混凝土重力坝筑坝材料的分区设计
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堆石混凝土重力坝分缝设计的思考与实践摘要:堆石混凝土技术是水利水电部发明并获得国家发明专利授权的大体积混凝土施工新技术。
其施工工艺为直接堆码,粒径大于300mm的石材填料形成天然孔隙。
填石孔隙采用自密实高性能混凝土(CSSC)填充,无需自重振捣,形成全密实混凝土,具有低碳、高强、水化热低、密度高、稳定性好、层间抗剪强度高及施工速度快等特点。
关键词:水库;堆石混凝土重力坝;分缝设计;根据已建成的正常蓄水运行的堆石混凝土重力坝整体上升结构型式的设计经验,不考虑纵缝和横缝,将其应用于水库堆石坝的设计。
工程完工后经全面检查未发现裂缝等异常情况。
1.堆石混凝土技术的简介2003年,中国清华大学金峰和安雪晖教授发明了堆石混凝土(Rockfilled Concrete,简称RFC),形成了一种全新模式的大体积混凝土筑坝施工技术。
堆石混凝土突破传统施工工艺的限制,充分利用自密实混凝土的高流动性、抗离析、穿透能力强等优势,依靠其自重完全充填块石空隙而形成的完整、密实、低水化热的大体积混凝土,材料组成见图1。
此技术既有自密实混凝土无需振捣即可自密实的优良性能,又通过堆石的加入降低了水泥水化热,增大了坝体容重,极大降低了浇筑纯自密实材料的施工成本。
具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快、易于现场质量控制等特点。
图1 堆石混凝土材料组成堆石混凝土技术从提出至今,已经过十余年的发展,在堆石混凝土充填密实度、堆石混凝土综合性能、工艺改进及配套技术研发等方面展开了一系列专项的室内试验研究和工程实践验证,取得了一系列的研究成果,形成比较成熟的技术体系。
堆石混凝土技术自提出以来,已经在中小型水利工程建设中积累了大量的工程经验,施工工艺得到不断优化,如对各种堆石入仓方式的总结和分析,基于通仓浇筑的快速施工组织设计。
堆石混凝土综合性能研究结果表明堆石混凝土各项力学性能均能满足设计要求,特别是在抗压、抗剪强度方面有足够的安全富余系数;在抑制收缩、抵抗开裂方面具有优异的性能;C20堆石混凝土绝热温升实测值为14.2℃,明显低于普通混凝土,可以满足一般水利工程中大坝混凝土要求。
重力坝的材料及构造相关知识公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]重力坝的材料及构造相关知识一、混凝土重力坝对材料的要求★二、坝体混凝土分区(一)原因:坝体各部分工作条件不同,为了节约和合理使用水泥,通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区,采用不同标号。
(二)为了便于施工,应尽量减少标号的类别,相邻区的强度标号不宜超过两极,免引起应力集中或产生温度裂缝。
分区的厚度一般不得小于2-3米,以便浇筑。
★三、横缝(一)定义:横缝垂直坝轴线,将坝体分成若干坝段。
(二)重力坝横缝作用:1.减小温度应力; 2.适应地基不均匀变形; 3.满足施工要求(如混凝土浇筑能力及温度控制)(三)间距:12-20米,也有达20米(四)分类:1.永久性横缝; 2.临时性横缝四、坝体与基岩面的连接(一)意义:连接必须紧密,以免发生渗漏,影响坝体稳定。
(二)作法:基岩横向坡(对岸方向)缓于1:2时,坝体浇筑后利用帷幕灌浆对接触灌浆封实;当横向坡陡于1:2时,设接触面止水,在基岩中挖槽嵌入止水片;当横向坡陡于1:1时,按临时横缝处理,在接触面上布设灌浆系统,沿周围嵌入止水片,待混凝土冷却后进行接缝灌浆。
五、纵缝纵缝两侧的坝块可以单独上升,但高差不宜太大。
若高差太大,后浇混凝土的温度和干缩变形,造成灌浆面的挤压和剪切,影响纵缝灌浆,反过来对后浇混凝土块键槽出现剪切裂缝。
六、错缝:缝面不作灌浆处理。
浇注块高度在基岩附近—2m,在坝体上部不大于3—4m,错缝间距10—15m,缝的错距不超过浇注块的一半。
错缝施工简便,在低坝上使用。
七、斜缝:可大段沿主应力方向设置,因缝面剪应力很小,可以不灌浆。
斜缝须在离上游面一定距离处终止。
为防止斜缝在终止处向上贯穿,须采用并缝措施:布设并缝钢筋、设并缝廊道等。
施工最好使上下块均匀上升。
施工复杂,较少采用。
施工简便,有利于加快施工进度。
坝的整体性好,是发展的方向。
