【正文】 由估算公式計算；其中， 代入?yún)?shù)求得。 計算沖坑深度，由其中，則所以，則說明挑流消能形成的沖坑不會影響大壩的安全。溢流壩段設計完畢。71山東科技大學學士學位論文 細部構(gòu)造設計及基礎處理 5 細部構(gòu)造設計及基礎處理 壩上結(jié)構(gòu)壩頂上游設置防浪墻，，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設止水片。壩頂路面采用混凝土材料，由中心向兩邊傾斜，坡度為2%，兩邊設有集水管，匯集到上游，從上游排出到水庫。兩邊設有行人道。下游設有護欄。2．溢流壩溢流壩的上部設有閘門、閘墩、門機、交通橋等機構(gòu)和設備。 壩體分縫與止水 橫縫：減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求；縱縫：適應砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應力，在平行壩軸線方向設置。 一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時縫，縱縫為臨時縫，縱縫縫面應設水平向縫槽，槽面大到沿主應力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進行接縫灌漿，為了灌漿時不使?jié){液從峰內(nèi)流出，必須在縫的四周設止?jié){片。 橫縫：由工作條件和運行條件確定（擋水：12~15m；電站：由機組尺寸確定；溢流：由孔寬+閘墩尺寸確定；底孔：由孔寬確定）；縱縫：根據(jù)砼澆筑能力和溫度控制要求確定，一般為15~13m。 橫縫內(nèi)需設止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對于高壩應采用兩道止水片，中間設瀝青井，~，第一道止水治上游面的距離應有利于改善壩體頭部應力，~（），每側(cè)埋入砼的長度約為20~25cm（本設計采用25cm），在止水片的安裝時要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設計采用方形），其一側(cè)可用預制砼塊，~，厚5~10cm（本設計采用1m*10cm），瀝青井尺寸大致為15cm~15cm至25cm~25cm（本設計采用20cm*20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號或三號是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設加熱設備（通常采用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設置瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為15~20cm。 止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約30~50cm，井內(nèi)填滿瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。圖4—1 止水設計1—第一道止水銅片；2—瀝青井；3—第二道止水銅片；4—預制塊；5—橫縫；6—瀝青油氈；7—加熱電極在施工期間，水泥在水化凝固時要發(fā)熱，使砼升溫而膨脹，由于受到基巖的約束，壩體內(nèi)產(chǎn)生拉應力。但是由于砼的初期彈模低，后期彈模高，因此后期產(chǎn)生的拉應力比初期產(chǎn)生的壓應力大，最終在壩體產(chǎn)生的是拉應力，這個拉應力會導致壩體砼裂縫。為此，應在壩體內(nèi)設置溫度收縮縫，以減少基巖的約束，降低壩體施工的溫度拉應力，防止產(chǎn)生裂縫。如相鄰段修建在不同的巖基上，不同巖基承受荷載作用后的沉降量不同，從而將在壩體內(nèi)造成應力集中，會導致產(chǎn)生裂縫。砼重力壩需設三種縫：橫縫、縱縫和施工縫。 橫縫橫縫垂直于壩軸線，將壩體分為若干壩段。其作用是減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求。