壩段=0.20.3;岸坡壩段=0.30.4 2、壩身揚壓力壩身排水管折減系數(shù)3=0.150.3 四、揚壓力壩身揚壓力圖3、壩底揚壓力圖：水庫蓄水后，入庫水流挾帶泥沙，逐年淤積在壩前，對壩面產(chǎn)生泥沙壓力。淤積高程，根據(jù)河流的挾沙量和規(guī)定的淤積年限進行估算，年限可取50-100年。按土力學公式計算，參照一般經(jīng)驗取數(shù)據(jù)五、泥沙壓力 水面在風作用下，形成波浪產(chǎn)生壓力，稱浪壓力。1.波浪要素平均波高(hm)，平均坡長（Lm），平均波周期

11、（Tm）； 其值大小與水面尺寸、形狀、風力、庫區(qū)的地形等有關。當壩（閘）迎水面垂直時，反射作用形成駐波，其波高 為2 hm，波長不變。六、浪壓力 波浪幾何要素圖2波浪要素計算1）對濱海地區(qū)、平原水庫等用莆田公式 當 當2）對內(nèi)陸峽谷水庫，宜按官廳公式計算： 式中：當 =20-250時 ，為頻率5%的波高h5% 。 式中：當 =250-1000時 ，為頻率10%波高h10% 。 波浪受風速等影響，波浪參數(shù)并非定值。不同波高所對應的超值累積頻率為P%的數(shù)值不同。在I、II、III級建筑物的設計中，宜用合適的超值累積頻率為P%的波高hp計算波浪壓力。累積頻率波高hp與平均波高hm的關系可按表2-1進

12、行換算。表2-1 累積頻率波高hp與平均波高Hm的比值對計算風速，指水面以上10m高處10min多年最大平均風速，當測點在水面上Zm處，應乘以高度修正系數(shù)KZ（見表2-2）高度(m ）25101520修正系數(shù)1.251.101.00.960.90 水庫為正常和設計洪水位時，宜采用相應洪水期多年平均最大風速或采用重現(xiàn)期為50年一遇的年最大風速的1.52.0倍；校核洪水位時，宜采用相應洪水期最大風速的多年平均值。表2-2 風速高度修正系數(shù)3.波浪壓力計算求出hm、hp、Lm等，并根據(jù)壩閘前水深，計算作用在壩閘上的波浪壓力。1）當水深H HcrH Lm/2時,浪壓力為： 其中：壩的迎水面傾斜，波浪的

13、反射作用將減弱，當45時與鉛直面情況相近作用在鉛直迎水面上的風浪壓力計算示意圖 ：2）當水深H HcrHLm/2時,浪壓力為：建筑物底部浪壓力剩余強度： 3）當水深HHcr時，浪壓力為：水面處的浪壓力強度p0：底坡影響系數(shù)Ki，按表2-3采用底坡 1/101/201/301/401/501/601/801/100系數(shù)1.891.611.481.411.361.331.291.25表2- 31、靜冰壓力：在氣候嚴寒地區(qū)，冬季水庫表面結成冰蓋，但當氣溫回升時，冰蓋膨脹對邊界產(chǎn)生的擠壓力稱靜冰壓力2、動冰壓力：當冰蓋解凍后，冰塊隨水流漂移，流冰撞擊壩面等建筑物上產(chǎn)生的撞擊力，稱動冰壓力七、冰壓力 1

14、、地震作用概念：在地震區(qū)建壩，必須考慮地震的影響。地震時，地震力施加于結構上的動態(tài)作用。重力壩抗震計算應考慮的地震作用為：應包括建筑物自重及其上部永久設備自重所產(chǎn)生的地震慣性力；地震作用于庫內(nèi)水介質(zhì)后而產(chǎn)生的地震動水壓力以及地震動土壓力。一般情況下，進行抗震計算時的上游水位可采用正常蓄水位。地震對建筑物的影響程度，常用地震烈度表示。地震烈度分為12度。烈度越大，對建筑物的破壞越大，抗震設計要求越高。 2、在考慮地震作用時，常用到地震的基本烈度和設計烈度?；玖叶仁侵附ㄖ锼诘貐^(qū)在50年期限內(nèi)，一般場地條件下，可能遭遇超越概率P50為0.10的地震烈度。設計烈度：抗震設計時實際采用的地震烈度。

