空心重力壩設(shè)計(jì)情況

空心重力壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，借助拱的作用將水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。與重力壩相比，在水壓力作用下壩體的穩(wěn)定不需要依靠本身的重量來維持，主要是利用拱端基巖的反作用來支承。拱圈截面上主要承受軸向反力，可充分利用筑壩材料的強(qiáng)度。因此，是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性都很好的壩型。 平面上呈拱形并在結(jié)構(gòu)上起拱的作用的壩。空心重力壩的水平剖面由曲線形拱構(gòu)成，兩端支承在兩岸基巖上。豎直剖面呈懸臂梁形式，底部座落在河床或兩岸基巖上?？招闹亓我话阋揽抗暗淖饔茫蠢脙啥斯白姆戳?，同時(shí)還依靠自重維持壩體的穩(wěn)定?？招闹亓蔚慕Y(jié)構(gòu)作用可視為兩個(gè)系統(tǒng)，即水平拱和豎直梁系統(tǒng)。 水荷載及溫度荷載等由此二系統(tǒng)共同承擔(dān)。當(dāng)河谷寬高比較小時(shí)，荷載大部分由水平拱系統(tǒng)承擔(dān)；當(dāng)河谷寬高比較大時(shí)，荷載大部分由梁承擔(dān)?？招闹亓伪戎亓慰奢^充分地利用壩體的強(qiáng)度。其體積一般較重力壩為小。其超載能力常比其他壩型為高?？招闹亓沃饕娜秉c(diǎn)是對(duì)壩址河谷形狀及地基要求較高。

空心重力壩的基礎(chǔ)處理要慎重對(duì)待。務(wù)必查明地質(zhì)條件的薄弱環(huán)節(jié)。在工程措施上要不惜代價(jià)徹底解決。不能輕率處理。對(duì)水文、試驗(yàn)等工作應(yīng)按規(guī)程規(guī)范辦理，這樣才能提高設(shè)計(jì)精度，不然將造成工程失事的遺留病害。所以應(yīng)保證在安全的前提下求經(jīng)濟(jì)合理。 空心重力壩壩址地質(zhì)條件，一般是上部巖石比下部差，左右岸岸坡均有軟弱夾層。為了使空心重力壩傳給基巖的推力分散，易于保持穩(wěn)定，中小型空心重力壩工程，擴(kuò)大其拱端尺寸，即將壩布置為變截面圓拱成大頭空心重力壩是有效的。但相對(duì)于重力壩，空心重力壩對(duì)壩址巖石基礎(chǔ)的要求相對(duì)重力壩要少一些。

拱壩的地基處理和巖基上的重力壩基本相同，只是要求更加嚴(yán)格，對(duì)兩岸壩肩的處理尤為重要。

空心重力壩壩基開挖

高壩一般應(yīng)開挖至新鮮或微風(fēng)化的下部基巖、中壩應(yīng)盡量開挖至微風(fēng)化或弱風(fēng)化的中、下部基巖。整個(gè)壩基利用巖面的縱坡應(yīng)平順而無突變，拱端開挖應(yīng)注意本章第三節(jié)所述的拱端布置原則。河床覆蓋層原則上應(yīng)全部挖除，如有困難，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施。例如貴州貓?zhí)诱锟诠皦?，?9.5m，因河床覆蓋層較厚，采用雙拱壩體型，以基礎(chǔ)拱橋跨過覆蓋層，并用兩排混凝土防滲墻作為覆蓋層防滲。

空心重力壩固結(jié)灌漿和接觸灌漿

拱壩壩基一般都要進(jìn)行全面的固結(jié)灌漿，以增加基巖的整體性。對(duì)于節(jié)理、裂隙發(fā)育的壩基，尚需擴(kuò)大固結(jié)灌漿范圍。對(duì)于坡度大于50o~60o的陡壁面，上游壩基接觸面以及基巖中開挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的頂部，尚應(yīng)進(jìn)行接觸灌漿，以提高接觸面上的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，防止沿接觸面滲漏。

空心重力壩帷幕灌漿

帷幕線一般布置在壓應(yīng)力區(qū)，并盡可能靠近上游面。帷幕灌漿可利用壩體內(nèi)的廊道進(jìn)行；當(dāng)壩體較薄或未設(shè)廊道時(shí)，可在上游壩腳處進(jìn)行（圖3.25，b）當(dāng)有壩頭繞滲，將影響拱座巖體穩(wěn)定，或?qū)⒁饚焖乃繐p失時(shí)，防滲帷幕還應(yīng)深入兩岸山坡內(nèi)，與重力壩的情況類似，但要求應(yīng)更嚴(yán)格。

空心重力壩壩基排水

在防滲帷幕后應(yīng)設(shè)置壩基排水孔和排水廊道。高壩以及兩岸地形較陡、地質(zhì)條件復(fù)雜的中壩，宜在兩岸設(shè)。

1、拱與梁的共同作用；

2、穩(wěn)定性主要依靠兩岸拱端的反力作用，因而對(duì)地基的要求很高；

3、拱是一種推力結(jié)構(gòu)，承受軸向壓力，有利于發(fā)揮砼及漿砌石材料的抗壓強(qiáng)度；

4、拱梁所承受的荷載可相互調(diào)整, 因此可以承受超載；

5、拱壩壩身可以泄水；

6 、不設(shè)永久性伸縮縫；

7、抗震性能好；

8、幾何形狀復(fù)雜，施工難度大。

拱壩布置的原則是，根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、水文等自然條件以及樞紐綜合利用要求統(tǒng)籌布置，在滿足穩(wěn)定和建筑物運(yùn)用的要求下，通過調(diào)整拱壩的外形尺寸，使壩體材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，控制拉應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)，而壩的工程量最省。因拱壩型式比較復(fù)雜，斷面形狀又隨地形地質(zhì)情況而變化，故拱壩布置需有較多的方案，進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最優(yōu)方案。而最終選定的布置方案，一般需經(jīng)模型試驗(yàn)論證。拱壩布置的步驟:拱壩布置復(fù)雜，需結(jié)合地形地質(zhì)條件，反復(fù)修訂，作多方案比較，最后定出布置圖。