橫縫可兼作伸縮縫和沉降縫，橫縫間一般為12～20米，本壩體橫縫間距采用18米，橫縫又可分為永久性和臨時性兩種橫縫。永久性橫縫永久性橫縫常做成豎直平面，不設鍵槽，不進行灌漿，使各壩段獨立工作。根據(jù)地基和溫度變化情況，可不留縫寬。橫縫內(nèi)需設止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等。本壩體屬于高壩，設兩道止水片，中間設瀝青井。，第一道止水至上游面的距離應有利于改善壩體頭部應力，每側(cè)埋入砼的長度為20cm，瀝青井設為方形，尺寸為25cm25cm，井內(nèi)所灌注的填料由II號和III號石油瀝青、水泥和石棉粉組成，井內(nèi)設加熱設備，防止瀝青老化。止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度為40cm，井內(nèi)填滿瀝青砂。止水片后面設檢查井，井內(nèi)設爬梯，休息平臺，并與檢查廊道相連通。沿溢流壩面，壩體下游最高尾水位以下和穿越橫縫的廊道及孔洞周邊均需要設止水。溢流壩段的橫縫，有兩種布置方式：一是設在閘墩中間，此時各壩段產(chǎn)生不均勻沉陷時不影響閘門啟閉，工作可靠，缺點是閘墩厚度增大。二是設在溢流孔跨中，此時閘墩可以較薄，但易受地基不均勻沉陷的影響，且水流在橫縫上流過，易造成局部水流不順。適用于基巖較堅硬完整的情況。臨時性橫縫的縫面設置鍵槽和灌漿系統(tǒng)。設置鍵槽是為了增強縫面的抗剪能力。有橫向布置和縱向布置?？p槽深約10cm，槽底寬20cm，兩邊做成緩坡。 縱縫為了適應砼的澆筑能力和減少施工期的溫度應力，常在平行壩軸線方向設縱縫，將一個壩段分為若干個壩塊，待壩體降到穩(wěn)定溫度后再進行接觸灌漿。縱縫是平行于壩軸線設置的溫度縫和施工縫，間距一般為15－30m。縱縫按其布置形式可分為：鉛直縱縫、錯縫、斜縫三種。有時不設縱縫，采取通倉澆筑方法。鉛直縱縫是最常采用的一種縱縫，縱縫間距一般為1530m，為使縫面更好的傳力，需在縫面設三角形鍵槽，槽面大致順主應力方向。為保證壩段的整體性，沿縫面應布設灌漿系統(tǒng)，待壩體溫度冷卻到穩(wěn)定溫度，壩塊收縮。縱縫兩側(cè)的壩塊可以單獨澆筑上升，但高差不宜過大。錯縫式澆筑塊的厚度一般為3～4m，錯縫間距為10～15m，縫的錯距為1/3～1/2澆筑塊的厚度。采用錯縫布置時，縫面間不需做灌漿處理，施工簡便，但整體性差，適用于低壩。大致沿主應力方向設置，因縫面的剪應力很小，可以不必灌漿，但斜縫施工復雜，極少采用。通倉澆筑施工簡便，可以加快施工進度，壩的整體性較好，但溫度應力大，必須進行嚴格的溫度控制，按重力壩設計規(guī)范要求，高壩采用通倉澆筑，必須有專門論證。本設計只設垂直縱縫。 施工縫水平施工縫是澆筑塊之間新老砼的接合面，是臨時性的，在工程完成后，是不允許出現(xiàn)的縫。新砼澆筑前，必須清除施工縫面的浮渣、灰塵和水泥乳膜，用風水槍或壓力水沖洗，使表面成為干凈的麻面，再均勻鋪一層23cm水泥砂漿，然后澆筑。普遍采用薄層澆筑法，，以便通過表面散熱，減弱砼溫升，防止開裂。上、下層之間常間歇37d。水平施工縫的處理質(zhì)量關系到大壩的強度、整體性和防滲性，處理不好將成為壩體內(nèi)的薄弱面，必須予以高度重視。 壩體廊道系統(tǒng)為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等的要求，需要在壩體內(nèi)設置各種不同用途的廊道，這些廊道相互連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。本工程的砼壩屬于較高的壩，沿壩高每隔15m設置一層。底層廊道應盡可能靠近基礎，以便兼作帷幕灌漿和排水及檢查之用。 壩基灌漿廊道帷幕灌漿需要在壩體澆筑到一定高度后進行，以便利用砼壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。為此，需在壩踵附近設置灌漿廊道，以便降低滲透壓力。壩基灌漿廊道斷面采用城門洞形，寬度和高度應能滿足灌漿作業(yè)的要求?！⑶也恍∮?～5m，這里取5米。，以防廊道底板被灌漿壓力掀動開裂。