15、 八、地震作用力 3、一般情況采用基本烈度作為設計烈度；對于級擋水建筑物，應根據(jù)其重要性和遭受震害后的危險性，可在基本烈度的基礎上提高一度。對于設計烈度為6度及其以下的地區(qū)不考慮地震荷載；設計烈度在79度（含7度和9度）時，應考慮地震荷載；設計烈度在9度以上時，應進行專門研究。對設計烈度為6度以上超過200m的高壩和設計烈度7度以上，超過150m的大（1）型工程，其抗震設防依據(jù)應根據(jù)專門的地震危險性分析成果評定。校核烈度應比設計烈度高1/2或1度，也可以用該地區(qū)最大可能烈度進行校核，此時允許局部破壞但不危及整體安全。1、基本荷載：（1）壩體及設備自重（2）正常蓄水位或設計洪水位時的靜水壓力（3

16、）對應于（2）的揚壓力（4）泥沙壓力（5）相應的浪壓力（6）冰壓力（7）土壓力（8）相應于防洪高水位時的動水壓力。九、重力壩的荷載組合2、特殊荷載（偶然作用頻率低，作用時間短）（8）相應于校核洪水位時的上、下游靜水壓力（9）其他出現(xiàn)機會較多的荷載 （10）相應校核洪水位的揚壓力（11）相應校核洪水位的浪壓力（12）相應校核洪水位的動水壓力（13）地震作用（14）其他出現(xiàn)機會較少的荷載 水工結構設計的目是保證結構設計滿足安全性、適用性、耐久性的要求，而結構的安全性、適用性、耐久性則構成了結構的可靠性，也稱為結構的基本功能要求。第三節(jié) 重力壩的可靠度設計原理簡介分項系數(shù)承載能力極限狀態(tài)的基本組合設

17、計表達式承載能力極限狀態(tài)的偶然組合設計表達式正常使用極限狀態(tài)設計表達式：短期效應組合長期效應組合式中：S（）作用效應函數(shù) R（）結構抗力函數(shù)；第四節(jié) 重力壩的穩(wěn)定分析一、重力壩滑動失穩(wěn)模式二、重力壩的抗滑穩(wěn)定計算三、提高壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施重力壩主要依靠自身重力維持穩(wěn)定。因此抗滑穩(wěn)定分析是設計中的重要課題。重力壩可能沿壩基平面滑動，也可能沿地基中緩傾角斷層或軟弱夾層滑動。按照目前的設計方法，高度H小于100m的重力壩，控制剖面尺寸常常是穩(wěn)定而不是應力。目前的計算公式大都是半徑驗性的，因為影響因素很多。一、重力壩滑動失穩(wěn)模式表面滑動 淺層滑動 深層滑動 我國修建了大中型重力壩100余座，其中

18、有1/3存在深層滑動問題。一、重力壩滑動失穩(wěn)模式(一)壩基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài) 重力壩依靠自重等作用在壩體與基巖膠結面上產(chǎn)生的摩擦力與粘聚力來維持滑移穩(wěn)定,當水平力足夠大時,摩擦力與粘聚力就達到其抗剪斷強度,此時,該平衡將達到極限狀態(tài). 重力壩的施工是分層澆筑，水平施工縫也是抗滑(抗剪斷)相對薄弱面.因此，重力壩設計中也要對層面進行抗滑穩(wěn)定計算.(二)壩體層面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)(三)壩基深層抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài) 在很多情況下，重力壩的最危險滑動面往往不在壩身與地基的接觸面，而是在地基內(nèi)部。因為基巖內(nèi)經(jīng)常有各種形式的軟弱面存在,壩體將帶動一部分基巖沿這些軟弱面滑動,即所謂的深層滑動.1、分項系數(shù)法介紹

