小型重力壩設(shè)計(jì)-認(rèn)識(shí)重力壩

重力壩認(rèn)知——重力壩的概念與特點(diǎn)目錄12重力壩的概念重力壩的工作原理3重力壩的特點(diǎn)重力壩的概念01壩：攔截江河渠道水流以抬高水位或調(diào)節(jié)流量的擋水建筑物。大壩類(lèi)型：混凝土壩砌石壩土石壩橡膠壩鋼壩草壩按筑壩材料分類(lèi)

定義：依靠自身的重量產(chǎn)生的抗滑力維持其穩(wěn)定性的壩。基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂直的或稍傾向上游的三角形斷面。

重力壩是世界上最古老的，也是采用最多的壩形之一。世界上第一座重力壩建于尼羅河上，壩高15m，頂長(zhǎng)240m，距今有5000多年的歷史。19世紀(jì)以前，重力壩筑壩材料基本都是漿砌毛石，19世紀(jì)后逐漸采用混凝土，20世紀(jì)80年代，碾壓混凝土技術(shù)開(kāi)始用于重力壩建設(shè)。重力壩的工作原理02穩(wěn)定要求依靠自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力以及壩與地基間的凝聚力來(lái)抵抗水平水壓力而維持穩(wěn)定。依靠自重引起的壓應(yīng)力來(lái)抵消由水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。強(qiáng)度要求重力壩的特點(diǎn)03對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)

重力壩段類(lèi)似于固結(jié)在地基的短懸臂梁，所以任何形狀的河谷（V型、U型、W復(fù)合型）除了難以解決的軟弱層、斷層地基都可以修。對(duì)地基的要求比拱壩低，但比土石壩高。泄流、導(dǎo)流問(wèn)題容易解決筑壩材料抗沖刷，所以在壩頂溢流、壩身可以泄水。在施工期間，可以利用導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。混凝土重力壩需要溫控散熱措施

體積大，水泥用量大，水泥水化熱引起的溫度、收縮應(yīng)力也很大，可能導(dǎo)致壩體產(chǎn)生裂縫。受揚(yáng)壓力的影響較大

重力壩的壩體和壩基有一定的透水性，在較大的水頭差作用下，產(chǎn)生滲透壓力。滲透壓力和浮托力合稱揚(yáng)壓力（方向向上），它會(huì)減輕壩體的有效重量，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。材料的強(qiáng)度不能夠充分發(fā)揮

混凝土重力壩的材料主要是為了增加自重和穩(wěn)定性，而壩體內(nèi)部和上部等材料強(qiáng)度就沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)，因此壩體不同區(qū)域應(yīng)采用不同強(qiáng)度等級(jí)和耐久性要求的材料。重力壩認(rèn)知——重力壩的類(lèi)型低壩：壩高在30m以下；中壩：壩高在30m～70m（含30m和70m）；高壩：壩高在70m以上為高壩。

壩高---壩基最低面（不含局部深槽或井、洞部位）至壩頂路面的高度。

重力壩根據(jù)壩的最大高度進(jìn)行分類(lèi)，可分為，按壩高分類(lèi)常態(tài)混凝土重力壩：目前世界建設(shè)的重力壩，此種占絕大多數(shù)（重點(diǎn)介紹）；碾壓混凝土重力壩：從技術(shù)、發(fā)展等趨勢(shì)看，此種壩有較大的發(fā)展空間；漿砌石重力壩：中低壩可用。按筑壩材料分類(lèi)按壩頂是否泄水可分為溢流重力壩：既可擋水，又可泄水的部分。非溢流重力壩：完全不能泄水。1-非溢流重力壩；2-溢流重力壩；3-橫縫；4-導(dǎo)墻5-閘門(mén)；6-壩內(nèi)排水管；7-檢修、排水廊道；8-基礎(chǔ)灌漿廊道；9-防滲帷幕；10-壩基排水孔按泄水條件分類(lèi)按壩體是否泄水可分泄水壩段：壩體內(nèi)設(shè)泄水孔的壩段和溢流壩段統(tǒng)稱。擋水壩段(非溢流重力壩)：完全不能泄水。分為實(shí)體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩、預(yù)應(yīng)力重力壩、裝配式重力壩。實(shí)體重力壩

重力壩壩體是實(shí)心的，對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，剖面大、自重大使其穩(wěn)重，分段結(jié)構(gòu)使其有較強(qiáng)的抗地震、抗破壞能力。缺點(diǎn)就是揚(yáng)壓力大、工程量大。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

我國(guó)最大水電站，三峽水電站擋水大壩就是混凝土實(shí)體重力壩。全長(zhǎng)2309.47m，壩頂高程185m，正常蓄水位175m。寬縫重力壩將實(shí)體重力壩的橫縫的中間加寬，則成為寬縫重力壩。寬縫的設(shè)置使揚(yáng)壓力降低，可節(jié)省混凝土，同時(shí)改善了散熱條件。缺點(diǎn)是施工較為復(fù)雜，模板用料多。

潘家口水利樞紐工程，主壩最大壩高107.5m，采用混凝土寬縫重力壩，縫寬18m，縫內(nèi)設(shè)有排水水泵裝置。空腹重力壩

空腹的設(shè)置可以減小壩底揚(yáng)壓力，節(jié)約混凝土量，還可在空腹布置水電站廠房。但空腹重力壩施工較困難，鋼筋用量較多。

廣東楓樹(shù)壩，最大壩高93,3m，長(zhǎng)418m，采用空腹寬縫重力壩，空腹高31.25m，寬25.5m，空腹內(nèi)設(shè)水電站廠房。預(yù)應(yīng)力重力壩