Word文档可编辑水利水电工程技术设计阶段混凝土实体重力坝坝体断面设计大纲工程文帮1目录1 引言 (3)1.1 适用范围 (3)1.2 工程概况 (3)2. 设计依据文件和规范 (3)2.1 主要设计规范 (3)2.2 参考规范 (3)2.3 工程有关的文件 (3)3. 基本资料 (3)3.1 工程等别及拦河坝级别 (4)3.2 水位和流量资料 (4)3.3 气象资料 (4)3.4 泥沙资料 (5)3.5 基岩物理力学指标 (5)3.5.1 混凝土与基岩面的抗剪断参数 (5)3.5.2 基岩极限抗压强度 (5)3.6 地震烈度 (5)4. 设计原则与假定 (5)4.1 设计方法及控制指标 (5)4.1.1 抗滑稳定计算 (6)4.1.2 应力计算 (6)4.2 混凝土标号选择及其性能指标 (8)4.2.1 混凝土分区及标号选择 (8)4.3 荷载及其组合 (12)4.3.1 荷载 (12)4.3.2 荷载组合 (12)4.3.3 荷载计算中的一些假定 (14)5. 设计工作内容与方法 (16)5.1 坝体结构布置 (16)5.1.1 非溢流坝 (16)5.1.2 溢流坝 (17)5.1.3 横缝 (20)5.1.4 廊道 (20)5.2 坝的应力计算 (20)5.3 坝的抗滑稳定计算 (22)6. 应提供的设计成果 (23)6.1 计算书 (23)6.1.1 基本资料和设计参数 (23)6.1.2 荷载计算成果 (24)6.1.3 稳定、应力计算成果 (24)6.1.4 结论 (24)6.1.5 建议(包括应进行的专题研究) (24)6.2 图纸(参见附录A) (24)附录A 混凝土实体重力坝坝体断面计算简图与计算内容 (24)A1 计算简图 (25)A2 计算内容 (26)21 引言1.1 适用范围本设计大纲适用于工程设计阶段的混凝土重力坝坝体断面设计。
1.2 工程概况工程位于省(市) 县(镇)境内的江(河)上,距市(镇) km。
混凝土重力坝的材料与分区重力坝的建筑材料主要是混凝土。
对于水工混凝土,除强度外还应按其所处的部位和工作条件,在抗渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、低热,抗裂性能方面提出不同的要求。
(一)混凝土的强度等级坝体常态混凝土强度标准值的龄期一般用90天,碾压混凝土可采用180天龄期,因此在规定混凝土强度设计值时,应同时规定设计龄期。
大坝常用混凝土强度等级有、C10、C15、C20、C25、C30。
高于C30的混凝土用于重要构件和部位。
大坝混凝土的强度标准值可采用90d龄期强度,保证率80%,其轴心抗压强度的标准值见表4-1。
(二)混凝土的耐久性(1)抗渗性。
对于大坝的上游面,基础层和下游水位以下的坝面均为防渗部位。
其混凝土应具有抵抗压力水渗透的能力。
抗渗性能通常用W即抗渗等级表示。
大坝混凝土抗渗等级应根据所在部位和水力坡降,按表1采用。
(2)抗冻性。
混凝土的抗冻性能指混凝土在饱和状态下,经多次冻融循环而不破坏;不严重降低强度的性能。
通常用F即抗冻等级来表示。
抗冻等级一般应视气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和程度、结构构件重要性和检修的难易程度,由表4-3 查取。
(3)抗磨性。
指抵抗高速水流或挟砂水流的冲刷、抗磨损的能力。
目前,尚未制定出定量的技术标准,一般而言,对于有抗磨要求的混凝土,应采用高强度混凝土或高强硅粉混凝土,其抗压强度等级不应低于C20,要求高的则不应低于C30。
(4)抗侵蚀性。
指抵抗环境水的侵蚀性能。
当环境水具有侵蚀性时,应选用适宜的水泥和尽量提高混凝土的密实性,且外部水位变动区及水下混凝土的水灰比可参照表1减少。
(5)抗裂性。
为防止大体积混凝土结构产生温度裂缝,除采用合理分缝、分块和温控措施外,应选用发热量低的水泥、合理的掺和料,减少水泥用量,提高混凝土的抗裂性能。
(三)混凝土重力坝的材料分区由于坝体各部分的工作条件不同,因而对混凝土强度等级、抗掺、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能要求也不同,为了节省和合理使用水泥,通常将坝体不同部位按不同工作条件分区,采用不同等级的混凝土,如图4-18所示,重力坝的三种坝段分区情况。
混凝土重力坝筑坝材料的分区设计作者:李剑波指导教师:凤炜摘要混凝土重力坝的材料主要是混凝土。
重力坝除要求材料有足够的强度外,还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况,分别满足耐久性(包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀)和低热性等。
根据混凝土重力坝不同部位的工作条件及受力条件,将坝体分区,选用不同强度等级和性能的混凝土,以节约和合理使用水泥。
