2碾壓混凝土重力壩與拱壩應(yīng)用#防滲設(shè)計(jì)#溫度控制.ppt

第二講 碾壓混凝土重力壩 與拱壩應(yīng)用,2-1樞紐布置的特點(diǎn) 2-2 壩體剖面設(shè)計(jì) 2-3防滲設(shè)計(jì) 2-4溫度控制 2-5當(dāng)前的設(shè)計(jì)理念 2-6碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì),2-1樞紐布置的特點(diǎn),在樞紐布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍與常規(guī)混凝土重力壩存在一定的差異。 碾壓混凝土壩的樞紐布置應(yīng)考慮碾壓混凝土施工的特點(diǎn)。它有常規(guī)混凝土壩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)要考慮減少施工干擾，適應(yīng)快速施工。,碾壓混凝土壩具有常態(tài)混凝土壩樞紐布置的特點(diǎn)，對(duì)地形地基的要求與后者相同，但它又有類(lèi)似土石壩施工工藝的優(yōu)點(diǎn)，施工速度快，工期短因而改變了以往河床部位基巖上覆蓋層較厚的壩址只能修建土石壩而在巖石岸坡大量開(kāi)挖、另劈泄洪道的概念。在這種條件下，如將覆蓋層挖除，可修建碾壓混凝上壩。經(jīng)壩體泄洪的樞紐布置在施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)上仍可能是有利的，使工程樞紐布置多了一種選擇方式。美國(guó)一些原來(lái)采用土石壩的工程，基于上述原因改用了碾壓混凝土壩的樞紐布置。,在進(jìn)行樞紐布置設(shè)計(jì)中，應(yīng)力求全面掌握和認(rèn)真分析壩址地區(qū)的各項(xiàng)基本賢料。包括水文、泥沙、地形、地質(zhì)、地震、綜合利用要求、運(yùn)用要求、水庫(kù)淹沒(méi)情況、施工條件以及所在河段上下游的河流規(guī)劃要求等，要認(rèn)真研究施工導(dǎo)流和度汛方案。在設(shè)計(jì)中，還需掌握經(jīng)濟(jì)資料并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，要求工程的投入最少、效益最大或效益投入比最大。在設(shè)計(jì)研究中，還應(yīng)考慮盡可能縮短工期，以降低造價(jià)，提前發(fā)揮效益。,2.1.1壩身及瀉洪建筑物,常規(guī)混凝土壩都采用擋水與泄水建筑相結(jié)合，擋水壩上設(shè)置壩頂溢洪道和壩身泄水孔。碾壓混凝土壩一般亦均采用壩頂溢流。 日本的碾壓混凝土壩上下游壩面均包有常態(tài)混凝土，因此單寬流量可以較大，壩頂設(shè)閘門(mén)控制流量。 美國(guó)習(xí)慣采用不設(shè)控制設(shè)施的溢流壩，這種自由溢流的堰頂水頭較小，因此溢流面可以不澆常態(tài)混凝土?？梢栽谝缌髅嬖O(shè)臺(tái)階，用以摻氣并使水流在溢流面形成保護(hù)性紊流邊界層，用于消除水流的部分能量，降低流速，以保護(hù)溢流壩面。 我國(guó)的碾壓混凝土壩大多在堰頂設(shè)閘門(mén)，出口用挑流鼻坎消能，溢流面及鼻坎用現(xiàn)澆鋼筋混凝土護(hù)面。 以上三種泄洪消能方式的不同，不僅是水工設(shè)計(jì)的差異，而且涉及水庫(kù)運(yùn)行、施工方法等多種因素，體現(xiàn)了不同的國(guó)情和習(xí)慣。,重力壩樞紐必然有溢流壩或泄洪孔，這些泄水建筑物般宜布置在河床主河槽部分，以便使過(guò)壩水流能順直地泄入下游河道。泄水建筑物宜建在河床較好的巖基上，以減少下游的沖刷。一般河床主河槽的基巖較好，因?yàn)槠渖喜枯^差的巖體往往已被水流沖走。 碾壓混凝土重力壩在壩頂設(shè)置溢洪道，壩身設(shè)置瀉洪孔洞是比較合理的方案。過(guò)水面一般多用常態(tài)混凝上保護(hù)其結(jié)合也不成問(wèn)題、溢洪面采用階梯型以增大糙率，原來(lái)認(rèn)為在大單寬流量時(shí)，會(huì)形成局部的負(fù)壓，通氣有困難但實(shí)踐證明是可行的。,如水東碾壓混凝土壩采用了預(yù)制混凝土塊的階梯式結(jié)構(gòu)(0.9m0.5m)加上寬尾墩消能，在設(shè)計(jì)流量下單寬流量為100m3/s，校核流量下單寬流量為138 m3/s，1994年5月出現(xiàn)百年一遇的洪水，下瀉單寬流量達(dá)90 m3/s，工程無(wú)損害。廣西百龍灘工程也采用階梯式長(zhǎng)230m溢洪斷面無(wú)閘門(mén)控制，單寬流量在校核洪水時(shí)為134.5 m3/s。又如大朝山碾壓混凝土壩，在下游面設(shè)階梯（0.9m0.63m），單寬流量將達(dá)193.6 m3/s。這樣可以不必用常態(tài)混凝土再做二次澆筑。 圖6.1-5所示為廣西高130m的百色碾壓混凝土重力壩的橫斷面，在溢流壩上采用寬尾墩結(jié)構(gòu)消能。在其他大壩布置中孔瀉流的有2座，這是一些樞紐防洪要求汛前降低水庫(kù)水位所必須的措施。,2.1.2廠房及引水建筑物,常規(guī)混凝土重力壩方案常采用壩后式廠房布置。由于引水鋼管穿過(guò)壩體，施工干擾很大，喪失了碾壓混凝土快速施工的優(yōu)越性，故壩后廠房均布置在常規(guī)混凝土壩段。也可以考慮壩身背管的形式，則鋼管以下用碾壓混凝土，鋼管附近及其上部用常態(tài)混凝土，以減少施工干擾。 在投資相差不大時(shí)，碾壓混凝土壩樞紐應(yīng)優(yōu)先采用隧洞引水式廠房布置，以免干擾壩體施工。隧洞可提前開(kāi)挖，有條件時(shí)還可與導(dǎo)流洞結(jié)合。,碾壓混凝土重山壩斷面希望盡可能筒單，如果水電站廠房能與壩體分開(kāi)布置，鋼管不穿過(guò)壩體內(nèi)，施工將比較簡(jiǎn)單，例如龍灘、棉花灘，大朝山工程和江埡工程都采用了地下廠房方案，借以免去壩體的鋼管通過(guò)，同時(shí)廠房可以提前施工，有利于提前發(fā)電見(jiàn)圖6.1-6一圖6.l-9。 四川銅街子水電站，采用壩后式廠房樞紐布置，進(jìn)水口布置在壩的上部，鋼管為背管式，鋼管水平穿過(guò)壩體沿下游面折入廠房。壩后式的另一種布置為壩內(nèi)臥管式即進(jìn)水在上游壩面，水平鋼管布置在壩底部，上述壩后式的兩種布置中，進(jìn)水口及鋼管穿過(guò)壩體部分全部用常規(guī)混凝土。,除發(fā)電洞外，其他引水如農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及生活用水，一般流量較小，管道斷面不大，埋入墊層常態(tài)混凝土內(nèi)，不致影響壩體碾壓混凝土施工，因此不必過(guò)多限制。,2.1.3施工導(dǎo)流方式,重力壩的碾壓混凝土部位應(yīng)該相對(duì)集中布置，以利于壩體快速施工。施工導(dǎo)流宜采用隧洞或明渠導(dǎo)流，不宜采用梳齒導(dǎo)流，因?yàn)槟雺夯炷帘灰缌骼鋮s易產(chǎn)生裂縫。如果必須倉(cāng)面溢流過(guò)水，倉(cāng)面應(yīng)加保護(hù)層防止裂縫。 施工導(dǎo)流隧洞對(duì)狹窄河谷中碾壓混凝土壩來(lái)說(shuō)是比較好的方案，如坑口、龍門(mén)灘、水東、江埡、汾河二庫(kù)、大朝山、棉花灘等工程。為了截流方便，采用的斷面多為城門(mén)洞形，在低水頭下，過(guò)流量較大。 在河谷寬闊壩址或是明渠導(dǎo)流、分期建筑或主體工程下底孔導(dǎo)流，也可以滿(mǎn)足碾壓混凝土的施工要求，如銅街子、水口、大廣壩、巖灘、觀音閣等工程都是采用分期施工方案。 