重力坝

摘要重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物,其基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 重力坝特点 1、重力坝的优点 (1)工作...

重力坝

重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物,其基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。

重力坝特点

1、重力坝的优点

(1)工作安全,运行可靠。重力坝剖面尺寸大,坝内应力较小,筑坝材料强度较高,耐久性好。因此,抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。据统计,在各种坝型中,重力坝失事率相对较低。

(2)对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地质条件要求相对较低,一般修建在岩基上;当坝高不大时,也可修建在土基上。

(3)泄洪方便,导流容易。可采用坝顶溢流,也可在坝内设泄水孔,不需设置溢洪道和泄水隧洞,枢纽布置紧凑。在施工期可以利用坝体导流,不需另设导流隧洞。

(4)施工方便,维护简单。大体积混凝土,可以采用机械化施工,在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。在后期维护、扩建、补强、修复等方面也比较简单。

(5)受力明确,结构简单。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段,各坝段独立工作,结构简单,受力明确,稳定和应力计算都比较简单。

2、重力坝的缺点

(1)坝体剖面尺寸大,材料用量多,材料的强度不能得到充分发挥。

(2)坝体与坝基接触面积大,坝底扬压力大,对坝体稳定不利。

(3)坝体体积大,混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩,将引起不利的温度应力和收缩应力。因此,在浇筑混凝土时,需要有较严格的温度控制措施。

重力坝分类

(1)按坝的高度分类,可分为高坝、中坝、低坝三类。坝高大于70m的为高坝,坝高在30~70m之间的为中坝,坝高小于30m的为低坝。坝高指的是坝体最低面(不包括局部深槽或井、洞)至坝顶路面的高度。

(2)按筑坝材料分类,可分为混凝土重力坝浆砌石重力坝。一般情况下,较高的坝和重要的工程经常采用混凝土重力坝,中、低坝则可以采用浆砌石重力坝。

(3)按泄水条件分类,可分为溢流坝和非溢流坝。坝体内设有泄水孔的坝段和溢流坝段统称为泄水坝段。非溢流坝段也可称为挡水坝段。

(4)按施工方法分类,可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。

(5)按坝体的结构型式分类,可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。

重力坝荷载

作用在重力坝上的主要荷载有:坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力或冰压力、泥沙压力以及地震荷载等。荷载按其性质可分为基本荷载和特殊荷载两种。

1.基本荷载

(1)坝体及其上永久设备的自重。

(2)正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力。

(3)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力。

(4)泥沙压力。

(5)相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力。

(6)冰压力。

(7)土压力。

(8)相应于设计洪水位时的动水压力。

(9)其他出现机会较多的荷载。

2.特殊荷载

(1)校核洪水位时的静水压力。

(2)相应于校核洪水位时的扬压力。

(3)相应于校核洪水位时的浪压力。

(4)相应于校核洪水位时的动水压力。

(5)地震荷载。

(6)其他出现机会很少的荷载。

重力坝基本剖面

在水压力及其他外荷载作用下,主要依靠坝体自重来维持稳定的坝。重力坝的断面基本呈三角形,筑坝材料为混凝土或浆砌石。据统计,在各国修建的大坝中,重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重。在中国的坝工建设中,混凝土重力坝也占有较大的比重,在20座高100m以上的高坝中,混凝土重力坝就有10座。

重力坝工作原理

重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来满足稳定要求;同时也依靠坝体自重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力,以满足强度要求。与其他坝型比较,其主要特点如下。

(1)结构作用明确,设计方法简便。重力坝沿坝轴线用横缝将坝体分成若干个坝段,各坝段独立工作,结构作用明确,稳定和应力计算都比较简单。

(2)泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大,筑坝材料抗冲刷能力强,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便紧凑,一般不需要另设河岸溢洪道或泄洪隧洞。在意外的情况下,即使从坝顶少量过水,一般也不会招致坝体失事,这是重力坝最大的优点。

(3)结构简单,施工方便,安全可靠。坝体放样、立模、混凝土浇筑和振捣都比较方便,有利于机械化施工。而且由于剖面尺寸大,筑坝材料强度高,耐久性好,因此抵抗水的渗透、冲刷,以及地震和战争破坏的能力都比较强,安全性较高。

(4)对地形、地质条件适应性强。地形条件对重力坝的影响不大,几乎任何形状的河谷均可修建重力坝。由于坝体作用于地基面上的压应力不高,所以对地质条件的要求也较低。重力坝对地基的要求虽比土石坝高,但低于拱坝及支墩坝,无重大缺陷、一般强度的岩基均可满足要求。

(5)受扬压力影响较大。坝体和坝基在某种程度上都是透水的,渗透水流将对坝体产生扬压力。由于坝体和坝基接触面较大,故受扬压力影响也大。扬压力的作用方向与坝体自重的方向相反,会抵消部分坝体的有效重量,对坝体的稳定和应力不利。

(6)材料强度不能充分发挥。由于重力坝的断面是根据抗滑稳定和无拉应力条件确定的,坝体内的压应力通常不大,使材料强度得不到充分发挥,这是重力坝的主要缺点。

(7)坝体体积大,水泥用量多,一般均需采取温控散热措施。许多工程因施工时温度控制不当而出现裂缝,有的甚至形成危害性裂缝,从而削弱坝体的整体性能。

重力坝地基处理

重力坝承受较大的荷载,对地基的要求较高,它对地基的要求介于拱坝和土石坝之间。除少数较低的重力坝可建在土基上之外,一般须建在岩基上。然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用,多少存在着风化、节理、裂隙、破碎等缺陷,在不同程度上破坏了基岩的整体性和均匀性,降低了基岩的强度和抗渗性。因此必须对地基进行适当的处理,以满足重力坝对地基的要求。这些要求包括:①具有足够的强度,以承受坝体的压力;②具有足够的整体性、均匀性,以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷;③具有足够的抗渗性,以满足渗透稳定,控制渗流量;④具有足够的耐久性,以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。

重力坝的地基处理一般包括坝基开挖清理,对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆,设置基础排水系统,对特殊软弱带如断层、破碎带进行专门的处理等。

重力坝抗滑稳定计算

DL 5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定,重力坝的抗滑稳定按承载能力极限状态计算,认为滑动面为胶结面,滑动体为刚体。此时滑动面上的滑动力为效应函数,阻滑力为抗力函数,并认为承载能力达到极限状态时刚体处于极限平衡状态。

世界上最高的重力坝

世界上最高的重力坝是瑞士的大狄克逊(Grand Dixence)整体式重力坝(1962年建成),坝高285m。我国已建的重力坝有刘家峡(148m)、新安江(105m)、三门峡(106m)、丹江口(110m)、丰满、潘家口等,其中,高坝有20余座。三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175m和216.5m。

早在公元前2900年,埃及人就已经开始在尼罗河上修建浆砌石重力坝。到19世纪,水泥问世后才出现了混凝土重力坝。20世纪60年代后,由于施工技术的发展和机械化水平的提高,重力坝的坝高、坝型、结构、施工方法等均产生了很大的变化。

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