关键词:混凝土重力坝;碾压混凝土重力坝;坝体分区;设计Key words: Concrete gravity dam ;RCCD gravity dam ;Dam partition ;Design前言混凝土重力坝是指用混凝土浇筑的,主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。
由于混凝土所使用的胶凝材料主要为水泥,在我国水泥的生产走的是一条高能耗、高资源消耗、高污染的道路,是环境污染严重、生态破坏较大的行业之一;水泥的大量使用也会造成工程的成本增加;在大坝的某些部位,混凝土的材料强度也未能得到充分的使用;而水泥本身所具有的水化发热性质,也是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。
面对这些问题,混凝土重力坝筑坝材料的分区设计也就应运而生。
分区设计的主要目的是在保证大坝各项性能达到设计要求的情况下,减少水泥用量、降低工程投资、减少因水泥缺点产生的工程问题,达到既经济又环保的目的。
正文混凝土重力坝的材料主要是混凝土。
重力坝除要求材料有足够的强度外,还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况,分别满足耐久性(包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀)和低热性等。
根据混凝土重力坝不同部位的工作条件及受力条件,将坝体分区,选用不同强度等级和性能的混凝土,以节约和合理使用水泥。
一般可分为下列各区:坝体混凝土分区图Ⅰ区:上游库水位及下游库水位以上坝体表层混凝土,主要受大气的影响,要求该层要有较高的抗冻性,耐久性;Ⅱ区:上、下游水位变化区的坝体表层混凝土,既受水的作用也受大气的影响,要求该层有较高的抗冻和抗裂性;Ⅲ区:上、下游最低水为以下坝体表层混凝土,受水的作用,要求该层有较高的强度和抗冻、抗裂性;Ⅳ区:与地基接触的底层混凝土,受上部坝体自重和渗透扬压力作用,要求该部位有较高的强度和抗裂性;Ⅴ区:坝体内部混凝土,可以采用比坝基部位混凝土低一标号的混凝土,但要严格控制发热量,以避免温度应力造成坝体开裂;坝体内部混凝土的标号不应100,低于 R90Ⅵ区:抗冲部位(如溢流面、泄水孔、闸墩、导墙等处)的混凝土,受高速水流的作用,要求该部位要有高强度,抗冻、抗冲刷、抗侵蚀性;高速水流区的混凝土应采用具有抗冲耐磨性的低流态高强度混凝土或高强硅粉混凝土,过流表250。
第三部分枢纽布置(1)坝型的选择坝型根据:坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩,河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m,左岸覆盖层厚度为3-8m,右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m,覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。
且河床堆积块石、孤石和卵石,但是缺乏土料。
浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量,但不能实现机械化施工,施工质量难以控制,故本工程采用混凝土重力坝。
(2)坝轴线的选取坝址河段长 350m,河流方向为 N20E,其上、下游河流方向分别为 S70E和 S80E。
坝址河谷呈“V”型,两岸h山体较雄厚,地形基本对称,较1完整,两岸地形坡度为 30°-40°。
河床宽 20-30m,河底高程约 556-557m。
坝轴线取在峡谷出口处,此处坝轴线较短,主体工程量小,建库后可以有较大库容。
(3)地形地质坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩,河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。
河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m,左岸覆盖层厚度为3-8m,右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m,覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。
(4)坝基参数坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。
坝址发育 11 条断层。
建议开挖深度:河中 5m,左岸 6-12m,右岸 6-15m。
(5)基本参数干密度 2.61g/cm 3 ,饱和密度 2.62 g/cm 3 ,干抗压强度92-120MPa,饱和抗压强度 83-110MPa,软化系数 0.9,泊松比 0.22-0.23。