為了節(jié)約臨時(shí)工程費(fèi)用，減少導(dǎo)流工程量，在導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)較低的情況下，如普定、巖灘、大朝山、江埡、汾河二庫(kù)、沙牌等許多工程采用了碾壓混凝土圍堰或允許過(guò)水的土石圍堰，在非常洪水來(lái)到前可以短期內(nèi)把施工設(shè)備撤離基坑，允許在施工中的主體工程強(qiáng)迫過(guò)水，汛后繼續(xù)施工。,由于碾壓混凝土壩施工迅速，一般百米以下壩高的工程在一個(gè)枯水期內(nèi)即可建成，因此設(shè)計(jì)的導(dǎo)流期洪水只需考慮枯水期的施工洪水，這就較大地降低了圍堰和導(dǎo)流建筑物的費(fèi)用。 又因碾壓混凝土具有混凝土材料的耐沖刷性，即使圍堰漫頂過(guò)水，也不會(huì)造成大的損害，這比土石壩有極大的優(yōu)越性。因此導(dǎo)流洪水的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也與常規(guī)混凝土壩一樣，低于土石壩的標(biāo)準(zhǔn)。,碾壓混凝土壩的導(dǎo)流方式與常規(guī)混凝土壩相似，可以是多種多樣的。一但是采用較多的是全河道圍堰截流，隧洞導(dǎo)流方案。這種方式過(guò)去多用于土石壩或河谷狹窄的拱壩工程，但由于其對(duì)壩體碾壓混凝土施工干擾小，施工速度快，故應(yīng)用較多。如日本的島地川、玉川、我國(guó)的坑口，以及美國(guó)的大部分碾壓混凝土壩均采用這種方式導(dǎo)流。對(duì)于壩址處河道彎曲，河谷狹窄的工程，這種導(dǎo)流方式尤為可取。,在開(kāi)闊的河床處修建碾壓混凝土壩，有時(shí)不得不采取分期圍堰導(dǎo)流。這類(lèi)工程多設(shè)有橫縫，不能修建成整體壩，一般取部分壩塊分段圍堰，明渠導(dǎo)流，如觀音閣壩。 對(duì)于壩址上游集流面積不大，導(dǎo)流流量較小的碾壓混凝土壩工程，也不排斥底孔導(dǎo)流，但導(dǎo)流底孔宜設(shè)在底部常態(tài)混凝土內(nèi)。如澳大利亞的柯普菲爾德壩，方形導(dǎo)流底孔面積為18m18m，由于面積小，所占常態(tài)混凝土部位不大，封堵也較容易。,2.1.4重力壩的選定條件,目前碾壓混凝土筑壩技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)許多工程的實(shí)踐檢驗(yàn)，我國(guó)的碾壓混凝土壩已成為主要的壩型之一。采用碾壓混凝土筑壩，既有混凝土壩所具有的安全和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，又兼有一般土石壩材料成本低和施工速度快的特點(diǎn)。 碾壓混凝土壩的底寬，小于同等高度土石壩的底寬。與土石壩相比，碾壓混凝土重力壩的體積遠(yuǎn)小于土石壩的體積，壩基的范圍小，輸水道短，施工導(dǎo)流相對(duì)簡(jiǎn)化，施工的風(fēng)險(xiǎn)也減少。 碾壓混凝土與常態(tài)混凝土相比，兩種材料的最終密度沒(méi)有差別，其他物理力學(xué)特性也相近，但碾壓混凝土較常態(tài)混凝土材料成本低。碾壓混凝土壩由于水泥用量少、施工工藝簡(jiǎn)單、施工效率高而進(jìn)度快、能縮短工期提前攔洪和投產(chǎn)、及早發(fā)揮工程效益，相對(duì)于常態(tài)混凝土壩而言，在不同的工序都有一定的投資節(jié)約。根據(jù)我國(guó)已建碾壓混凝土壩工程造價(jià)和工期的分析，在大壩施工中，碾壓混凝土每立方米造價(jià)較常態(tài)混凝土低1535，一般工程都可以提前一年工期建成。,從總體上分析，碾壓混凝土材料的性能可滿(mǎn)足高壩建設(shè)的要求。碾壓混凝土重力壩的設(shè)計(jì)，要保證壩體穩(wěn)定，滿(mǎn)足強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐久性要求；明確溫控要求，設(shè)置溫度收縮縫，防止壩體裂縫；做好防滲、排水、廊道等構(gòu)造；做到便于碾壓混凝土施工，加快進(jìn)度，縮短工期，降低造價(jià)等。 碾壓混凝土重力壩的水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理及準(zhǔn)則，與常態(tài)混凝土重力壩相同。但是在混凝土材料、重力壩樞紐布置和壩體構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面，要適應(yīng)碾壓混凝土的施工方法。碾壓混凝土重力壩采用連續(xù)鋪筑施工方法，施工速度加快，為此必須簡(jiǎn)化重力壩的構(gòu)造，做好與相鄰用常態(tài)混凝土澆筑方法建成的建筑物的連接設(shè)計(jì)。 碾壓混凝土重力壩的成功興建，給混凝土重力壩帶來(lái)了新生命，使人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)重力壩設(shè)計(jì)計(jì)算方法的價(jià)值。我國(guó)的碾壓混凝土壩層間接縫膠結(jié)一般較好，抗剪強(qiáng)度和彈模與碾壓混凝土本身相近，但目前由于碾壓混凝土層面的抗剪強(qiáng)度和沿層面方向滲透系數(shù)的離散性較大，對(duì)于重力壩壩體的最不利層面需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。,一般來(lái)說(shuō)，可修建常態(tài)混凝土重力壩的壩址，也可以修建碾壓混凝土重力壩。條件合適時(shí)，與其他壩型比較，往往具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但對(duì)于一個(gè)具體工程，是否修建碾壓混凝土重力壩最合理則需進(jìn)行綜合比較。碾壓混凝土重力壩對(duì)壩基地質(zhì)條件的要求以及壩基的處理，與常態(tài)混凝土重力壩大體相同。碾壓混凝土重力壩往往施工倉(cāng)面較大，尤其是修建高碾壓混凝土重力壩時(shí)，要求開(kāi)挖后的壩基比較平整，避免可能出現(xiàn)的不均勻沉陷。,（1）壩址選擇,根據(jù)碾壓混凝土重力壩的特點(diǎn)，壩址選擇在彎曲的河段便于另開(kāi)施工導(dǎo)流洞和發(fā)電引水洞，簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)，利于碾壓混凝土的施工，例如日本的島地川壩及我國(guó)的坑口壩、龍門(mén)灘壩。 當(dāng)河床開(kāi)闊，采用分期圍堰、分期導(dǎo)流時(shí)，河段是否彎曲就成了次要條件。我國(guó)的觀音閣壩，壩頂長(zhǎng)1040m，巖灘壩的壩頂長(zhǎng)525m，均采用分期導(dǎo)流的方式施工。 有些工程特別重視簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)，雖然河床較開(kāi)闊，仍另開(kāi)導(dǎo)流洞。如日本的玉川壩，壩頂長(zhǎng)441.5m，另開(kāi)一條400m長(zhǎng)的導(dǎo)流洞。 對(duì)于壩址處河谷較狹窄的工程，也可以選定碾壓混凝土壩，這種地形有時(shí)利于修建整體式碾壓混凝土壩。,（2）水文氣象條件,水文氣象條件將影響碾壓混凝土壩的施工導(dǎo)流方式、溫度控制、壩體結(jié)構(gòu)型式及施工期的確定。通常大、中型工程混凝土重力壩，施工期總是跨年度的，施工導(dǎo)流需考慮全年洪水。我國(guó)的河流通常豐枯水期的分界較明顯，豐水期的洪峰流量大，是控制施工導(dǎo)流規(guī)模的主要因素。