水工建筑物--第六章 重力坝剖面设计+构造+地基处理

'水工建筑物2021年6月15日赖国伟 第五节重力坝剖面设计一、设计原则①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最少；③外部形状简单，便于施工；④运行管理方便。 二、基本剖面重力坝的主要荷载有静水压力、自重、扬压力。当上游水位与坝顶齐平时,静水压力P与H2成正比。此时，为维持坝体自身的稳定，重力坝的主要荷载自重W也应与H2成正比。因此重力坝的基本剖面为三角形，其中H为最高静水头。基本剖面定义：一般指坝体在自重、库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。 三、实用剖面实用剖面：考虑运行要求和其它荷载影响，对基本剖面进行修改之后的剖面。从理论上讲，基本剖面虽然经济，但不实用，因为：1°坝顶不能是一个尖顶，不便于施工、运行管理和交通。2°坝高不能刚好与水位齐平，必须有一定的超高。3°厂房坝段需设闸门和拦污栅，希望上部做成垂直的。 非溢流重力坝实用剖面：常见的有三种形式，即上游面为铅直的、倾斜的或部分倾斜的。（1）铅直上游坝面（实用剖面（1））优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备。缺点：经济性不明显。适用：坝基fˊ、cˊ较大，剖面由应力条件控制。（2）上游坝面上部铅直、下部倾斜（实用剖面（2））优点：利用部分水重增加坝的稳定性，上部仍能便于管道进口布置和操作。缺点：上游折坡点要结合应力和管道进口布置高程选定，要验算折坡点截面的强度和稳定。一般在坝高的1/3~2/3的范围内。（3）上游坝面略呈倾斜（实用剖面（3））优点：增加坝体自重，利用部分水重增加坝的稳定性，可避免库空时下游产生过大拉应力。缺点：不便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备适用：fˊ、cˊ较小情况。实用剖面（1）实用剖面（2）实用剖面（3） ☞在通常情况下，上游边坡系数n=0～0.2，下游边坡系数m=0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍，这些经验数据可作为拟定坝剖面时的参考。☞坝体实用剖面的基本三角形顶点：一般在上游最高水位附近。 坝顶宽度满足设备布置、运行、交通及施工的要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8～10%，并不小于2米。若作交通要道，应按交通要求布置。有时在坝顶布置移动式起重机，坝顶宽度应满足安置起重机轨道以及其他运用上的要求。当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。 坝顶高程坝顶或坝顶上游防浪墙顶高出水库静水面的高度可按下式计算：式中：h1——波浪高度；h0——波浪中心线高出静水位的高度；hc——安全超高，按表6-2采用。注：在计算h1和h0时，设计和校核情况应采用不同的计算风速值。表6-2安全超高值（单位：m）坝的级别运用情况123设计情况（基本组合）0.70.50.4校核情况（特殊组合）0.50.40.3 在计算h1和h0时，设计和校核情况应采用不同的计算风速值。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算，并从中选用较大值：Δh设、Δh校按（6-26）式分别计算。当坝顶设防浪墙时，对1、2级坝，在可能最大洪水情况下，坝顶高程不得低于相应的静水位，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。 图6-25为典型的坝顶结构图。由于布置上的要求，有时需将坝顶部分地伸出坝外(图6-25a)；当要求的坝顶较宽时，也可做成桥梁结构型式（图6-25c）。坝顶防浪墙的高度一般为1.2m，采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构。在坝体伸缩缝处，防浪墙也应留有伸缩缝，缝内设置止水。 四、优化设计可采用优化方法，进行重力坝剖面优化设计。