混凝土与基岩接触面抗剪断指标:Ⅲ类岩体,抗剪断摩擦系数 1.0-1.1,抗剪断凝聚力 09.-1.1MPa。
坝基高程为550m.正常水位 642.00m设计水位 642.71m校核水位 643.69m(6)工程级别:本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合口下游约2.5km的峡谷中,坝址集水面积144.5km2,又知河底高程556-557m。
混凝土重力坝筑坝材料的分区设计一、坝基区域坝基区域是混凝土重力坝的最基础部分,直接承受坝体的重量和水压力。
坝基区域需要采用高强度和耐久性强的混凝土材料。
常用的材料包括高性能混凝土、高性能粉煤灰混凝土等。
在施工过程中,坝基区域需要特别注意坝基与坝体之间的粘结和连接性,通常采用密封接缝和钢筋焊接等工艺。
二、坝身区域坝身区域是混凝土重力坝中最主要的部分,主要承受坝体的重量和水压力。
坝身区域的分区设计主要根据不同的高度和受力程度进行。
一般来说,坝身区域可以划分为上游区、中游区和下游区。
1.上游区:上游区是距离坝顶最近的区域,需要承受最大的水压力和坝顶的重量。
在上游区分区设计中,需要采用高强度混凝土和大直径钢筋等材料,以增加抗压能力和抗弯能力。
此外,上游区还需要增加泄水孔和波消能设施,以减小水压力对坝体的影响。
2.中游区:中游区是上游区和下游区之间的区域,承受较小的水压力和坝顶的重量。
在中游区分区设计中,可以采用中等强度的混凝土和中直径的钢筋。
此外,中游区还需要增加坝体的稳定性,通常采用坝体加固和边坡处理等措施。
3.下游区:下游区是距离坝底最近的区域,水压力较小,主要承受坝底的重量。
在下游区分区设计中,可以采用低强度的混凝土和小直径的钢筋。
此外,下游区还需要考虑坝体的渗漏问题,通常采用渗流控制设施,如渗漏帷幕和渗透控制屏等。
三、坝顶区域坝顶区域是混凝土重力坝的最上部分,主要用于通行和泄洪。
坝顶区域需要采用耐久性强、防水性能好的混凝土材料。
此外,坝顶还需要增加抗冲击和抗风化的措施,如加装护面板、风沙网和草坡等。
总结起来,混凝土重力坝的分区设计主要包括坝基区域、坝身区域和坝顶区域。
不同区域需要选择不同的材料和工艺,以满足相应的强度、耐久性和稳定性要求。
只有进行细致的分区设计和合理的材料选择,才能保证混凝土重力坝的安全运行和长期稳定性。
水库混凝土重力坝设计书第1章基本资料一、枢纽工程概况:P水库位于TS和CD两地区交界处,坝址位于X河桥上游十公里干流上。
控制流域面积3.37万km2,总库容为14.39亿m3。
P水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成,水库主要任务是调节水量,供TJ和TS地区工农业用水和城市人民生活用水,结合引水发电。
并兼顾防洪,要求:尽可能使其工程提前受益,尽早建成。
根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用,枢纽定为一等工程,主坝为Ⅰ级建筑物,其它均按Ⅱ级建筑物考虑。
二、气象:P库区年平均气温为10℃左右,一月份最低月平均气温为零下6.8℃,绝对最低气温达零下21.7℃(1969年);7月份最高月平均气温25℃,绝对最气温高达39℃(1955年),多年平均气温见下表(表五)。
表一多年平均气温、水温表单位:℃本流域无霜期较短(90—180天),冰冻期较长(120—200天),P站附近河道一般12月封冻,次年3月上旬解冻,封冻期约70—100天,冰厚0.4—0.6米,岸边可达1米。
流域冬季盛行偏北风,风速可达七、八级,有时更大些,春秋两季风向变化较大,夏季常为东南风,多年平均最大风速为21.5m/s,水库吹程D=3km。
流域多年平均降雨量约为400—700mm,多年平均降水天数及降水量见表六:表二多年月平均降水天数及降水量表单位:mm三、水文分析:1、年径流:栾河水量较充沛,多年平均年径流量为24.5亿m3,占全流域的53%。
年分配很不均匀,主要集中汛期七、八月份。
丰水年时占全年50—60%,枯水年占30—40%,而且年际变化也很大。
2、洪水:多发生在七月下旬至八月上旬,有峰高量大涨落迅速的特点,据调查,近一百年来有六次大洪水。
其中1883年最大,由洪痕估算洪峰流量约为24400—27400 m3/s,实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800 m3/s。
洪峰历时三天左右,由频率分析法求得:几个重现期所对应的洪峰流量值(见下表表三、表四所示)。