碾壓混凝土的施工速度快，有些中型工程有條件在半年左右時(shí)間內(nèi)完成，可與水文氣象條件相適應(yīng)。 在北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬季氣溫極低且晝夜溫差大，不利于混凝土施工，因此混凝土施工起始期多安排在春末夏初。如日本北海道的美利河壩5月份才開(kāi)始澆筑混凝土；我國(guó)位于遼寧省的觀音閣碾壓混凝土壩(最低氣溫-37.9)和位于吉林省的臨江碾壓混凝土壩(最低氣溫-35.1 均計(jì)劃冬季停止碾壓混凝土鋪筑。我國(guó)南方地區(qū)氣溫較高，在高氣溫季節(jié)進(jìn)行碾壓混凝土壩的施工，需要有專(zhuān)門(mén)的施工措施和相應(yīng)的溫度控制措施，同時(shí)對(duì)壩體分縫也將產(chǎn)生影響。因此在選定碾壓混凝土壩時(shí)，需考慮不同地區(qū)的水文氣象條件所帶來(lái)的一系列影響。,（3）材料,目前我國(guó)的碾壓混凝土材料，都摻有高比例的粉煤灰或火山灰，選擇碾壓混凝土壩方案，摻合料的來(lái)源將是一個(gè)制約因素。目前粉煤灰的價(jià)格不計(jì)包裝費(fèi)，影響價(jià)格的關(guān)鍵是到施工場(chǎng)地的運(yùn)距。如需汽車(chē)運(yùn)輸，一般運(yùn)距在200km以?xún)?nèi)是可取的。運(yùn)距200400km，從簡(jiǎn)便施工出發(fā)，摻用粉煤灰也有一定價(jià)值，運(yùn)距過(guò)遠(yuǎn)通常不適宜摻用粉煤灰?？紤]使用石粉（陳改新）。 2010年7月水泥500元/噸，2009年300元/噸。粉煤灰70-100元/噸，散裝二級(jí)粉煤灰價(jià)格：130元/噸，袋裝二級(jí)粉煤灰價(jià)格：180元/噸 。 國(guó)內(nèi)大量試驗(yàn)及工程實(shí)踐證明，人工砂碾壓混凝土和易性較好，可減少粉煤灰摻量?？涌趬魏妄堥T(mén)灘壩，采用人工砂與天然砂相比，兩工程每立方米混凝土分別可少摻粉煤灰40kg和33kg以上。兩工程的人工砂用小型錘擊式制砂機(jī)制備，未經(jīng)水洗，砂中粒徑小于0.15mm的微粒含量一般為8-12(天然砂微粒含量?jī)H1左右)。用大型棒磨式制砂機(jī)生產(chǎn)的人工砂，經(jīng)過(guò)水洗后，微粒含量相對(duì)減少，但與天然砂相比還是有利的。部分試驗(yàn)表明，每立方米混凝土仍可少摻粉煤灰20kg左右。因此，在有條件的地方，采用人工砂可提高碾壓混凝土壩型的競(jìng)爭(zhēng)力。,（4）交通條件,碾壓混凝土壩的鋪筑速度快，往往需要將大量設(shè)備和材料在短期內(nèi)運(yùn)至工地，因此對(duì)外的交通條件好壞和原材料的供應(yīng)，對(duì)壩型選定將產(chǎn)生直接影響。 場(chǎng)內(nèi)交通條件與碾壓混凝土的上壩方式密切有關(guān)，如坑口壩、龍門(mén)灘壩、上坂壩等工程采用汽車(chē)直接上壩入倉(cāng)，就必須具備開(kāi)挖多層上壩公路的條件。碾壓混凝土的入倉(cāng)方式除汽車(chē)直接入倉(cāng)外，對(duì)兩岸陡峻的地形可以考慮固定纜機(jī)與汽車(chē)配合的方式，碾壓混凝土罐運(yùn)至纜機(jī)下，再由纜機(jī)運(yùn)至壩區(qū)卸入集料斗，自卸汽車(chē)接料后運(yùn)至各澆筑點(diǎn)；也可以采用負(fù)壓溜槽和深槽式高速皮帶機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸?shù)姆绞?。我?guó)江埡碾壓混凝土壩，兩岸山勢(shì)陡峻、場(chǎng)地狹窄，采用負(fù)壓溜槽和深槽式高速皮帶聯(lián)合運(yùn)輸方式，完成壩體中、上部混凝土高速度、大規(guī)模的運(yùn)輸要求。混凝土從拌和樓出機(jī)口輸送到壩面自卸汽車(chē)的時(shí)間正常為35min。美國(guó)上靜水壩采用皮帶機(jī)將混凝土送至大壩，然后用自卸汽車(chē)運(yùn)至澆筑點(diǎn)。其他如門(mén)機(jī)、履帶式吊車(chē)等設(shè)備，也都可因地制宜采用。,（5）施工,碾壓混凝土壩的施工上升速度，主要受混凝土拌和能力與砂石料制備的制約。高強(qiáng)度的澆筑速度需配套大容量拌和設(shè)備，因此一般大型工程均有較大的混凝土拌和能力，如日本玉川壩裝有兩座33m3拌和樓，日澆筑混凝土量達(dá)5800m3。美國(guó)上靜水壩拌和設(shè)備總?cè)萘?4m3，日澆筑混凝土量38007600m3。我國(guó)江埡碾壓混凝土壩日澆筑量達(dá)到7190m3。大容量拌和設(shè)備固然可以提高澆筑能力，但同時(shí)設(shè)備運(yùn)輸及安裝周期也會(huì)相應(yīng)較長(zhǎng)，費(fèi)用也會(huì)較多。具體的工程是否有合適的施工單位和相應(yīng)的機(jī)械裝備，也是選定碾壓混凝土壩方案需要考慮的因素之一。短時(shí)間內(nèi)澆筑大量碾壓混凝土，需要的砂石料和水泥等材料的貯備場(chǎng)所面積往往較常態(tài)混凝土壩方案大得多，否則勢(shì)必增加碎石系統(tǒng)的容量和運(yùn)輸車(chē)輛的噸位，使碾壓混凝土單價(jià)提高，不利于碾壓混凝土壩型的選定。,（6）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較,在技術(shù)可行和安全可靠的前提條件下，一種壩型的優(yōu)劣最終必須由經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體現(xiàn)，如投資回收年限、投資收益率等。此外施工工期的長(zhǎng)短也是重要的因素，尤其是對(duì)巨型水電站而言。 坑口壩因提前半年建成，可多蓄水1300萬(wàn)m3，在枯水期可多發(fā)電330萬(wàn)kwh，節(jié)省電費(fèi)148.5萬(wàn)元。此外，由于提前發(fā)電，建設(shè)單位可節(jié)約數(shù)十萬(wàn)元管理費(fèi)；由于坑口水庫(kù)較快建成，改變了下游梯級(jí)電站的效益，促使均溪四級(jí)、均溪六級(jí)兩座電站提前開(kāi)工，效益更為可觀。又如我國(guó)的巖灘大壩，在28個(gè)壩塊中有10個(gè)壩塊采用碾壓混凝土，大壩混凝土共322萬(wàn)m3，其中碾壓混凝土約32萬(wàn)m3。改變方案可節(jié)省投資700多萬(wàn)元，就總投資16.32億元而言，節(jié)省的比例很小，但因此將溢流壩段的施工期提前8個(gè)月，使第一臺(tái)30.25萬(wàn)kw的機(jī)組，初期由低水位運(yùn)行提高到正常水位運(yùn)行，社會(huì)效益十分可觀。,國(guó)外的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)也表明，在條件適宜時(shí)，碾壓混凝土壩的經(jīng)濟(jì)性是很明顯的。美國(guó)的查爾斯陸奇根據(jù)已建成的柳溪(willow creek)壩、帕姆(pamo)壩及其他一些工程資料進(jìn)行了分析比較，認(rèn)為碾壓混凝土與常態(tài)混凝土造價(jià)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)圖6.1-1)。碾壓混凝土壩與土石壩相比，壩高50m以上單位壩段體積也具有明顯的優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)圖6.1-2)。