确定描述坝体体形的设计参数；建立目标函数：一般取结构的重量和造价，因重力坝的造价主要取决于坝体砼方量，故取坝体体积作为目标函数；确定约束条件：如稳定约束、应力约束、几何约束等；优化计算：目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力坝的优化设计是一个非线性规划问题。 第六节重力坝的泄水与消能防冲（泄水重力坝设计）泄水重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；既要满足稳定和强度的要求，又要满足水力条件的要求。其中水力条件要求包括：要有足够的泄流能力；要使水流平顺地流过坝面，避免产生振动和空蚀；应使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷，不影响枢纽中其它建筑物的正常运行。 一、孔口设计（一）孔口型式（枢纽泄水方式）根据泄水孔的位置以及坝顶是否有胸墙，泄水重力坝孔口型式（泄水方式）可分为坝顶溢流式（或称表孔溢流）、大孔口溢流式和深式泄水孔三种。 （1）坝顶溢流式（表孔溢流）特点：下泄流量Q与成H03/2正比（H0为表孔堰顶水头），超泄能力大。闸门承受水压力小，孔口尺寸可大些。闸门启闭操作、检修方便，工作安全可靠。能排泄冰凌和其它漂浮物。预泄洪水的能力低。 （2）大孔口溢流式特点：可以提前预泄洪水，降低上游洪水位，降低坝高，减少工程量。大孔口溢流式由于有胸墙挡水可以减小闸门高度。当库水位低时，胸墙不影响泄流，和坝顶溢流式相同；当库水位较高时，由于胸墙的拦阻，不能排泄冰凌和漂浮物。胸墙多做成固定的，也可以做成活动的。 （3）深式泄水孔深式泄水孔可以根据孔内流态分为有压和无压两类。有压泄水孔泄水时，整个泄水孔都处于满流承压状态；无压泄水孔泄水时，除进口有一段压力短管外，其余部分处于明流状态。 特点：深式泄水孔可用于预泄洪水、放空库水、排放泥砂、向下游供水、施工导流等。（一般不用作主要的泄水建筑物）深式泄水孔的下泄流量与H1/2成正比（H为水头），超泄能力较小。由于闸（阀）门承受的水头较高，操作、检修都比较复杂。无压泄水孔 有压泄水孔特点：优点：工作闸门布置在出口，门后为大气，可部分开启；出口高程低，利用水头大，下泄流量大可使断面尺寸较小。缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力，对坝体的应力和防渗不利，常需钢板衬砌。 无压泄水孔特点：优点：工作闸门在进口，可以部分开启；关闭后孔道内无水，明流段可不用钢板衬砌，施工简便，干扰少，有利于加快进度。缺点：断面尺寸大，削弱坝体。 附：坝身明流孔（即无压泄水孔）的体型设计坝身明流孔的典型布置如下图所示。包含有较短的压力段和较长的明流段。压力段：又分为进口段、事故检修门槽段和压坡段三个部分，压坡段下游侧设工作闸门。检修闸门采用平板门，工作闸门则多采用弧形门。明流段：自上游至下游按顺序布置直线段、抛物线段和反弧段。 附：无压泄水孔进口段各部分的体型 ☞以上三种孔口型式（泄水方式）各有特色，应结合具体情况比较选择，一般可配合使用，但为简化结构、便于施工和运用，类型不宜过多。 （二）孔口尺寸1、确定洪水标准洪水标准：包括洪峰流量和洪水总量，是确定堰顶（或孔口）高程和孔口尺寸，进行水库调洪演算的重要依据。水利水电工程的永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别由规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》查找。（从地形条件、洪水特性和工作特点诸方面来看，两区有较为明显的不同）洪水标准分别有设计洪水标准和校核洪水标准。 ☞规范规定： 2、单宽流量的选定：单位宽度泄水坝下泄的流量称为单宽流量，是影响设计的重要因素。单宽流量越大，单位宽度下泄水流所含的能量越大，消能越困难，对下游局部冲刷可能越严重，但溢流坝段可缩短，枢纽布置也容易。单宽流量的选择与枢纽布置、堰顶（或孔口）高程、孔口尺寸、闸门型式、下游消能防冲等直接有关，关系着枢纽的造价和安全。 工程上常采用的单宽流量q为：对于软弱岩石或裂隙发育的岩石：q=20～50m3/(s·m)；对于较好的岩石：q=50～80m3/(s·m)；对于坚硬的岩石：q=100～130m3/(s·m)。