廊道底面上游側(cè)設排水溝，下游側(cè)設排水孔及揚壓力觀測孔。灌漿廊道沿地形向兩岸逐漸升高，坡度不宜大于40176?！?5176。，以便進行鉆孔，灌漿操作和搬運灌漿設備。 檢查和壩體排水廊道為了檢查、觀測和排除壩體滲水，在靠近壩體上游沿高度方向隔20m設置檢查和排水廊道。其斷面形式采用城門洞形，，～，且不小于3m，上游側(cè)設排水溝。各層廊道左右兩岸應各有一個出口，并用垂直井道連通。壩體內(nèi)設有電梯井，則各層廊道均應與電梯井相通。檢查和壩體排水廊道應沿不同高程設專門的排水設備。灌漿廊道的高程低于尾水位，設置集水井用水泵排水，水泵設備為兩臺。 觀測、交通廊道上層縱向廊道一般兼作檢查、觀測、交通及接縫等用途。本工程壩體有多層廊道，應在兩岸將各層相互連通。因為廊道較長，沿壩長每隔200m在上、下層廊道之間設置交通廊道，設有梯子與豎井相通。 重力壩的地基處理天然地基，由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當?shù)奶幚泶胧?。地基處理的主要任務是：①防滲，②提高基巖的強度和整體性。 壩基的開挖與清理 天然地基，由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當?shù)奶幚泶胧鼗幚淼闹饕蝿帐牵海?）防滲；（2）提高基巖的強度和整體性。地基開挖與清理的目的是石壩體坐落在穩(wěn)定、堅固的地基上。開挖深度應根據(jù)壩基應力、巖石強度及完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對地基的要求和地基加固處理的效果、工期和費用等研究確定根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL51081999）要求：砼重力壩的建基應根據(jù)大壩穩(wěn)定、壩基應力、巖體物理力學質(zhì)、巖土類別、基礎變形和穩(wěn)定性，上部結(jié)構(gòu)對基礎的要求、基礎加固處理效果及施工工藝、工期和費用等經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定，原則上應考慮技術加固處理后，在滿足壩的強度和穩(wěn)定的基礎上，減少開挖。壩高超過100m時，可建在新鮮、微風化或弱風化下部的基巖上?？拷鼔位娴木弮A角軟弱夾層應盡可能清除。順河流流向的基巖面盡可能略向上傾斜，以增強壩體的抗滑穩(wěn)定性，基巖面應避免有高低懸殊的突變，以避免造成壩體內(nèi)應力集中。在壩踵和壩址處可開挖齒坎以利穩(wěn)定。采用爆破開挖時應避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙張開。~，應采用受風鉆鉆孔，小藥量爆破；遇有宜風化的頁巖、粘土巖等，~，待到澆筑混凝土前在挖除。從改善壩體應力分布的角度考慮，地基剛度較低反而能改善壩踵的應力情況，所以。國外有的工程適當放寬了對壩踵附近地基開挖的要求。對岸坡壩段，在平行壩軸線方向宜開挖成臺階狀，但須避免尖角，或不用臺階而采取其他結(jié)構(gòu)措施?；鶐r開挖后，在澆灌混凝土前，需要進行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應回填封堵開挖的依據(jù)和要求砼重力壩的基礎開挖，應根據(jù)壩基應力、基巖強度及其完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對基礎的要求，由地質(zhì)和設計人員共同擬定基巖利用標準，繪出基巖利用等高線，確定開挖深度，并在施工中根據(jù)實際情況加以修正。同一工程中兩岸較高部位的壩段，其利用基巖的標準可比河床部位適當放寬。開挖線參考地質(zhì)剖面圖。開挖形狀和坡度本次設計的壩址，河床右岸坡度較陡，約60O左右，為了壩段的橫向穩(wěn)定，在斜坡上按壩體分段開挖成臺階。順河流方向的基巖面盡可能略向上游傾斜，以增加抗滑穩(wěn)定性；基巖面應避免有高低懸殊突變，以免造成壩體內(nèi)應力集中，在壩址和壩踵處開挖成齒狀以利于穩(wěn)定。