壩高52m的柳溪壩，堆石壩招標(biāo)價(jià)2700萬(wàn)美元，碾壓混凝土壩招標(biāo)價(jià)1400萬(wàn)美元，后者工期僅為前者的1/3。又如阿根廷烏魯瓜依水電站大壩(裝機(jī)12萬(wàn)kw)壩高78m，土石壩招標(biāo)價(jià)1.8億美元，碾壓混凝土壩(63.8萬(wàn)m3)招標(biāo)價(jià)僅1.48億美元，可節(jié)省投資3200萬(wàn)美元，后者工期僅69個(gè)月，國(guó)外建設(shè)者也十分重視工期提前這一因素。,2.1.5實(shí)例：,龍灘水電站樞紐由碾壓混凝土重力壩、泄洪建筑物、通航建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)組成，水電站分二期建設(shè)，初期建設(shè)正常蓄水位375.00m，裝機(jī)4200mw，后期裝機(jī)水位提高至400.00m，裝機(jī)5400mw；通航建筑物按級(jí)航道，過(guò)船噸位500t設(shè)計(jì)。樞紐布置中，溢洪道設(shè)在河床中部以利于泄洪消能和水流歸槽；通航建筑物布置在右岸，采用兩級(jí)垂直提升式升船機(jī)，使上下游航道連接順暢；根據(jù)龍灘壩址左岸山體雄厚、巖體完整性好，右岸山體相對(duì)單薄以及左岸蠕變體a區(qū)的處理要求等條件，布置左岸地下廠房。,該方案河床壩段布置7孔表孔溢洪道。表孔孔口寬15.00m，壩段寬20m，壩軸線垂直河流布置，堰頂高程初期為355.00m，后期提高至380.00m，孔口中心處設(shè)壩段分縫。壩頂高程初期382 .00m，后期加高至406. 5m。最高壩段壩基面高程190. 00m。最大壩高初期為192.00m，后期為216.50m。泄洪全部由表孔溢洪道承擔(dān)，最大瀉量：初期28190m3/s，后期27134m3/s。下游消能采用挑流型式為使挑流沖坑分散，采用高低挑坎大差動(dòng)式挑流消能，高坎鼻坎高程275.00m，挑射角15，低坎鼻坎高程257.00m，挑射角30。,在表孔溢洪道兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置2個(gè)放空底孔，主要為水庫(kù)放空設(shè)置，并可用于大壩后期施工導(dǎo)流，底孔與表孔溢洪道的邊孔共為一個(gè)壩段，壩段寬30m，底孔底檻高程290. 00m進(jìn)口為喇叭口形，出口控制斷面5m8m(寬高)，為適應(yīng)碾壓混凝土施工，底孔采用有壓流形式，孔身水平布置，孔口上游設(shè)平面事故檢修門(mén)，下游出口設(shè)弧形工作門(mén)，孔身采用鋼板襯砌，底孔運(yùn)行按水庫(kù)水位低于表孔堰壩高程、水庫(kù)放空時(shí)使用。底孔下游消能也采用挑流型式，挑流鼻坎高程29l.56m，挑射角15。,溢流壩段的右側(cè)為擋水壩段。壩段寬22.00m。初期壩頂寬14.00m，下游壩坡1: 0. 7，后期壩頂寬18.00m，下游壩坡1：0.73。上游壩面在高程270.00m以上為直立坡，以下為1:0.25的斜坡。,右岸布置通航建筑物，采用二級(jí)垂直提升式升船機(jī)。第一級(jí)升船機(jī)上閘首與大壩結(jié)合，兩個(gè)通航壩段對(duì)稱(chēng)布置在航道中心線兩側(cè)，中心線處設(shè)壩段分縫，閘槽跨縫布置，寬12.00m，底檻高程初期為332 .00m，后期為337.00m。通航壩段因雙向受水壓作用，單個(gè)壩段寬需要44m。通航壩段的右側(cè)接岸邊攔水壩段，壩軸線向上游折轉(zhuǎn)30角與壩頭山體連接。,左岸布置裝機(jī)9臺(tái)、總裝機(jī)容量5400mw的引水發(fā)電系統(tǒng)。電站進(jìn)水口為壩式進(jìn)水口，發(fā)電廠房布置在左岸下游山體內(nèi)，采用全地下式廠房，進(jìn)水口壩段寬25.00m，共9個(gè)，壩軸線向上游轉(zhuǎn)27角，以滿(mǎn)足電站進(jìn)水口布置要求減少進(jìn)水口壩段切入山體的深度。進(jìn)水口壩段與左岸電梯井壩段之間由一個(gè)三角形擋水壩段連接。,各類(lèi)壩段壩軸線總長(zhǎng)初期為746.49m，后期加高后為83l.99m。其中溢流壩段及底孔壩段占180.00m，發(fā)電進(jìn)水口壩段占225.00m，通航壩段占88.00m，其余為擋水壩段。,2-2 壩體剖面設(shè)計(jì)（壩體構(gòu)造）,包括壩體斷面選擇，材料分區(qū)，廊道和排水等。,2.2.1穩(wěn)定分析,對(duì)于按常規(guī)設(shè)置橫縫的碾壓混凝土壩，其穩(wěn)定分析可按平面問(wèn)題處理。應(yīng)用抗剪斷公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)k，要求在基本及特殊荷載組合時(shí)，分別滿(mǎn)足混凝土重力壩規(guī)范中所規(guī)定達(dá)到的安全系數(shù)值。 正常情況下，k3.0， 校核洪水情況k 2.5， 地震情況k2.3。,由于不少碾壓混凝土壩是不設(shè)置橫縫的整體式壩，則應(yīng)計(jì)算整體壩的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)?？筛鶕?jù)基本數(shù)據(jù)的差異，將壩體分塊，然后累加計(jì)算。 式中f,c第i壩塊混凝土與壩基的抗剪斷摩擦系數(shù)和凝聚力； w,p作用在第i壩塊上的荷載對(duì)滑動(dòng)平面的法向分力和切向分力； a第i壩塊的壩基面面積。 按整體壩進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，因?yàn)榭梢砸载S補(bǔ)欠，故其抗滑安全度有較大的提高。以坑口壩為例，按斷面計(jì)算的基本荷載及特殊荷載的抗剪斷穩(wěn)定安全系數(shù)k分別為3.98和3.97；而按整體計(jì)算時(shí)，分別可達(dá)到6.6和6.3。,常規(guī)混凝土重力壩因?qū)娱g施工縫處理較好，故壩體失穩(wěn)均由基巖面滑動(dòng)或基巖受剪破壞所致，不會(huì)發(fā)生壩體混凝土被剪斷。而碾壓混凝土壩則突出地存在壩體層間結(jié)合問(wèn)題，因此必需校核壩體層間滑動(dòng)的安全性。層間抗剪斷強(qiáng)度的值應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。 坑口壩現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得f1.01.12，c0.991.17mpa；巖灘碾壓混凝土層間抗剪斷f=1.081.35，c0.591.22mpa。,2.2.2應(yīng)力計(jì)算,按平面情況計(jì)算碾壓混凝土重力壩的應(yīng)力，應(yīng)滿(mǎn)足混凝土重力壩規(guī)范的規(guī)定。即用材料力學(xué)方法計(jì)算，在不計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)，上游面最小主壓應(yīng)力應(yīng)大于0.25 h；壩體最大主壓應(yīng)力應(yīng)不大于混凝土容許壓應(yīng)力。 整體式碾壓混凝土重力壩，則應(yīng)進(jìn)行整體應(yīng)力分析，可以用三維有限元計(jì)算，或用水平梁和垂直梁分載計(jì)算，但計(jì)算工作量較大。故對(duì)于中小型工程，可參照拱壩的拱冠梁法做計(jì)算。為減少計(jì)算工作量，也可按平面問(wèn)題計(jì)算應(yīng)力。 由上可見(jiàn)，碾壓混凝土重力壩剖面與常規(guī)混凝土壩基本相同，上游一般用垂直或接近垂直的邊坡，下游邊坡為1:(0.60.85)。