利用受拉鋼筋或鋼桿對(duì)重力壩施加預(yù)應(yīng)力，以增加壩體上游部分的壓應(yīng)力，提高壩身穩(wěn)定性，從而減小壩體混凝土用量，達(dá)到消減壩體剖面的目的。但施工復(fù)雜，鋼筋用量多。裝配式重力壩

采用預(yù)制塊安裝筑成的壩?？梢越档蛪蔚臏囟?，但要求施工工藝精確，有足夠的強(qiáng)度和防水性能。

湖北陸水水利樞紐的主壩，最大壩高49m，長(zhǎng)234.3m，采用混凝土預(yù)制塊安裝。重力壩認(rèn)知——重力壩整體布置

重力壩通常是由溢流壩段、非溢流壩段和二者之間連接的邊墩、導(dǎo)墻等組成。布置時(shí)須根據(jù)地形、地質(zhì)條件結(jié)合樞紐其他建筑物綜合考慮。溢流壩段通常布置在河道主流位置，兩端非溢流壩段與岸坡連接；1.溢流壩段+邊墩和導(dǎo)墻+非溢流壩段溢流壩與非溢流壩段之間的邊墩起到分隔的作用，邊墩向下延伸成為導(dǎo)墻。如果有航運(yùn)需要，壩段與航運(yùn)設(shè)備之間同樣要設(shè)邊墩和導(dǎo)墻。壩內(nèi)常設(shè)有各種泄水或取水管道、檢查和維修等廊道。

不設(shè)閘門(mén)，靠壅高庫(kù)內(nèi)水位下泄，不僅可以泄洪，還可以排泄其他漂浮物，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)泄洪、管理方便，適用于泄水流量較小的中、小型水庫(kù)；設(shè)閘門(mén)，可利用閘門(mén)不同開(kāi)啟度調(diào)節(jié)庫(kù)內(nèi)水位和下泄流量，適用于大、中型水庫(kù)工程。2.溢流壩壩頂可設(shè)、也可不設(shè)閘門(mén)

若溢流壩壩頂設(shè)閘門(mén)，則需設(shè)閘墩、工作橋和交通橋。閘墩作用是承受閘門(mén)傳來(lái)的水壓力，也是支承閘門(mén)、胸墻等上部結(jié)構(gòu)；工作橋?yàn)閱㈤]閘門(mén)設(shè)置的，設(shè)置在閘墩上；交通橋連接兩岸交通。3.壩頂有閘墩、工作橋和交通橋4.壩軸線可以是直線、也可以是折線或曲線

壩軸線一般采用直線布置，與河流流向垂直，避免不良的受力條件。

為了防止不均勻沉降、溫度應(yīng)力控制要求，沿垂直于壩軸線設(shè)永久性橫縫；各個(gè)壩段的外形應(yīng)盡量協(xié)調(diào)一致，上游壩面保持平整；當(dāng)?shù)匦巍⒌刭|(zhì)及運(yùn)用條件又顯著差別時(shí)，可按不同情況分別采用不同的下游壩坡，使各壩段均達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的目的。5.設(shè)永久性橫縫橫縫重力壩壩址一般選在狹窄河谷（節(jié)省工程量）。為了布置河床式溢洪道、壩后式水電站廠房和通航船閘，有時(shí)也選擇在比較寬的河谷建壩（葛洲壩工程＋三峽工程）；因壩體重量大，水平水壓力大，一般修建巖石地基上（地質(zhì)條件好）；在合適位置布置電站、船閘等其它建筑物，根據(jù)地形、地質(zhì)、水力、施工等運(yùn)行條件，使各建筑物有機(jī)而協(xié)調(diào)工作。重力壩認(rèn)知——重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容剖面設(shè)計(jì)；穩(wěn)定分析；應(yīng)力分析溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)；構(gòu)造設(shè)計(jì)；地基處理。重力壩的設(shè)計(jì)包括以下主要內(nèi)容：等級(jí)的確定：根據(jù)工程規(guī)模、效益，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性進(jìn)行對(duì)水利水電工程等別的劃分；然后根據(jù)工程等別和建筑物的重要性，對(duì)水利水電工程的永久性水工建筑物級(jí)別確定；對(duì)臨時(shí)性擋水和泄水建筑物的級(jí)別，應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的重要性、失事后果、使用年限等確定。

確定工程的等別和建筑物的級(jí)別，然后查相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。剖面設(shè)計(jì)（非溢流重力壩壩段）：b1﹕m1﹕n設(shè)計(jì)時(shí)參照已有的工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)地形、地質(zhì)、筑壩材料、施工條件等綜合考慮確定方案，然后進(jìn)行方案并優(yōu)化設(shè)計(jì)。穩(wěn)定計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算：擬定的剖面尺寸是否合適，需經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)算。重力壩主要依靠自重維持穩(wěn)定，其可能出現(xiàn)的破壞形式有滑動(dòng)和傾倒。對(duì)重力壩，傾倒失穩(wěn)很少見(jiàn)，一般進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析，分析地基面和地基面內(nèi)軟弱面的抗滑穩(wěn)定性；

應(yīng)力分析的目的是檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)用期是否滿足材料強(qiáng)度的要求，同時(shí)為研究、解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問(wèn)題等提供依據(jù)。

溢流重力壩和泄水孔的孔口尺寸的設(shè)計(jì)（穩(wěn)定、強(qiáng)度、泄水）溢流重力壩既是擋水建筑物，又是泄水建筑物，主要承擔(dān)泄洪保壩、輸水供水、排沙等任務(wù)。除具有非溢流壩相同的工作條件外，還有滿足泄洪能力，因此對(duì)