19、是在分項系數(shù)極限狀態(tài)設計式中?？紤]結構安全級別、設計狀況、作用(荷載)和材料性能的變異性以及計算模式不定性與目標可靠指標相聯(lián)系的系數(shù)。分項系數(shù)的設置應能保證各種水工結構設計的計算可靠指標盡可能地逼近目標可靠指標且誤差絕對值的加權平均值也為最小。二、重力壩的抗滑穩(wěn)定計算2、分項系數(shù)法基本公式 新發(fā)布的電力行業(yè)標準DL5108-1999混凝土重力壩設計規(guī)范于2000年7月起開始實施，它是按國家標準GB50199-94水利水電工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準規(guī)定的原則進行全面編制修訂的。與原設計規(guī)范相比，用概率極限狀態(tài)設計法代替了定值設計法，用分項系數(shù)極限狀態(tài)表達式代替單一安全系數(shù)表達式。即以結構重要性系

20、數(shù)、設計狀況系數(shù)、作用分項系數(shù) 、材料性能分項系數(shù)和結構系數(shù)來代替設計的安全系數(shù)。2、分項系數(shù)法基本式規(guī)范DL5108-1999規(guī)定對承載能力驗算表達式為G 永久作用分項系數(shù)； G 結構重要性系數(shù);Q 可變作用分項系數(shù)； 設計狀況系數(shù); GK 永久作用標準值； QK 可變作用標準值；K 幾何參數(shù)標準值； fK 材料性能標準值；m 材料性能分項系數(shù)； d1 基本組合結構系數(shù)。核算壩基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)時，應按材料的標準值和荷載的標準值或代表值分別計算基本組合和偶然組合兩種情況。 S()為作用效應函數(shù)，此處取S()PR 為作用于滑動面之上的全部切向（包括滑動面之上的巖體）作用之和； R()為抗力函

21、數(shù)，此處取R()fRWR cos+ cR AR（WR滑動面上全部法向作用之和,fR壩基面抗剪斷摩擦系數(shù)，cR壩基面抗剪斷黏聚力）；3、分項系數(shù)法具體計算 傾向上游滑動面計算式：（一）壩基面抗滑穩(wěn)定水平滑動面計算式:（三）深層抗滑穩(wěn)定分析（二）壩體混凝土層面抗滑穩(wěn)定計算 深層滑動：地基內(nèi)往往存在著軟弱夾層或緩傾角斷層，壩體檔水后，有可能沿這些薄弱面產(chǎn)生滑動，就叫做深層滑動計算時選擇幾個比較危險的滑動面進行試算，然后做出比較分析判斷。 目前尚無成熟的方法：（1）單斜面深層滑動的計算（2）雙斜面深層滑動（三）深層抗滑穩(wěn)定分析 除了增加壩體自重外，提高壩體抗滑穩(wěn)定的工程措施，主要圍繞著增加阻滑力、減少

22、滑動力的原則，通過多方案技術經(jīng)濟比較，確定最佳方案組合。常采用以下工程措施。 （1）利用水重（2）將壩基開挖成傾向上游的斜面（3）在壩踵下設齒墻（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用預應力（7）其它措施三、提高壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施 當壩底面與基巖間的抗剪強度參數(shù)較小時，常將上游壩面做成傾向上游的斜面，利用壩面上的水重來提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。但應注意，上游壩面的坡度不宜過緩，否則，在上游壩面容易產(chǎn)生拉應力，對壩體強度不利。1.利用水重2.采用有利的開挖輪廓線 開挖壩基時，最好利用巖面的自然坡度，使壩基面傾向上游。有時，有意將壩踵高程降低，使壩基面傾向上游，但這種做法將加大上游水壓力，增加開挖

23、量和混凝土澆筑量，故很少采用。當壩基比較堅固時，可以開挖成鋸齒狀，形成局部的傾向上游的斜面，這種方法已廣泛采用。壩基開挖輪廓 當基巖內(nèi)有傾向下游的軟弱面時，可在壩踵部位設齒墻，切斷較淺的軟弱面加大了滑動體重量，又增加了滑動面的面積，同時也增大了抗滑體抗力。3.設置齒墻 當下游水位較高，壩體承受的浮托力較大時，可考慮在壩基面上設置排水系統(tǒng)，定時抽水以減少壩底浮托力。如：我國的龔嘴工程，下游水深達30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水深計算，節(jié)省了壩體混凝土澆筑量。4.抽水措施帷幕灌漿、固結灌漿以及斷層、軟弱夾層的處理等。5.加固地基： 在靠近壩體上游面，采用深孔錨固高強度鋼索，并施加預應力，