表2-3為國(guó)內(nèi)外已建碾壓混凝重力壩的剖面尺寸。圖2-7、圖2-8分別為坑口碾壓混凝土壩的平面布置和剖面圖。,2.2.3壩體分縫,碾壓混凝土重力壩不需設(shè)縱縫，這已得到公認(rèn)。壩高100m、底寬80多m的玉川壩，也未設(shè)置縱縫。是否設(shè)置橫縫則尚無(wú)定論。碾壓混凝土在熱學(xué)、力學(xué)性質(zhì)及徐變、干縮等方面與常態(tài)混凝土均有差異，因此仍按常規(guī)混凝土壩劃分橫縫顯然是不合理的。如美國(guó)的麋鹿溪壩，壩頂長(zhǎng)786m，設(shè)計(jì)了9條橫縫，最大間距91m。有些外部包有常態(tài)混凝土的碾壓混凝土壩，或受氣溫及地形、地質(zhì)條件限制的壩，其橫縫間距應(yīng)綜合分析后決定。 為了發(fā)揮碾壓混凝土大倉(cāng)面碾壓的效果，橫縫必需用切縫機(jī)施工，振動(dòng)切縫后的縫隙用硬塑料板或鍍鋅鐵板填入。,碾壓混凝土重力壩通常不宜設(shè)縱縫，但必須分橫縫。初期幾座碾壓混凝土重力壩因處于氣候溫和地區(qū)，而且壩軸線長(zhǎng)度在130m范圍內(nèi)，如坑口、龍門(mén)灘、榮地等壩均未設(shè)橫縫，建成后運(yùn)行十余年來(lái)未發(fā)生貫穿性裂縫。但是隨著河谷變寬，壩高的增加，出現(xiàn)橫縫不可避免。已建的碾壓混凝土壩分橫縫基本上有兩種方法：一種是按照壩體的功能和施工倉(cāng)面大小與填筑的速度而分縫，如錦江壩縫分在溢流壩兩邊，棉花灘大壩初期選擇間距3370m，縫分在河谷轉(zhuǎn)變處，后期改為橫縫間距20m。另一種則按照一般橫縫間距1520m劃分，多見(jiàn)于北方興建的碾壓混凝土重力壩，如觀音閣、桃林口、白石、閻王鼻子壩以及臨江重力壩等。在南方氣候較溫和地區(qū)，有些工程將橫縫間距放寬到4060m，如巖灘、水口壩和大朝山壩等。根據(jù)工程實(shí)踐和碾壓混凝土重力壩壩體溫控防裂措施的研究結(jié)果，碾壓混凝土重力壩的橫縫間距以20m左右為宜。,龍灘碾壓混凝土重力壩的壩段分縫間距，主要由壩段溫控防裂要求和大壩結(jié)構(gòu)布置要求確定。根據(jù)大壩溫度徐變應(yīng)力仿真分析成果，大壩橫縫間距不宜大于25.00m。 根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)布置情況，溢流壩段孔口寬15.00m，考慮閘墩厚5.00m，則橫縫間距為20.00m，孔口跨橫縫布置； 進(jìn)水口壩段橫縫間距25.00m，進(jìn)水口邊壁厚度8.50m(約為1倍孔口寬度)； 底孔壩段需要將底孔盡量靠近河床布置，因此，底孔與溢洪道側(cè)邊的半孔布置在一個(gè)壩段內(nèi)，壩段寬度需要30.00m，最小孔壁厚度為9.50m(約2倍孔口寬度)； 通航壩段因雙向受水壓作用，其寬度取決于壩段的穩(wěn)定和應(yīng)力條件，根據(jù)應(yīng)力計(jì)算需要壩段寬44.00m； 擋水壩段橫縫間距一般為22.00m，兩岸接頭和壩軸線折轉(zhuǎn)處壩段橫縫按布置需要確定。 由于底孔壩段及通航壩段寬度已超過(guò)控制寬度，結(jié)構(gòu)體形也比較復(fù)雜，已經(jīng)專(zhuān)門(mén)研究它們的溫控防裂措施。我國(guó)碾壓混凝土重力壩采用橫縫的情況見(jiàn)表6.2.1。,在上、下游面采用常態(tài)混凝土?xí)r，分縫與碾壓混凝土不同步，其分縫間距常為碾壓混凝土的l/2左右，為此有并縫問(wèn)題。碗窯重力壩采取排水孔并縫(如圖6.2-3所示)，錦江重力壩采用20mm鋼筋、間距30cm并縫，以限制裂縫擴(kuò)展。應(yīng)該說(shuō)，這也是上、下游面用常態(tài)混凝土的一個(gè)問(wèn)題。,碾壓混凝土壩橫縫正規(guī)縫的構(gòu)造與常態(tài)混凝土壩相似。通常在靠近迎水面的縫內(nèi)設(shè)置兩道止水，兩道止水間設(shè)一瀝青井。第一道止水用銅片，止水至上游縫內(nèi)貼瀝青油毛氈；第二道止水采用銅片或合成橡膠止水片。兩道止水間的瀝青井宜采用正方形或圓形，邊長(zhǎng)或內(nèi)徑可為1520cm。一些工程如天生橋二級(jí)、石漫灘重力壩設(shè)誘導(dǎo)縫，采用如郵票孔一樣的形式(如圖6.2-4所示)。誘導(dǎo)孔鉆孔在混凝土具有一定強(qiáng)度(約7d齡期)后進(jìn)行，孔徑9cm，孔距1m，每次孔深3m，分縫控制準(zhǔn)確，效果良好。還有設(shè)槽孔以削弱斷面成縫的做法，可根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)要求而選用。誘導(dǎo)縫對(duì)于重力壩，主要是對(duì)可能出現(xiàn)貫穿裂縫的部位有所控制，不致沿裂縫集中滲漏、無(wú)法控制，只能灌漿處理。根據(jù)天生橋二級(jí)工程大壩和石漫灘重力壩的經(jīng)驗(yàn)，這種誘導(dǎo)縫在施工過(guò)程中就可裂開(kāi)，因其上游面設(shè)有止水片，也就不可能有滲漏的途徑。沙牌碾壓混凝土壩在誘導(dǎo)縫靠近壩面處增設(shè)邊緣切口，利用切口的應(yīng)力集中，使壩面裂縫集中在誘導(dǎo)縫處，這在不增加縫面削弱面積的情況下發(fā)揮誘導(dǎo)縫的作用，具有良好的效果。當(dāng)然誘導(dǎo)縫也可能不張開(kāi)，對(duì)重力壩來(lái)說(shuō)不成為問(wèn)題。,2.2.4壩內(nèi)廊道和排水,一、廊道和直井的用途,在重力壩中設(shè)置廊道和直井是為了滿(mǎn)足下列需要： (1)進(jìn)行地基帷幕灌漿，構(gòu)成上游防滲帷幕。如對(duì)壩基采用抽排措施，還要設(shè)置下游防滲帷幕。在運(yùn)行期還要對(duì)帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。 (2)設(shè)置壩基排水孔，包括主排水孔和輔助排水孔。在運(yùn)行期還要對(duì)排水孔進(jìn)行檢修。 (3)集中與排除壩體和地基的滲水，還需對(duì)壩體排水管進(jìn)行檢修。 (4)施工中對(duì)壩體進(jìn)行冷卻和接縫灌漿，以及壩體與陡岸坡接觸灌漿。 (5)運(yùn)輸、安裝與運(yùn)行深式泄水孔閘門(mén)和啟閉機(jī)。 (6)設(shè)置排水集水井，運(yùn)輸和運(yùn)行抽水機(jī)和電動(dòng)機(jī)。 (7)對(duì)壩體運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，設(shè)置各種觀測(cè)設(shè)備并進(jìn)行觀測(cè)。 (8)壩內(nèi)交通、運(yùn)輸。 (9)壩內(nèi)通風(fēng)。 (10)設(shè)置各種動(dòng)力和照明電纜。 在重力壩壩體內(nèi)設(shè)置廊道和直井，是為了滿(mǎn)足上述施工和運(yùn)行的需要，但廊道和直井的存在會(huì)削弱壩體的強(qiáng)度，而且給施工帶來(lái)不便。所以在滿(mǎn)足運(yùn)行和施工要求的前提下，應(yīng)盡可能減少廊道和直井的數(shù)目和尺寸，使一個(gè)廊道或直井有多種用途。,二、廊道和直井的布置,重力壩必須設(shè)置基礎(chǔ)灌漿廊道，一般位于壩踵附近離上游壩面約l/151/10倍壩面上的作用水頭處，以滿(mǎn)足滲徑的要求。廊道底到巖基的混凝土厚度約為48m，以承受灌漿壓力?；A(chǔ)灌漿廊道一般同時(shí)用來(lái)設(shè)置主排水孔幕。廊道底板縱向坡度應(yīng)平順，以便鉆機(jī)移動(dòng)。