混凝土重力坝工程设计1流域概况某水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内澜沧江上游河段上,距兰坪县城77km,是澜沧江干流水电基地上游河段规划的八座梯级电站中的第六级。
坝址控制流域面积9.26×104平方公里,多年平均流量925立方米/秒。
正常蓄水位1477m,相应库容2.93亿立方米,调节库容0.41亿立方米,具有周调节性能。
本工程主要任务为发电,兼有防洪等功能。
2设计技术参数本枢纽经过技术经济调查以及水利水能计算,提出了如下设计参数,作为进行建筑物设计的依据。
表1 设计参数表3坝址区地质构造资料坝址处坝基岩体以中等坚硬的板岩和坚硬的石英砂岩互层为主,二者比例基本为1:1,层面闭合,结合紧密,微风化岩体完整性较好(RQD为50%~70%),从岩体强度、抗变形能力上石英砂岩较好,而板岩较差。
河床坝基岩体质量以Ⅲ1类为主,两岸石英砂岩多为Ⅲ1~Ⅳ1、板岩多为Ⅲ2~Ⅳ1类,承载力总体能满足要求。
坝基断裂构造不发育,两岸岩层层序对应关系正常,主要结构面为单一的横河向、陡角度略倾向下游的层面,且多为胶结较好的硬性结构面,对坝基稳定影响较小。
表2 坝址区岩体力学参数表岩石与混凝土间抗剪断强度参数f =0.85~0.95,粘聚力c =0.80~0.95MPa ;抗剪强度参数f =0.65.4其它资料1)坝址区地震基本烈度为Ⅵ度2)风速及风区长度:重现期为50年的年最大风速为19.5m/s ,多年平均最大风速为14.0 m/s 计算,风区长度为400m ;3)淤沙情况:坝前淤沙高程为1406.9m ,泥沙浮重度为9.0kN/m 3,内摩擦角s ϕ为15°;5 筑坝材料(1)当地材料。
勘测结果如下。
1)砂:河沙A :在坝址下游3~5km 处,颗粒较粗,其主要颗粒直径在0.5~1.0之间,.30065d mm =,不均匀系数/603021d d η==。
砂均在正常河水附近,含泥量约为 3.5%,沿河有公路可通。
浯溪口碾压混凝土重力坝混凝土分区设计及施工秦根泉;蒋水华;温勇兵【摘要】对浯溪口水利枢纽工程碾压混凝土重力坝混凝土分区设计方案、施工阶段遇到的难题及其处理措施进行了总结和研究,结果表明该工程混凝土坝分区设计与施工方案大大减少了混凝土胶凝材料用量,提高了施工机械化程度,加快了施工进度,同时降低了工程造价,在保证工程质量安全的同时取得了较明显的经济效益,可为类似工程混凝土分区设计与施工提供参考.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】4页(P60-63)【关键词】碾压混凝土重力坝;混凝土分区;配合比;浯溪口水利枢纽【作者】秦根泉;蒋水华;温勇兵【作者单位】江西省水利规划设计研究院,江西南昌330029;南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031;南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TV642.2(256)据不完全统计,目前碾压混凝土重力坝(RCC)在国内外迅速发展[1-11],世界上20多个国家已经修建了200多座RCC坝,分布在寒带、热带的各种气候环境之中。
其中第1座RCC坝是美国1982年建成的坝高52 m的Willow Creek 重力坝,在建的最高的碾压混凝土重力坝为中国龙滩大坝[5-6],第一期最大坝高为192 m,后期坝高为216.5 m,碾压混凝土量约为750万m3。
碾压混凝土重力坝大坝断面设计一般参照常态混凝土重力坝断面进行,坝体断面应满足挡水和坝体整体稳定要求。
因混凝土的强度和防渗性能较好,重力坝体形断面尺寸主要由坝体整体稳定控制,所以坝体断面一般较大,造成坝体内部筑坝材料的强度、防渗性不能充分利用。
另外,由于碾压混凝土坝体各部位的工作条件不同,对混凝土强度、抗渗、抗冻等要求也不相同,基于以上原因,同时为了节约和合理使用胶凝材料,节省投资,优化大坝性能,通常根据坝体各部位的功能要求,针对坝体不同部位采用不同设计指标等级的混凝土,将坝体按不同部位和不同工作条件进行合理分区。
长顺碾压混凝土重力坝结构布置和构造摘要长顺碾压混凝土重力坝最大坝高69m,坝顶长279m,用3条永久横缝分成4个单元。
除坝底、溢流面、基础灌浆排水廊道和发电引水管四周为常态混凝土外,其余均为碾压混凝土。
其中,坝的内部为三级配碾压混凝土,上游面为3m厚的二级配富胶碾压混凝土防渗层。
碾压混凝土施工完毕后,用钻机从顶部钻孔直到灌浆排水廊道,形成坝内排水幕。
在溢流坝段下部,由于仓面大,混凝土生产能力不足,设置了一条临时施工纵缝。
长顺碾压混凝土重力坝的结构布置和构造能充分发挥碾压混凝土筑坝技术的优点。
1 工程概况长顺水利水电枢纽工程位于湖北省利川市西南隅,为乌江支流郁江上游第三个梯级电站。