24、既可增加壩體的抗滑穩(wěn)定，又可消除壩踵處的拉應力，國外有些支墩壩，在壩趾處采用施加預應力的措施，改變合力R的方向，使PV /PH增大，從而提高了壩體的抗滑穩(wěn)定性。6.預加應力措施7.橫縫灌漿： 將部分壩段或整個壩體的橫縫進行局部或全部灌漿，以增強壩的整體性和穩(wěn)定性。8.防滲排水 在壩基內(nèi)布置防滲排水幕、保證排水暢通，降低揚壓力，有利于穩(wěn)定。9.空腹拋石如果是空腹重力壩或寬縫重力壩，可在空腔內(nèi)填塊石，提高壩體穩(wěn)定性。其它措施第五節(jié) 重力壩斷面設計一、設計原則二、基本剖面三、實用剖面四、實用斷面的優(yōu)化設計1、滿足穩(wěn)定和強度要求2、工程量少、外形輪廓3、便于施工4、運用方便 重力壩的基本斷面一般是指在

25、水壓力(水位與壩頂齊平)、自重和揚壓力等主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定、強度要求的最小三角形斷面。第五節(jié) 重力壩斷面設計一、設計原則 因為作用于上游面的水壓力呈三角形分布,所以重力壩面是三角形。 當a90時，即上游面為倒坡。庫空時，三角形重心可能超過底邊三分點在下游面產(chǎn)生拉應力，而且倒坡不便施工。 當a900a900a=900 (a) (b) (c ) 不同a角的壩體斷面基本剖面設計規(guī)律：1）施工運用方便多做成a=900 2）f較低時，為滿足穩(wěn)定，減小a角，利用水重 3）工程經(jīng)驗m=0.60.8（下游坡）n=00.2（上游坡） 一般情況,壩體與壩基接觸面之間摩擦系數(shù)及粘結強度越大、滲壓折減系數(shù)越大，

26、基本剖面底寬就越小，斷面主要由強度條件控制。反之，摩擦系數(shù)和粘結強度越小，滲壓折減系數(shù)越小，壩底寬度就越大，且主要由抗滑穩(wěn)定條件控制。 (一）壩頂寬度 根據(jù)運用和交通要求確定，壩頂應有足夠的寬度，無特殊要求，壩頂寬度=8-10%壩高，但不得小于2米，如有運用和交通要求，應滿足這些要求。(二)壩頂高程 由于三角形基本斷面的頂點與上游最高水位齊平,因此,實用斷面必須要有安全超高h計算： 壩頂高程=正常蓄水位+h正 壩頂高程=校核洪水位+h校壩頂高程或防浪墻頂高程，按設計洪水位、校核洪水位兩種情況分別計算，并選用較大值。防浪墻高度一般為1.2m三、實用剖面常用的實用斷面形式有下圖幾種:(1)上游面鉛

27、直的壩面,該形式適用于壩基抗剪斷參數(shù)較大,由強度條件控制壩體斷面的情況,該斷面形式便于壩內(nèi)布設泄水孔或泄水管道的閘門和攔污設備.(2)上游面向上游傾斜的壩面,它適用于混凝土與基巖之間抗剪斷參數(shù)小的情況. 工程設計的基本任務就是尋找安全、適用而經(jīng)濟的設計方案。水工建筑的的優(yōu)化設計主要是指選擇結構的體形、尺寸和材料時，如何從所有安全、適用和技術上可行的方案中尋求一個經(jīng)濟上最合理的方案。而該方案只有通過計算機和適當?shù)挠嬎愠绦虿拍軐崿F(xiàn)。對于重力壩而言，就是在滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求和通用設計準則的前提下求出其造價最低工混凝土方量最小的斷面，即最優(yōu)斷面。 對中、低重力壩可以采用工程類比法，參照類似的已建工程