在兩岸岸坡壩段，基礎(chǔ)灌漿廊道的縱向坡度，一般近似地并行于開(kāi)挖后的壩基面，但應(yīng)緩于45，最陡不得超過(guò)60并設(shè)置扶手。坡度較陡的長(zhǎng)廊道，應(yīng)分段設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)間高差一般為15m，以便行人休息。當(dāng)岸坡壩基縱向坡度陡于4560時(shí)，則做直井，直井間設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)間高差一般為15m，帷幕灌漿和排水孔幕在直井內(nèi)進(jìn)行作業(yè)；也可在岸坡巖體內(nèi)開(kāi)挖帷幕灌漿隧洞，應(yīng)與基礎(chǔ)灌漿廊道或直井連接，使防滲帷幕成為整體。,在基礎(chǔ)灌漿廊道的最低部位設(shè)置集水井，如壩體很長(zhǎng)，可加設(shè)集水井，以收集從巖基和壩體排出的滲水。集水井的尺寸視估計(jì)的滲流量而定，一般寬4m、長(zhǎng)4m、深4m。集水井上設(shè)抽水機(jī)室，最少要有兩臺(tái)抽水機(jī)，互為備用，并需有備用電源；集水由抽水機(jī)抽排，經(jīng)排水管至下游壩外。如基礎(chǔ)灌漿廊道高于下游最高水位，則滲水可通過(guò)水管或橫向廊道自流排到下游壩外。在岸坡壩段，滲水可從基礎(chǔ)灌漿廊道分幾個(gè)高程，經(jīng)水管或橫向廊道自流排到下游壩外。,高、中壩如對(duì)壩基采用抽排措施時(shí)，需設(shè)置有輔助排水孔。為此，要設(shè)置縱向(橫河向)基礎(chǔ)排水廊道，并用橫向基礎(chǔ)排水廊道與靠近上游壩面的基礎(chǔ)灌漿廊道相連。當(dāng)岸坡較陡時(shí)，為了鉆輔助排水孔，有時(shí)需設(shè)置排水直井。這些基礎(chǔ)排水廊道的底高程，最好能使排出的滲水自流排到基礎(chǔ)灌漿廊道的集水井內(nèi)，以便工作人員可進(jìn)入基礎(chǔ)排水廊道檢修排水孔。如這些廊道緊靠基巖面，則廊道底也應(yīng)鋪筑混凝土板，以便工作人員在其內(nèi)工作。但由于這些廊道低于基礎(chǔ)灌漿廊道，所以平時(shí)這些排水廊道是充水的，在檢修輔助排水孔時(shí)，必須先用臨時(shí)安裝的抽水機(jī)把排水廊道抽干，運(yùn)用較為不便。,重力壩壩體內(nèi)所設(shè)縱向檢查和排水廊道，同時(shí)可用作觀測(cè)廊道。縱向廊道每隔1530m高差設(shè)置一層，并應(yīng)與壩體接縫灌漿分區(qū)相適應(yīng)。對(duì)設(shè)引張線的廊道，宜在同一高程上呈直線布置。廊道離上游壩面的距離約為l/151/10倍壩面上的作用水頭，最小不少于3 m，防止開(kāi)裂貫通。,在壩頂附近須設(shè)縱向觀測(cè)廊道，以量測(cè)壩頂位移和沉降等。在寒冷地區(qū)，觀測(cè)廊道離壩頂應(yīng)保持足夠的距離，以免頂部混凝土凍裂。壩內(nèi)其他廊道也都可兼作觀測(cè)用。在高壩內(nèi)常設(shè)2-3個(gè)懸錘以觀測(cè)壩體各高程的位移，為此要設(shè)置直井，從壩頂觀測(cè)廊道直到巖基設(shè)置直井，一般應(yīng)緊靠檢查和排水縱向廊道的下游側(cè)，以便觀測(cè)。為此，各高程的縱向廊道最好布置在一個(gè)縱向豎直面上。但縱向檢查和排水廊道離上游壩面的距離一般為1/151/10倍壩面上的作用水頭，故應(yīng)適當(dāng)調(diào)整位置，使它們處在一個(gè)近乎豎直的縱向面上。如相差太遠(yuǎn)，不易調(diào)整到滿(mǎn)足上述要求時(shí)，則應(yīng)設(shè)短橫向廊道通到懸錘直井。,如縱向廊道與泄水孔或?qū)Я鞯卓自诓煌叱躺舷嘟徊鏁r(shí)，上下相距不宜太近，以防止混凝土開(kāi)裂貫通。壩內(nèi)如有泄水孔閘門(mén)啟閉機(jī)室時(shí)，要有縱向廊道通至閘門(mén)啟閉機(jī)室作為交通運(yùn)輸及通風(fēng)通道。閘門(mén)啟閉機(jī)室的尺寸視啟閉機(jī)尺寸和閘門(mén)開(kāi)啟的空間要求而定。,壩體內(nèi)的各層縱向廊道，都要有靠近岸坡的橫向廊道作為交通廊道通至壩下游岸坡，與岸坡上的人行道相連接。一條縱向廊道至少有兩個(gè)對(duì)外橫向交通廊道。在下游最高水位以下的縱向廊道和基礎(chǔ)灌漿廊道，不設(shè)橫向交通廊道，而用直井或傾斜縱向廊道與其上的縱向廊道相通；如設(shè)橫向交通廊道，則進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)擋水門(mén)。,對(duì)于壩體內(nèi)的各層縱向廊道，應(yīng)在兩岸岸坡壩段內(nèi)設(shè)直井或傾斜廊道互相連通，并設(shè)有連接平臺(tái)。如縱向廊道較長(zhǎng)，應(yīng)沿縱向每隔200-300m，在上、下層廊道間設(shè)交通和運(yùn)輸廊道一般可用直井，必要時(shí)也可設(shè)傾斜廊道，有平臺(tái)與縱向廊道相連。在直井中可設(shè)轉(zhuǎn)梯；為便于運(yùn)輸也可設(shè)爬梯。,廊道內(nèi)應(yīng)有適宜的通風(fēng)條件，一般可利用橫向交通廊道通風(fēng)。如壩很長(zhǎng)，也可加設(shè)橫向通風(fēng)廊道。橫向廊道進(jìn)出口均應(yīng)設(shè)格柵門(mén)，既可通風(fēng)，又保安全。,對(duì)于大、中型工程的高壩，在壩體內(nèi)應(yīng)設(shè)置12座電梯，以利交通和運(yùn)輸，為此要設(shè)電梯直井。電梯直井在各層縱向廊道高程處設(shè)有短橫向廊道，與縱向檢查和排水廊道相連接。,碾壓混凝土重力壩，根據(jù)其自身的特點(diǎn)，可以適當(dāng)減少一些壩內(nèi)廊道布置層次。實(shí)踐證明，低壩設(shè)1層灌漿、排水廊道就可以滿(mǎn)足要求；壩內(nèi)觀測(cè)儀器的集線箱可集中到壩外觀測(cè)房?jī)?nèi)進(jìn)行。高、中壩可設(shè)23層廊道，綜合滿(mǎn)足灌漿、排水、交通的需要，特高壩還可多設(shè)?；A(chǔ)灌漿排水廊道宜設(shè)在基礎(chǔ)常態(tài)混凝土內(nèi)。壩體排水、檢查、觀測(cè)及交通廊道等盡可能合并，在全碾壓混凝土壩的廊道周?chē)刹捎米儜B(tài)混凝土。廊道兩壁和頂蓋可用預(yù)制混凝土模板。,三、廊道和直井的形狀和尺寸,為便于施工和廊道交叉接頭，廊道斷面宜做成矩形，尤其是碾壓混凝土壩，對(duì)于快速施工更為有利。傳統(tǒng)的廊道斷面形式是半圓拱頂，下部為長(zhǎng)方形，應(yīng)力條件較好。實(shí)際上，如采用平頂，由壩體自重和上游水壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力荷載，可由廊道頂部混凝土內(nèi)的虛擬拱承受，虛擬拱以下的頂部混凝土?xí)a(chǎn)生微裂縫，可設(shè)置鋼筋以分散和限制裂縫。,基礎(chǔ)灌漿廊道一般寬度為2.53.0m，高3.0-4.0m。 基礎(chǔ)排水廊道一般寬1.52.5m，高2.23.5m 基礎(chǔ)灌漿直井的斷面也宜做成矩形，尺寸與基礎(chǔ)灌漿廊道相同?；A(chǔ)排水直井?dāng)嗝娉叽缗c基礎(chǔ)排水廊道相同。交通、檢查等直井一般做成圓形，直徑為1.25m。電梯直井可做成矩形或圓形。,四、廊道和直井周?chē)鷳?yīng)力的計(jì)算,廊道和直井的尺寸很小，對(duì)重力壩的整體應(yīng)力分布影響不大，但在廊道和直井周?chē)幕炷羶?nèi)將產(chǎn)生局部應(yīng)力。由壩體自重和上游水壓力所產(chǎn)生的廊道周?chē)鷳?yīng)力可由混凝土內(nèi)的虛擬拱承受。