近年来，随着坝下消能措施的不断改善，单宽流量有逐渐加大的趋势。通过技术经济比较后选定单宽流量。 3、选定泄水坝段的孔口尺寸步骤：一般先根据前述特点选定泄水型式（坝顶溢流、大孔口溢流、深式泄水孔或其组合型式），拟定若干个高程的孔口尺寸方案；再根据洪水标准及及水文条件(预报情况)，分别进行调洪演算，求出各方案的防洪库容、设计和校核洪水位及相应的下泄流量，并估算出淹没损失和枢纽造价。从淹没损失、下泄流量、单宽泄流量以及造价等方面进行技术经济比较，选出最为经济合理的孔口尺寸方案。 在拟定孔口尺寸时，应尽量采用闸门设计规范推荐的宽高比。为了控制下游河床的水流流态，应对称均衡开启闸门。因此，孔口数目最好采用奇数。 二、溢流坝面溢流坝面的形状对溢流能力和流态有很大影响。坝顶溢流式可分为非真空剖面堰和真空剖面堰两种类型。目前，我国水利水电工程中应用较广的是非真空剖面堰，其坝面曲线有克—奥曲线和幂曲线（或称WES曲线）两种（详见有关水力学方面的专著）。 溢流剖面设计：堰顶上游堰曲线（a0段）：一般采用三心园曲线或椭圆。下游0b曲线：一般采用WES曲线或克—奥曲线。WES曲线：Xn=K(Hd)n-1yHd为定型设计水头，一般取堰顶上最大水头的75%～95%。K、n为与上游堰面倾斜坡度有关的系数。当坝面垂直，k=2、n=1.85;当坝面倾斜，k=1.936、n=1.836 bc直线段：坡度与一般非溢流坝一致。cd为反弧段：应使水流平顺进入下游消能段。反弧段的半径R：R=（4～10）h；h：校核水位闸门全开时，反弧段最低点水深，可按能量方程求解。de为挑流消能段：由溢流坝下游消能型式确定。若为挑流消能，挑坎末端挑角：250～300。挑坎末端高程：高于下游最高尾水位或与下游最高尾水位齐平。 上游坝面：当设计的溢流剖面较胖时，可考虑将溢流坝顶部连同下游坝面稍向上游移动，而上游坝面的中、下部位置不变，与非溢流坝上游坝面一致，形成坝顶向上游突出的比较经济的溢流坝剖面。如下图所示。 ☞上游堰面采用倒悬时，应满足d＞Hmax/2的条件，如下图所示。（Hmax——堰顶最大水头） 三、溢流坝设计中有关高速水流的几个问题高水头溢流坝（包括深式泄水孔）泄水时，由于流速很高（可达30～40m/s），因而产生了一系列问题，如空蚀、掺气、脉动等。设计时必须予以考虑。 四、消能防冲通过坝体的下泄水流具有很大的能量，例如，当单宽流量q=100m3/s·m，上下游水头差H=50m，则在1m宽的河床上水流的势能差约50MW，q、H越大，势能差也越大。如此巨大的能量主要消耗于两个方面：1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等。 消能措施的主要任务：就是尽量促使能量消耗于水流内部阻力（混掺阻力和粘滞阻力）和外部阻力（墩、柱等固体阻力），最大限度地限制其冲刷破坏的作用；或采取控制水流的措施，将具有巨大能量的水流挑离坝体，使之冲刷河床但不致影响建筑物和附近岸坡的安全。消能方式主要有：挑流消能、底流消能、面流消能及消力戽消能等。 （一）挑流消能1、工作原理：利用鼻坎将自溢流面下泄的高速水流向空中抛射，使水流扩散并卷入大量空气，然后落入下游河床较远处。水流在同空气摩擦的过程中，约消耗总能量的20%。抛射水流进入下游水流后，形成强烈的旋滚区，冲刷河床形成冲坑（图6-31），同时消耗大部分能量。冲坑逐渐加深，底部遭受的冲刷力逐渐减小，直至冲坑趋于稳定。 优缺点、适用条件：三峡泄洪☞规范条例：挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用。当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定，或岸坡可能被冲塌时，不宜采用挑流消能，或须做专门的防护措施。 ☞附：挑射水流的雾化当水头15m以下或挑流初速度在16m/s以下时雾化现象不严重。当挑流初速度大于16m/s以后，雾化现象逐渐发展，至30m/s以上时，就会对工程造成危害性后果。a.雾化的危害暴雨造成淹没灾害。如黄龙滩水电站，差动式挑流鼻坎，射流入水点在电站厂房附近，厂内发电机层被淹3.9m，高压短路，被迫停电49d，造成巨大损失。