坝址控制流域面积1810km2,多年平均流量62.0m3/s,多年平均径流总量19.55×108m3。
枢纽由碾压混凝土重力坝、压力输水系统、电站厂房及升压站组成。
最大坝高69m,总库容6833×104m3,装机容量30MW,多年平均发电量1.27×108kWh。
长顺坝址设计(P=1%)洪峰流量4963m3/s,经水库调节后下泄流量4354m3/s,相应库水位409.15m;校核(P=0.2%)洪峰流量6533m3/s,下泄流量5816m3/s,相应的校核洪水位411.40m。
长顺坝址位于峡谷河段内,为不对称“U”形河谷,左陡右缓,河床宽约50m,郁江出峡谷后地形突然开阔,形成巨大心滩,储有大量砂砾石。
坝址区主要为奥陶系牯牛潭组和宝塔组中厚层瘤状灰岩,岩石强度较高。
针对这一地形地质条件,长顺大坝采用全碾压混凝土重力坝,既有充足的天然砂砾石做混凝土的骨料,又可利用右岸缓坡地形布置入仓道路,可充分发挥碾压混凝土筑坝技术的优点。
长顺电站1991年开工兴建,由于资金短缺,1993年停工缓建,1995年9月复工,1998年12月封堵导流洞水库开始蓄水,2000年6月工程竣工。
2. 大坝结构布置2.1 平面布置长顺重力坝坝顶长279m,根据大坝的结构特点和地形地质情况,整个大坝仅在结构变化部位设3道永久横缝,将全坝分为4部分:左岸挡水坝段,长42m;河槽中部溢流坝段(含冲砂底孔),长77m;右Ⅱ挡水坝段,长32m,布置有输水道和进水口;由于地质上的要求,自此坝轴线向上游折转300后为右Ⅰ挡水坝段,长128m。
混凝土重力坝筑坝材料的分区设计摘要:重力坝除要求材料有足够的强度外,还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况,分别满足耐久性(包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀)和低热性等。
根据混凝土重力坝不同部位的工作条件及受力条件,将坝体分区,选用不同强度等级和性能的混凝土,以节约和合理使用水泥。
关键词:混凝土重力坝;碾压混凝土重力坝;坝体分区;分区设计前言混凝土重力坝是指用混凝土浇筑的,主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。
由于混凝土所使用的胶凝材料主要为水泥,在我国水泥的生产走的是一条高能耗、高资源消耗、高污染的道路,是环境污染严重、生态破坏较大的行业之一;水泥的大量使用也会造成工程的成本增加;在大坝的某些部位,混凝土的材料强度也未能得到充分的使用;而水泥本身所具有的水化发热性质,也是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。
面对这些问题,混凝土重力坝筑坝材料的分区设计也就应运而生。
分区设计的主要目的是在保证大坝各项性能达到设计要求的情况下,减少水泥用量、降低工程投资、减少因水泥缺点产生的工程问题,达到既经济又环保的目的。
正文重力坝除要求材料有足够的强度外,还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况,分别满足耐久性(包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀)和低热性等。
根据混凝土重力坝不同部位的工作条件及受力条件,将坝体分区,选用不同强度等级和性能的混凝土,以节约和合理使用水泥。
一般可分为5个区,见图-1:图-1坝体混凝土分区图Ⅰ区:上游库水位及下游库水位以上坝体表层混凝土,主要受大气的影响,要求该层要有较高的抗冻性,耐久性。
该区在大坝运行过程中常年处于干燥状态中,但因常与大气接触,要求该层要有较高的抗冻性、耐久性。
该区混凝土的抗冻等级因大坝受阳光照射时间的的长短有阴面和阳面之分而不同,根据现行《DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范》(4.4.6)要求:混凝土的阳面部位,严寒地区年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F200,年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F150;寒冷地区抗冻等级不低于F200;温和地区抗冻等级不低于F50。
混凝土的阴面部位,严寒地区抗冻等级不低于F200;寒冷地区抗冻等级不低于150;温和地区抗冻等级不低于F50。
耐久性方面,根据现行《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》(8.5.6)要求:严寒和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.55,温和地区混凝土最大水灰比不得大于0.60。