廊道頂板、底板和側(cè)壁有局部拉應(yīng)力，可能會(huì)產(chǎn)生微裂縫，但一般問(wèn)題不大。如要求較精確的應(yīng)力值，可用有限元法計(jì)算。但如上所述，這些荷載可由虛擬拱來(lái)承受，所產(chǎn)生的應(yīng)力并不是主要的，主要的是溫度應(yīng)力。,廊道周?chē)臏囟葢?yīng)力是由兩種原因產(chǎn)生的。 一是施工期的溫度應(yīng)力。廊道底部和兩壁的混凝土先澆筑，而廊道頂部混凝土后澆筑，由于這兩部分混凝土的溫升、散熱和彈模增長(zhǎng)有時(shí)間差，因此頂部混凝土的收縮將受到兩壁混凝土的約束而產(chǎn)生溫度拉應(yīng)力。 二是廊道內(nèi)溫度的年變化引起廊道周?chē)膬?nèi)外溫差。 廊道頂面在兩種溫度拉應(yīng)力組合的情況下，將可能產(chǎn)生裂縫。而兩側(cè)和底板面的溫度應(yīng)力主要是后一種溫度應(yīng)力，故不致產(chǎn)生裂縫。,從這樣的定性分析可見(jiàn)，廊道頂板應(yīng)設(shè)置溫度鋼筋，兩側(cè)壁和底板可不設(shè)置溫度鋼筋。頂板溫度鋼筋應(yīng)根據(jù)溫度拉應(yīng)力的分布配置。溫度拉應(yīng)力可用地基約束和內(nèi)外溫差的溫度應(yīng)力計(jì)算方法進(jìn)行分析。溫度鋼筋一般采用一排25200mm，或兩排 22250mm。由上可見(jiàn)，廊道頂部混凝土澆筑與兩壁和底部混凝土澆筑的間隔時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，以免增加對(duì)頂板的約束。如間歇時(shí)間較長(zhǎng)，要加強(qiáng)頂部混凝土的溫度控制，并增加溫度鋼筋。,直井的溫度應(yīng)力主要是由內(nèi)外溫差引起，一般布置18250mm的溫度鋼筋。抽水機(jī)室、閘門(mén)啟閉機(jī)室、電梯直井等構(gòu)筑物尺寸較大，應(yīng)采用有限元法計(jì)算周?chē)鷳?yīng)力，配置鋼筋也是以溫度鋼筋為主。廊道和直井周?chē)膽?yīng)力計(jì)算較為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中宜做專(zhuān)題研究。,五、廊道構(gòu)造,矩形廊道頂部應(yīng)設(shè)溫度鋼筋，兩端要伸人兩壁。傳統(tǒng)的拱頂平底形廊道頂部鋼筋較多，也應(yīng)伸入兩壁，側(cè)墻和底板也設(shè)置鋼筋。鋼筋布置如圖6.2-2所示。實(shí)踐表明，設(shè)置溫度鋼筋后矩形廊道頂板一般無(wú)裂縫產(chǎn)生，而拱頂廊道一般也不產(chǎn)生裂縫，但是如果溫度鋼筋配的不夠，將會(huì)出現(xiàn)裂縫。 碾壓混凝土重力壩的廊道結(jié)構(gòu)以混凝土預(yù)制件拼裝較為有利，構(gòu)件內(nèi)配筋由計(jì)算確定。岸坡廊道采用斜井式或豎井式，應(yīng)根據(jù)河谷地形條件確定。河谷較窄、岸坡很陡，用豎井連接水平廊道是合適的。,基礎(chǔ)灌漿廊道和縱向檢查、排水廊道要在上游側(cè)底部設(shè)排水溝。排水溝斷面常用30cm30cm，底坡坡度3。排水孔幕排出的水要用鋼管通至上游排水溝，不宜用明溝排水。廊道四周的壁面應(yīng)做得平整，底板上沒(méi)有橫溝，便于運(yùn)行工作。此點(diǎn)常被忽視，認(rèn)為不影響大壩安全，無(wú)關(guān)緊要，這是不妥的?？v向廊道在穿過(guò)重力壩橫縫處，其周?chē)炷羶?nèi)應(yīng)設(shè)一道銅片止水。橫向廊道穿過(guò)重力壩縱縫，周?chē)矐?yīng)設(shè)一道橡膠(pvc)止水。這些止水可兼作止?jié){片用。,六、壩體排水幕,為了保證碾壓混凝土壩體內(nèi)的揚(yáng)壓力和碾壓混凝土的耐久性，壩體內(nèi)的排水幕十分重要。排水幕由按照一定間距布置的排水孔(管)構(gòu)成。壩體內(nèi)的廊道如前所述最好盡可能減少，但是從實(shí)際需要出發(fā)也不能不設(shè)。如江埡碾壓混凝土重力壩布置了3排，大朝山重力壩布置了2排，龍灘重力壩設(shè)立了5排。排水孔(管)的位置設(shè)在縱向排水廊道的上游側(cè)，靠近廊道壁，離上游壩面的距離約為l/15l/20倍壩面上的作用水頭，最小距離為3.0m，排水孔沿壩軸線方向的間距一般為23m，內(nèi)徑可為1025cm,，上、下層檢查和排水廊道之間的排水孔應(yīng)布置成豎直或接近豎直的方向，中間不能轉(zhuǎn)彎，以便檢查和清理。最上一層排水孔頂端通至壩頂附近的觀測(cè)廊道。排水孔排出的滲漏水應(yīng)流人下一層縱向廊道的排水溝內(nèi)。下層排水孔的頂端進(jìn)口在排水溝底以上。排水孔的清理工作應(yīng)定期進(jìn)行，以防堵塞。,碾壓混凝土壩壩內(nèi)設(shè)置排水孔(管)，過(guò)去曾研究過(guò)多種施工方案，如塑料管包砂，預(yù)制無(wú)砂混凝土管等，都由于碾壓混凝土施工過(guò)程中容易錯(cuò)位、漏漿或壓碎而失效，因此目前仍以結(jié)合檢查孔取芯鉆孔、形成排水通道比較可靠。涌溪三級(jí)電站碾壓混凝土壩，壩內(nèi)排水孔采用預(yù)埋長(zhǎng)度6070cm的鋼管，在每層混凝土碾壓完成后，將埋管上拔30cm，進(jìn)行上一層混凝土的攤鋪和碾壓，逐層施工較為方便，且效果較好。,碾壓混凝土的壩內(nèi)排水廊道，以在二級(jí)配富漿碾壓混凝土防滲層之后較佳。在高重力壩下最低一層廊道，常布置在基礎(chǔ)上的墊層常態(tài)混凝土內(nèi)，因?yàn)槌B(tài)混凝土薄層鋪設(shè)，受基礎(chǔ)約束，容易出現(xiàn)裂縫，而若設(shè)一些排水廊道恰好結(jié)合分縫并縫，滿(mǎn)足施工要求，如龍灘重力壩就是按這種方法布置的，建成的石板水碾壓混凝土重力壩在底部設(shè)立2m2.5m廊道進(jìn)行排水。,關(guān)于進(jìn)一步減少揚(yáng)壓力增大壩體穩(wěn)定性的問(wèn)題，在下游水位過(guò)高情況下，采用抽排降低揚(yáng)壓力是可行的。,2.2.5重力壩的斷面選擇、壩面處理和壩體混凝土分區(qū),1碾壓混凝土重力壩的斷面選擇,常態(tài)混凝土重力壩，其斷面取決于水壓、壩體重量、壩基巖體條件、揚(yáng)壓力、水庫(kù)淤積情況以及地震荷載等，上游面垂直或具有一定斜坡，以利用部分水重增大穩(wěn)定性。日本的高碾壓混凝土重力壩如浦山、宮瀨等工程，其底寬幾乎與壩高相等，上游面有較大斜坡。由于我國(guó)重力壩基巖較好，大多數(shù)工程上游坡垂直、下游坡1:(0.70.8)已可滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。如江埡、大朝山、棉花灘等大壩上游面都是垂直的，也便于施工；超過(guò)l00m壩高的工程斷面出現(xiàn)上游斜坡，可爭(zhēng)取減少混凝土量，如龍灘斷面自壩頂以下58m即設(shè)1:0.25斜坡。碾壓混凝土壩壩頂最小寬度約為5m，壩頂路面應(yīng)有橫向坡度，并設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施。 在重力壩選取的斷面中，最好盡可能不設(shè)底孔或中孔，因設(shè)置孔洞會(huì)增加施工中的困難。特別在底孔導(dǎo)流時(shí)，因?yàn)檫^(guò)水時(shí)迅速冷卻，碾壓混凝土可能出現(xiàn)裂縫。在中孔和底孔周?chē)话愣家娩摻罨炷粱蜾摪逡r砌，以保證中孔或底孔的正常運(yùn)行。,2壩面處理,上游壩面的處理與防滲措施密切相關(guān)，故將在以下防滲設(shè)計(jì)部分專(zhuān)述。 