28、，擬定壩體剖面尺寸，然后對壩體控制截面進行強度和穩(wěn)定驗算，并根據(jù)計算結果進行調(diào)整，直到滿足設計要求為止 .四、實用斷面的優(yōu)化設計：五、溢流重力壩的消能防沖設施底流消能（一）水流條件及消能措施。 在壩趾下游設消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。護坦結構護坦的作用：保護河床不受高速水流的沖刷。長度：底流式消能延伸致水躍末端，其他型式，也需在壩趾下游設置護坦。厚度：滿足穩(wěn)定要求。上游厚，下游?。魉傩?，壓力大）。為防止護坦受基巖約束產(chǎn)生溫度裂縫、在護坦內(nèi)設置溫度伸縮縫，順河向的縫與閘墩中心線對應，橫向的縫間距1015m，護坦底下設排水系統(tǒng)（降低揚壓力），護坦末端做成齒墻以防水流淘刷。材

29、料：采用抗蝕耐磨砼。挑流消能（適用于基巖比較堅固的高、中壩）消能特點：將下游高速水流拋向空中，使水流擴散、摻氣，然后跌入下游河床水墊中，發(fā)生旋滾和摩擦，以消耗能量；優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、工期短；缺點：尾水活動比較大，霧化大，影響電站工作。設計內(nèi)容：鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高程、挑射角度。面流式消能適用于中小型工程，水頭低，下游水深大且變幅小。消能特點:利用鼻坎將主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流與河床之間形成逆向旋滾。使高速水流與河床隔開，避免對壩趾附近河床的沖刷，主流在水面逐漸擴散消能，反向旋滾也可消除一部分能量。優(yōu)點:面流消能不需設護坦和其他加固措施。缺點:高速水流在表面、伴有強烈的波浪、綿延數(shù)

30、里，影響電站運行及下游通航，易沖刷兩岸。 消力戽適用：尾水深、變幅小、無航運要求，下游河岸有一定抗沖能力。特點：消力戽是以模型試驗為基礎研究成功的一種消能方式。它是利用一個較大的反弧半徑和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使從溢流壩下游的高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均產(chǎn)生旋滾。優(yōu)點：工程量較消力池小，沖刷坑比挑流式淺，不存在霧化問題；缺點：下游水面波動大，易沖刷岸坡，不利航運，戽面磨損率高，增大了維修費用。 一、混凝土重力壩的材料 (一)水工混凝土的特性指標 1.強度 2. 耐久性 混凝土的耐久性包括抗?jié)B、抗凍、抗沖耐磨、抗侵蝕等。 (1)抗?jié)B性：

31、是指混凝土抵抗水壓力滲透作用的能力。抗?jié)B性指標可用抗?jié)B等級表示 。y六、重力壩的材料及構造 (2)抗凍性：是表示混凝土在飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，不嚴重降低強度的性能。混凝土的抗凍性用抗凍等級表示。 (3)抗沖耐磨性 (4)抗侵蝕性 (二)常態(tài)混凝土重力壩分區(qū) 壩體各部位的工作條件不同，對混凝土材料性能指標的要求也不同。為滿足各部分的要求，節(jié)省水泥用量及工程造價，通常將壩體混凝土按不同部位、不同工作條件分區(qū) (5)抗裂性壩體混凝土分區(qū)圖二、壩體構造(一)壩頂構造 (二)壩體分縫 1.橫縫作用: 適應溫變、適應地基、適應地基 間距：一般為1220m。永久性橫縫臨時性橫縫分類橫縫止水構

32、造示意 l一第一道止水銅片；2一瀝青井；3一第二道止水片； 4一廊道止水；5一橫縫；6一瀝青麻片； 7一電加熱器；8一預制混凝土塊 2.縱縫 鉛直縱縫是最常采用的一種縱縫形式?？p的間距根據(jù)混凝土澆筑能力和溫度控制要求確定，一般為1530m。重力壩的橫縫及縱縫(a)橫縫及縱縫布置；(b)豎直縱縫；(c)斜縫 3.水平施工縫 水平施工縫是上、下層澆筑塊之間的接合面。(三)壩體排水 為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設置排水管幕。排水管幕至上游面的距離，一般要求不小于壩前水深的110112，且不小于2m，以便將滲透坡降控制在許可范圍以內(nèi)。排水管常用預制多孔混凝土管，間距23m，內(nèi)徑15