其步驟如下：

①根據(jù)壩址地形、地質(zhì)資料定出開挖深度，繪出壩址利用基巖面等高線圖。綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、施工及運(yùn)用條件等，選擇適宜的拱壩壩型。

②利用基巖面等高線地形圖，試定頂拱軸線的位置。頂拱軸線的半徑可參考 。應(yīng)盡量使拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于30°，并使兩端夾角大致相近。按適當(dāng)?shù)闹行慕呛蛪雾敽穸犬嫵鲰敼皟?nèi)外緣弧線。

③初擬拱冠梁剖面尺寸，并擬定各高程拱圈的厚度。一般選取5~10層拱圈，繪制各層拱圈平面圖。各層拱圈的圓心聯(lián)線在平面上最好能對(duì)稱于河谷可利用基巖面地形圖，在垂直面上，這種圓心聯(lián)線應(yīng)是光滑的曲線。

④切取若干垂直剖面，檢查其輪廊是否光滑連續(xù)，倒懸是否過大，如不符合要求，應(yīng)適當(dāng)修改拱圈及梁的形狀尺寸。

⑤根據(jù)初定的壩體尺寸進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算及壩肩穩(wěn)定較核。如不符合要求，應(yīng)重復(fù)以上步驟修改壩體布置和尺寸。

⑥將拱壩沿拱的軸線展開，繪成立視圖，顯示基巖面的起伏變化，對(duì)突變處采取削平或填塞措施。

⑦計(jì)算壩體工程量，作為不同方案比較的依據(jù)。

拱壩的應(yīng)力控制標(biāo)涉及到筑壩材料強(qiáng)度的極限值和有關(guān)安全系數(shù)的取值?；炷凉皦卧O(shè)計(jì)規(guī)范（SD145-85）對(duì)允許應(yīng)力尚無明確規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)采用的允許應(yīng)力還較低。對(duì)于較高的拱壩，允許壓應(yīng)力常取5.0~6.0MPa，個(gè)別的曾用到過9.0MPa。規(guī)范規(guī)定，對(duì)于基本荷載組合，安全系數(shù)為4.0；對(duì)于特殊組合，安全系數(shù)為3.5；當(dāng)考慮地震荷載時(shí)，混凝土的允許壓應(yīng)力可比靜荷載情況適當(dāng)提高，但不超過30%。

由于混凝土的抗壓強(qiáng)度較高，拱壩斷面設(shè)計(jì)常受拉受力控制，拉應(yīng)力較大部位常在拱冠梁的上游面壩基處，實(shí)際上這個(gè)部位的拉應(yīng)力稍有超過并不很危險(xiǎn)。因?yàn)楣皦尉哂姓w作用，即使梁底開烈，應(yīng)力即自行調(diào)整，使裂縫發(fā)展到一定程度而停止，而水平拱承載的潛力仍很大。因此現(xiàn)在一般認(rèn)為可適當(dāng)提高梁底上游面的允許拉應(yīng)力值。國內(nèi)多數(shù)拱壩設(shè)計(jì)允許拉應(yīng)力值大致控制在0.5~1.5 MPa之間。而混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SD145-85）規(guī)定：對(duì)于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為1.2 MPa；對(duì)于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為1.5 MPa。當(dāng)考慮地震荷載時(shí)，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過30%。

近年來，隨著拱壩建筑的發(fā)展和人們對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的深化，有提高允許應(yīng)力、減小安全系數(shù)的趨向。如美國墾力局1977年《拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》規(guī)定：對(duì)于正常荷載組合，抗壓安全系數(shù)為3.0，允許壓應(yīng)力為10.58 MPa；對(duì)于非常荷載組合，抗壓安全系數(shù)為2.0，允許壓應(yīng)力為15.68 MPa。在正常荷載組合，允許局部出現(xiàn)拉應(yīng)力，但不大于1.06 MPa；在非常荷載組合時(shí)，拉應(yīng)力不大于1.57 MPa。

重力壩按筑壩材料的不同分為:混凝土重力壩和漿砌石重力壩。

重力壩按其結(jié)構(gòu)形式分為:①實(shí)體重力壩;②寬縫重力壩；③空腹重力壩。重力壩按泄水條件可分為非溢流壩和溢流壩兩種剖面。

實(shí)體重力壩因橫縫處理的方式不同可分為三類。①懸臂式重力壩：橫縫不設(shè)鍵槽，不灌漿；②鉸接式重力壩：橫縫設(shè)鍵槽，但不灌漿；③整體式重力壩：橫縫設(shè)鍵槽，并進(jìn)行灌漿。

按照混凝土的施工方式，分為常態(tài)混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩。其中碾壓混凝土重力壩由于施工方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，近年來得到了迅速的發(fā)展。

重力壩是由砼或漿砌石修筑的大體積擋水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整體是由若干壩段組成。重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求;同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。

在水壓力及其他外荷載作用下，主要依靠壩體自重來維持穩(wěn)定的壩。重力壩的斷面基本呈三角形，筑壩材料為混凝土或漿砌石。據(jù)統(tǒng)計(jì),在各國修建的大壩中,重力壩在各種壩型中往往占有較大的比重。在中國的壩工建設(shè)中,混凝土重力壩也占有較大的比重,在20座高100m以上的高壩中，混凝土重力壩就有10座。