下游面應(yīng)根據(jù)溢流與水位變幅情況，按防滲、防沖、防蝕、防凍要求設(shè)保護(hù)層。 基礎(chǔ)混凝土：常態(tài)，厚度可根據(jù)基礎(chǔ)開(kāi)挖起伏差、溫度控制及基礎(chǔ)灌漿等要求確定。,3壩體混凝土分區(qū),日本的碾壓混凝土壩用“金包銀”式，在外表面處包一層常態(tài)混凝土，上游厚度為3m，下游厚225m，內(nèi)部則用100。碾壓混凝土。此種壩外表美觀，但施工需架立模板，有一定干擾。圖2-10是島地川壩體混凝土分區(qū)情況，除外部混凝土外，壩底還鋪設(shè)3m厚基礎(chǔ)混凝土，亦為常態(tài)混凝土，作墊層用；此外，廊道周?chē)嗖捎贸B(tài)混凝土。,圖2-11是我國(guó)天生橋二級(jí)水電站碾壓混凝土溢流壩剖面。上、下游面采用2.51m厚的常態(tài)混凝土，標(biāo)號(hào)為r90200s6，有一定的抗沖耐磨能力?；A(chǔ)墊層和齒槽用r90200 常態(tài)混凝土，壩體內(nèi)部則用r90150 碾壓混凝土。由圖還可以看到上游壩面、溢流壩面以及廊道周邊的止水片均設(shè)置在常態(tài)混凝土內(nèi)，灌漿交通廊道及排水廊道的下部亦均在常態(tài)混凝土內(nèi)，排水廊道上部則用半圓形預(yù)制混凝土拱。,美國(guó)的上靜水壩上下游面都采用水平滑模，各個(gè)工序包括滑模、鋪混凝土和振搗都達(dá)到高度機(jī)械化，減少了勞動(dòng)力。用滑模施工形成的道牙狀常態(tài)混凝土邊塊，每層91cm，上下搭疊30cm。邊塊混凝土摻用了減水劑，故其強(qiáng)度高、抗凍性好。圖2-12是上靜水壩滑模施工的道牙狀邊塊剖面，壩內(nèi)則全為碾壓混凝土，層厚為30cm。上靜水壩碾壓混凝土膠凝材料用量設(shè)計(jì)為189kg/m3，實(shí)際用到252 kg/m3，道牙狀邊塊混凝土用到374kg/m3。除因最大粗骨料粒徑只38mm，使膠凝材料用量增多外，為改善薄層的層間結(jié)合，并解決抗凍融抗?jié)B的要求，也加大了水泥用量。,用混凝土預(yù)制塊代替下游模板，預(yù)制塊作為壩體的一部分，這種方式能節(jié)約模板，施工方便，外觀好。預(yù)制塊還可起防凍隔熱作用，并能改善壩面溫度狀態(tài)。例如坑口壩采用梯形斷面預(yù)制塊，平均厚度50cm，長(zhǎng)100cm，重量輕容易吊裝，用于砌即可滿(mǎn)足內(nèi)部混凝土碾壓時(shí)不變形的要求。為保證預(yù)制塊與壩體連接，每個(gè)預(yù)制塊加2條機(jī)6鋼筋作錨鉤。,有的碾壓混凝土下游壩面由碾壓混凝土的自然休止角形成，如澳大利亞三個(gè)碾壓混凝土重力壩下游面坡度為1:(0.81.0)，不設(shè)模板，斜面也不碾壓。雖然外觀和耐久性相對(duì)較差，但施工簡(jiǎn)便，運(yùn)行一直正常。,溢流式碾壓混凝土壩的溢流面宜用鋼筋混凝土防護(hù)，可在填筑壩內(nèi)碾壓混凝土?xí)r用預(yù)制塊作臨時(shí)模板，以形成臺(tái)階狀交接面。碾壓混凝土達(dá)一定強(qiáng)度后，吊開(kāi)預(yù)制塊并處理交接面，再澆筑溢流面鋼筋混凝土。,2-3防滲設(shè)計(jì),碾壓混凝土如果配合比恰當(dāng)，又能精心施工、保證質(zhì)量，則其滲透系數(shù)可達(dá)10-810-10cm/s。由碾壓混凝土芯樣抗?jié)B性試驗(yàn)可知，膠凝材料用量多的碾壓混凝土其滲透系數(shù)不一定小，可見(jiàn)施工質(zhì)量是影響滲透性的主要因素。由于碾壓混凝土水泥用量少，運(yùn)輸鋪筑過(guò)程粗骨料易分離，加之碾壓層面多，易造成結(jié)合不良等因素，會(huì)導(dǎo)致碾壓混凝土壩嚴(yán)重滲漏。如美國(guó)柳溪壩芯樣測(cè)試滲透系數(shù)為(16.820.0)10-10cm/s，而實(shí)際壩體壓水試驗(yàn)所得滲透系數(shù)在10-110-3cm/s量級(jí)范圍，遠(yuǎn)低于芯樣測(cè)試結(jié)果，初次蓄水時(shí)滲漏量甚至達(dá)到180l/s。其他碾壓混凝土壩也有類(lèi)似的情況，即實(shí)際壩體抗?jié)B性能較低。因此說(shuō)明用碾壓混凝土筑壩一般難以保證不漏水，認(rèn)為必需設(shè)置防滲結(jié)構(gòu)以控制滲漏。,根據(jù)碾壓混凝土的滲流特性，可以得出碾壓混凝土壩滲流控制設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)應(yīng)為：降低壩體層面上的揚(yáng)壓力；減少滲透水量；防滲體的厚度或排水幕距壩上游面的距離要足夠地大，降低防滲結(jié)構(gòu)中和排水幕上游面混凝土中的水力比降，防止發(fā)生水力擊穿等滲透破壞現(xiàn)象。前兩項(xiàng)目標(biāo)需要靠合理地設(shè)置壩上游面防滲體和其后排水幕等排水設(shè)施來(lái)完成，且要求防滲體的滲透系數(shù)最好要小于壩體垂直向的滲透系數(shù)。因此碾壓混凝土壩的滲控方案設(shè)計(jì)仍以“前堵后排”為基本原則。壩體排水幕常常由豎向排列的排水孔組成，孔距23m，孔徑1025cm，,對(duì)防滲結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)該是：自身穩(wěn)定、防滲效果好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)、不易開(kāi)裂；工程量小、經(jīng)濟(jì)、施工方便，尤其對(duì)壩體碾壓混凝土的施工干擾要??；耐久性好、美觀、對(duì)水質(zhì)無(wú)污染等。 目前國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土壩防滲結(jié)構(gòu)有以下幾種類(lèi)型：常態(tài)塑性混凝土防滲；上游富膠凝材料碾壓混凝土防滲；補(bǔ)償收縮混凝土防滲；瀝青混合料防滲；壩面粘貼高分子薄膜防滲等。,2.3.1常態(tài)塑性混凝土防滲,(1)金包銀式結(jié)構(gòu) 在碾壓混凝土施工的同時(shí)，在壩體上游面澆筑一層常態(tài)塑性混凝土，俗稱(chēng)為“金包銀”。多數(shù)工程運(yùn)行基本良好，但亦發(fā)生防滲層混凝土開(kāi)裂漏水的情況。常態(tài)塑性混凝土防滲層要求設(shè)置橫縫和橫縫內(nèi)止水，施工干擾較大，影響工程進(jìn)度。 防滲層的厚度以及施工方法各國(guó)差別很大。日本的防滲層厚一般為153m，壩體結(jié)構(gòu)與常規(guī)混凝土重力壩無(wú)明顯差別，因此施工措施也很大程度的依照常態(tài)混凝土筑壩方法。 （2）薄層防滲 圖213(a)為法國(guó)歐利維特斯壩的上游防滲細(xì)部，壩體碾壓混凝土每立方米用水泥130kg，面層常態(tài)混凝土則用360kg水泥，墊層則為bec專(zhuān)利產(chǎn)品。澳大利亞的碾壓混凝土壩當(dāng)采用常態(tài)混凝土面層時(shí)，其面層厚度很小，只有15cm，大壩不設(shè)縱、橫縫，碾壓混凝土層面處理也較簡(jiǎn)單，只在上游3m內(nèi)靠下游的2m寬面上，用細(xì)料常態(tài)混凝土鋪34cm厚，做為層間處理，用以防滲。摩洛哥的柯萊瑪壩體上游面使用預(yù)制混凝土模板，澆筑上游常態(tài)混凝土，預(yù)制混凝土模板埋設(shè)錨筋與常態(tài)混凝土及碾壓混凝土連接固定，見(jiàn)圖213(b)所示。,2.3.2碾壓混凝土自身防滲（上游富膠凝材料碾壓混凝土防滲）,從加強(qiáng)碾壓混凝土重