開挖邊坡的擬定：當邊坡走向與節(jié)理走向一致時，邊坡坡度不宜陡于節(jié)理的坡度。永久的、浸水的或開挖深度較大的邊坡應比臨時的、不浸水的或開挖深度小的邊坡平緩一些。設計中采用1：1。4. 軟弱夾層的處理具有軟弱夾層的壩基，由于夾層的抗剪強度很低，遇水易軟化或泥化，通常都須進行加固處理，以滿足抗滑穩(wěn)定要求。根據(jù)軟弱夾層的埋深、產(chǎn)狀、厚度、充填物的性質(zhì)，結(jié)合工程的具體情況，為了阻止軟弱夾層滑動，一般采用的處理措施有：（1）對于淺埋的夾層，多用明挖處理，將軟弱夾層清除，回填混凝土或者在上游壩踵、下游壩趾設置深齒坎，切斷軟弱夾層直達完整基巖。當夾層埋藏較淺時，此方法施工方便，工程量小，采用的較多。（2）對于埋藏較深、較厚，傾角較緩的軟弱夾層，可在夾層內(nèi)設置混凝土洞塞。（3）采用大型鋼筋混凝土抗滑樁。（4）若有兩層以上的軟弱夾層時，可采用預應力錨索，錨索可在水庫正常運行的情況下施工，特別適合于已建工程的施工。 壩基灌漿壩基灌漿包括固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿的目的是：提高基巖的整體性和強度，降低地基的透水性。其布置范圍主要根據(jù)基巖的工程地質(zhì)條件并結(jié)合壩的高度，參照水泥灌漿試驗資料確定。本工程屬于高壩，且地基開挖后的基巖強度滿足設計要求，所以固結(jié)灌漿可不作。 帷幕灌漿帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學管涌，減少壩基滲流量。灌漿材料最常用的是水泥漿，有時也采用化學灌漿。防滲帷幕的深度根據(jù)基巖的透水性、壩體承受的水頭和透水層的深度確定。當?shù)鼗鶅?nèi)的透水層厚度不大時，帷幕可以穿過透水層并深入到不透水層3～5m。形成理論上的封閉阻水幕。當透水層很厚時，帷幕深度可按設計要求確定，～，形成懸掛式帷幕。帷幕灌漿孔的排數(shù)，根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、作用水頭及灌漿試驗資料選定?！７罎B帷幕應布置于靠近上游面壩軸線附近，自河床向兩岸延伸一定距離。鉆孔和灌漿常在壩內(nèi)特設的廊道內(nèi)進行，靠近岸坡處也可在壩頂、岸坡或平洞內(nèi)進行。鉆孔方向一般為鉛直，必要時也可有一定斜度，以便穿過主節(jié)理裂隙，但角度不宜太大，以便施工。帷幕灌漿必須在澆筑一定厚度的壩體砼后施工。所澆注的砼作為蓋重，可提高灌漿壓力，防止灌液外溢。防滲帷幕的深度根據(jù)作用水頭和基巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況確定。當?shù)刭|(zhì)內(nèi)的不透水層厚度不大時，帷幕可穿過透水層深入相對隔水層3~5m。當相對隔水層埋藏較深，則帷幕深度可根據(jù)防滲要去確定，~。 帷幕深入兩岸的部分，原則上也應達到上述標準，并于河床部位的帷幕保持連續(xù)。當相對隔水層距地面不遠時，帷幕應深入岸坡與該層相銜接。當相對隔水層埋藏較深時，可深到原地下水位線與最高枯水位的交點B處，如圖4—3，再BC‘以上設置排水，以降低水庫蓄水后庫岸的地下水位。防滲帷幕的厚度應當滿足抗?jié)B要求，即帷幕的滲透坡降不能超過規(guī)定的容許值，見表4—3。灌漿所能到的帷幕厚度l與灌漿孔排數(shù)有關，如圖所示，當由n排灌漿孔時，圖4—3 防滲帷幕沿壩軸線的布置1—灌漿廊道；2—山坡鉆進；3—壩頂鉆進；4—灌漿平洞； 5—排水孔；6—最高庫水位；7—原河水位；8—防滲帷幕底線；9—原地下水位線；10—蓄水后地下水位線防滲帷幕的容許滲透坡降 表4—3帷幕區(qū)的單位吸水量ω[L/(min*m)帷幕區(qū)的滲透系數(shù)k(cm/s)容許滲透坡降J1*1046*1052*105101520此處，c1為灌漿孔排距，一般c1=（~）c；c為孔距；c’為單排灌漿時的帷幕厚度，c’=（~）c。 帷幕灌漿孔的排數(shù)，在一般情況下，高壩可設兩排，中、低壩設一排，對地質(zhì)條件差的地段還可適當增加。當帷幕由n排灌漿孔組成時，一般僅其中一排孔鉆灌至設計深