Ⅱ区:上、下游水位变化区的坝体表层混凝土,既受水的作用也受大气的影响,要求该层有较高的抗冻和抗裂性。
该区上、下游水位变化区的坝体表层混凝土,受水位变化的影响较多,在寒冷地区的冬季,冰冻对混凝土造成的破坏非常严重,所以对该区混凝土的抗冻性有严格的要求。
根据现行《DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范》(4.4.6)要求,严寒地区年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F300,年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F200;寒冷地区年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F200,低于100次的不低于F150;温和地区抗冻等级不低于F50。
根据现行《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》(8.5.6)要求:严寒和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.45,温和地区混凝土最大水灰比不得大于0.50,在环境水有侵蚀性情况下,应选择抗侵蚀性能较好的水泥,水下混凝土的水灰比可减少 0.05。
Ⅲ区:上、下游最低水为以下坝体表层混凝土,受水的作用,要求该层有较高的强度和抗冻、抗裂性。
该区混凝土因长年浸泡在水下,受水压力的作用,会产生大量的渗流,对坝体的安全稳定运行造成不利的影响。
根据现行《DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范》(4.4.5)要求,大坝混凝土挡水面的抗渗等级应符合下列要求:H<30,混凝土抗渗等级不得低于W4;H=30~70,混凝土抗渗等级不得低于W6;H=70~150,混凝土抗渗等级不得低于W8;H>150,混凝土抗渗等级不得低于W10;当结构表层设有专门可靠的防渗层时混凝土抗渗等级可适当降低,当处于严寒寒冷地区且水力梯度较大时其抗渗等级应按规定提高一个等级。
根据现行《DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范》(4.4.6)要求,大坝混凝土挡水面的抗冻等级:在寒冷地区,混凝土抗冻等级也不得低于F50;在无抗冻要求的地区,混凝土抗冻等级也不宜低于F50。
根据现行《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》(8.5.6)要求:严寒和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.50,温和地区混凝土最大水灰比不得大于0.55,在环境水有侵蚀性情况下,应选择抗侵蚀性能较好的水泥,水下混凝土的水灰比可减少 0.05。
对于碾压混凝土重力坝会综合考虑Ⅱ区、Ⅲ区的材料分区要求,上游坝面的分区应与防渗层结构相结合考虑。
当上游防渗层采用常态混凝土防渗层、富胶凝材料碾压混凝土防渗层、加膨胀剂的补偿收缩混凝土防渗层时,其厚度和抗渗等级应满足坝体防渗要求(防渗层宜优先采用二级配碾压混凝土,其抗渗等级的最小允许值为:H<30m时,W4;H=30m~70m时,W6;H=70m~150m时,W8;H>150m时,应进行专门试验论证;二级配碾压混凝土防渗层的有效厚度,宜为坝面水头的 1/30~1/15,但最小厚度应满足施工要求。
二级配碾压混凝土防渗层上游表面采用变态混凝土时,变态混凝土的厚度宜为30cm~50cm,最大厚度不宜大于 100cm)[2]。
当采用沥青材料、合成橡胶、聚氯乙烯防渗层时,其厚度应根据抗渗性、耐久性、变形特性及与混凝土面的结合情况,由试验及已有经验确定[5]。
下游坝面应根据溢流与水位变幅情况,按防渗、防冲、防蚀、防冻等要求设置保护层。
有抗A 含量宜低于5%,水胶比宜小于 0.45,并应进行试验论证。
侵蚀性要求时,水泥中 C3Ⅳ区:与地基接触的底层混凝土,受上部坝体自重和渗透扬压力作用,要求该部位有较高的强度和抗裂性。
该区作为坝体的基础混凝土,向坝基传递坝体所承受所外荷载和自重,也受到坝基渗透水流产生的扬压力作用和水中化学物质的侵蚀,这就要求基础混凝土有很好的强度和抗侵蚀能力,作为大体积混凝土的一部分亦不可忽略混凝土的低热性。