33、25cm。管徑不宜過小，否則，易被堵塞。滲水由排水管進入廊道，然后匯入集水井，經(jīng)由橫向排水管自流或用水泵抽水排向下游。 壩體排水管(四)壩內(nèi)廊道系統(tǒng) 為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等的要求，需要在壩體內(nèi)設置各種不同用途的廊道，這些廊道互相連通，構成廊道系統(tǒng) 。壩身泄水孔 1.壩身泄水孔的作用 預泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力。 放空水庫以便檢修。 排放泥沙，減少水庫淤積。 向下游放水，滿足航運或灌溉等要求。 施工導流。 2.壩身泄水孔的形式 按水流條件分為有壓泄水孔和無壓泄水孔。 按泄水孔所處的高程分為中孔和底孔。 按布置的層數(shù)分為單層泄水孔和多層泄水孔。壩身泄水孔(單位：m)l一泄洪孔：2

34、一弧形門；3一檢修門槽；4一通氣管；5一錐形閥； 6一排水管; 7一攔污柵； 8一廊道； 9一檢查井；10一導流底孔3.壩身泄水孔的布置 進口曲線閘門槽漸變段孔身豎向連接重力壩深式泄水孔重力壩泄水孔的進口淹沒在水位以下較深處，故又稱深式泄水孔。作用：預泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能能力； 放空水庫，以便檢修； 排放淤泥，減少淤積； 隨時放水，以滿足航運和灌溉的要求； 施工導流。工作條件：孔內(nèi)水流流速高，易產(chǎn)生負壓，空蝕和振動；閘門在水下，承受的壓力大，檢修困難。型式及布置按水流條件分：有壓的、無壓的；按高程分：中孔、底孔；按布置層數(shù)分：單層、多層。 1、有壓泄水孔工作閘門布置在出口，可以部分開啟，出

35、口低，利用的水頭大，斷面尺寸較小。缺點：閘門關閉時，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓力對壩體應力和防滲都不利，常需鋼板襯砌。進口處設置事故檢修閘門、平常用來擋水。2、無壓泄水孔工作閘門布置在進口，為形成無壓水流，需在閘門后將斷面頂部升高。（工作閘門前仍為有壓段）優(yōu)點：閘門可以部分開啟，明流段不用鋼板襯砌，施工簡便，干擾少，有利于加快速度進度。缺點：斷面尺寸較大，削弱壩體。國內(nèi)重力壩多采用無壓泄水孔。3、雙層泄水孔受閘門結構及啟閉機的限制，深式泄水孔的斷面面積不能太大，為了增大泄流量，可將泄水孔做成雙層的（或將泄水孔布置在溢流壩段）。注意的問題：雙層泄水時對下層泄水孔泄流能力的影響；在尾部上、下層水流交匯處

36、可能產(chǎn)生空蝕。深式泄水孔：水流流速高，邊界條件復雜，應十分重視體形設計，如進口曲線，閘門槽的型式，漸變段、豎向連接等，并注意施工質(zhì)量。 七、壩體排水 為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近上游面處布設排水管。距上游面要求小于壩前水深的1/101/12，使?jié)B透坡降在允許范圍內(nèi)。管距23m。管徑1525cm，太小易堵塞。 排水管與廊道連接多采用直通式，且多在上游側（使廊道干燥）。八、廊道系統(tǒng)為滿足施工和適用要求（如灌漿、排水、觀測、檢查、交通的需要），須在壩體內(nèi)設置各種廊道。這些廊道相互連通，構成廊道系統(tǒng)。九、碾壓混凝土壩碾壓混凝土壩：利用高效振動碾分層碾壓干貧性混凝土而筑成的大壩 碾壓混凝土最早用于水利工程是1961年我國臺灣省石門壩的圍堰心墻。到20世紀80年代進入正式筑壩階段，1980年日本建成世界上第一座壩高89米的島地川碾壓混凝土壩。自1986年建成第一座56.8m高的坑口碾壓混凝土壩以后，我國碾壓混凝土壩建設進入高潮。到2002年為止，在短短的十幾年中，建設碾壓混凝土壩40多座，高度超過100m的9座，碾壓混凝土拱壩8座。其中200米級高的龍灘重力壩和132米高的沙牌拱壩在高度上、技術上均處于國際領先水平 一、碾壓混凝土壩的特點1施工工藝簡單