根据现行《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》(8.5.3),选择混凝土标号时,应考虑由于温度、渗透压力及局部应力集中所产生的拉应力、剪应力或主应力,坝体内部混凝土的标号不应低于 R100;混凝土抗渗等级不得低于W2,承受腐蚀水作用时其抗渗等级应进行专90门的试验研究,但不得低于W4;根据大坝混凝土耐久性要求(8.5.6),严寒和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.50,温和地区混凝土最大水灰比不得大于0.55。
在碾压混凝土重力坝中,坝体基础混凝土,应采用常态混凝土,其厚度可根据基础开挖起伏差、温度控制及基础灌浆要求确定。
近年来建造的碾压混凝土坝,其基础垫层在河床部位采用常态混凝土,在岸坡部位则常采用变态混凝土,如江垭、棉花滩、大朝山等工程。
由于在岸坡部位采用变态混凝土基础垫层,施工较方便,其初凝时间易与坝体碾压混凝土协调,且易使变态混凝土区域与碾压混凝土区域能良好过渡结合[5]。
碾压混凝土坝基础垫层在达到找平目的以满足碾压作业的前提下不宜太厚,这对大坝温度控制及尽快转入碾压混凝土施工、加快施工进度是比较有利的。
因此,规定碾压混凝土垫层厚度不宜大于1m。
Ⅴ区:坝体内部混凝土;Ⅴ区混凝土体积庞大,虽然各种性能都不作过高要求,但该区混凝土设计的好坏几乎能决定大坝的整体性和寿命,原因就在于水泥水化发热。
在早期人们并没有认识到这一点,也没有采用专门的措施,结果在坝体中出现了严重的裂缝,破坏了结构的整体性,影响了其寿命、安全和正常使用。
经研究证实,由于水泥在凝固过程中产生大量的热量,使混凝土温度急剧上升,再逐渐冷却收缩,相应地产生了体积变化及温度应力,在条件不利时便会导致开裂。
为了解决这一难题,人们在实践中逐渐总结了一些措施:如柱状快浇筑,通仓浇筑等方法。
从筑坝材料来讲,改善原材料的性质是重要的解决方法,采用低水化热的大坝专用水泥,采用合适的外加剂(如减水剂)和掺合料,尽量减少单位水泥用量,目前许多常态混凝土的平均单位水泥用量已降至150kg左右,最低的达100kg左右。
在《碾压混凝土坝设计规范》(SL314-2004)(7.0.1)中,碾压混凝土的总胶凝材料用量不宜低于130kg/m3;要求胶凝材料中掺合料所占的重量比,在内部碾压混凝土中不宜超过总胶凝材料的65%;在60、70年代由于生产力落后,在以人力为主施工的工程中,曾采用埋设块石,减少混凝土用量,由于埋石対石料的要求较高,在实际施工过程中耗时耗力且不易达到设计要求,该项措施逐渐被三、四级配混凝土替代。
还有的部门在研究采用低热微膨胀水泥浇筑大坝,利用水泥的轻微膨胀性来消除温度拉应力[3]。
根据现行规范《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》,在抗渗方面,坝体内部抗渗等级不得低于W4;在强度方面,坝体内部混凝土的标号不应低于R90100;根据混凝土耐久性要求,严寒和寒冷地区混凝土的水灰比不宜大于0.65,温和地区不宜大于0.65。
Ⅵ区:抗冲部位(如溢流面、泄水孔、闸墩、导墙等处)的混凝土,受高速水的作用,要求该部位要有高强度,抗冻、抗冲刷、抗侵蚀性;Ⅵ区泄水建筑物的高速水流区,应注意下列部位或区域发生空蚀破坏的可能性:1.进出口、闸门槽、弯曲段、水流边界突变处;2.反弧段及其附近;3.异形鼻坎、分流墩;4.溢流坝面和泄水孔壁流速大于 20m/s的区域。
在大量的工程实践中工程人员通过改善建筑物的体型、控制表面的平整度、掺气减蚀等措施起到了一定作用,在建造时采用合适的材料,提高材料的抗蚀性能,效果也是相当明显的,试验表明,提高混凝土的标号和容重,不掺用混合料,可以提高抗磨能力,同时也提高抗空蚀能力。
因此在承受高速水流有可能产生空蚀的部位的表层混凝土,采用高标号的抗磨抗蚀混凝土,混凝土力求密实,骨料不宜太大,表面确保平整,但所需水泥标号较高,用量较大,要注意表面开裂[3]。
根据现行规范《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》(8.5.8)要求,高速水流区的混凝土应采用具有抗冲耐磨性的低流态高强度混凝土或高强硅粉混凝250。
;当采用耐磨材料(如高分子材料、铸石或土,过流表面的混凝土标号不应低于 R28钢材等)衬护时,应与混凝土可靠结合。
在严寒和寒冷地区混凝土的水灰比不宜大于0.45,温和地区水灰比也不宜大于0.45。
Ⅵ区混凝土在抗冻方面也要有相应的要求,根据《DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范》(4.4.6)要求,严寒地区抗冻等级不低于F300;寒冷地区年冻融循环次数大于100次的抗冻等级不低于F300,低于100次的不低于F200;温和地区抗冻等级不低于F100。