影响输（变）电系统运行。刘家峡水电站，曾因雾结冰，输电线路下垂不能正常运行，被迫停止发电，重新建造一条远离雾区的备用线路。造成道路交通中断。刘家峡水电站，专建200m长的防雾廊道。冲蚀地面触发滑坡。龙羊峡水电站，1987年开闸放水，1989年下游右岸山坡数十万岩体突然塌滑。形成泥雾污染环境。下泄水流含沙量大时，如黄河青铜峡水电站。b.雾化危害的预防措施：有兴趣自己查阅相关资料。 ☞龙滩水电站泄洪 2、设计内容选择鼻坎型式：挑流鼻坎型式有连续式(又分等宽式、扩散式和窄缝式鼻坎)和差动式两种。反弧半径鼻坎高程挑射角度连续式差动式 3、连续式挑流鼻坎设计连续式鼻坎的优、缺点☞主要优点：是构造简单、施工方便、水流平顺、射程较远，一般不易产生空蚀。所以得到普遍的采用。☞其缺点：是水舌在空中扩散掺气的消能作用较差动式鼻坎差，冲刷坑较深，引起下游水位波动也较剧烈。 连续式挑流鼻坎设计反弧半径R：一般采用（4～10）h，h为鼻坎上水深。（R↑，水流转向容易，但鼻坎向下游延伸较长，工程量增加；R↓，水流转向困难。反弧段流速v＜16m/s时，可取下限，流速越大，反弧半径也宜选用较大值，以致取上限。）鼻坎高程：与工程布置有关，一般应高出下游最高水位约1～2m，以利于挑流水舌下缘的掺气。鼻坎挑射角θ：一般采用20～35°；（θ↑，挑射距离远，入水角大，冲坑深；θ↓挑射距离近，入水角小，冲坑浅。） 冲坑对坝体安全的评估挑流消能的安全挑射距离L1：即冲坑最低点与坝趾的距离一般应大于2.5倍坑深，以保证坝趾处的基岩稳定；冲刷坑深度：目前还没有比较精确的计算公式，工程上常按式（6-32）进行估算。水舌入水宽度的选择：应考虑不影响冲坑两侧岸坡或其它建筑物的稳定为宜。tk——水垫厚度：自水面算至坑底；tkˊ——冲刷坑深度；α——冲坑系数 4、差动式挑坎差动式是在鼻坎末端设置一排坎槽，使水流通过高低坎分为两股射出，在垂直方向有较大的扩散，水舌入水宽度增加，减少了单位面积上的冲刷能量，两股水流在空中互相撞击、掺气加剧。因此冲坑较连续式的浅，约减少35％，但挑距将有所减小。主要缺点：高坎侧面极易形成负压而产生空蚀。矩形差动式：齿槽断面为矩形梯形差动式：齿槽断面为梯形连续式 ☞优点：水流较分散，能加剧挑流水舌在空中的掺气和碰撞，提高消能效果，减小冲坑深度。☞缺点：施工复杂；鼻坎流态复杂，在高速水流作用下，易产生空蚀。矩形差动式：齿槽断面为矩形梯形差动式：齿槽断面为梯形连续式 （二）底流消能工作原理：底流消能是在坝趾下游设置一定长度的护坦，一般都在护坦末端设坎，或降低护坦高程形成消力池，使过坝水流在消力池内产生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消能，以减轻对下游河床和两岸的冲刷。消力坎降低护坦高程形成消力池 优缺点、适用条件： （三）面流消能工作原理：利用鼻坎将高速水流挑至尾水表面，在表层主流与河床之间形成逆溯旋滚和跃波，通过旋滚和主流逐渐扩散而消能。由于流速较高的水注在一定距离内分布在水流表面，从而减轻了对坝下河床的冲刷，河床一般不需加固，但应注意防范水滚裹挟石块，磨蚀坝脚地基。（我国富春江、西津、龚咀等工程都采用了这种消能型式。） 优缺点、适用条件：适用场合：①下游水位较深，单宽流量变化范围小，水位变幅不大；②有排冰和漂木要求；缺点：消能效率不高；下游水面波动大；影响电站稳定运行和通航。 ☞规范条文说明：面流消能适用于水头较小的中、低坝，河道顺直，水位稳定，尾水较深，河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。 （四）消力戽（bucket）消能消力戽定义：设于泄水槽末端的对过坝急流进行戽流消能的淹没式戽斗。工作原理：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能工。它的挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至水流表层，形成如图6-39所示的流态（“三滚一浪”）。戽内的旋滚可以消耗大量能量，因高速主流在表层，也减轻了对河床的冲刷。（我国石泉、大黑汀、宝鸡峡等工程采用。）设计内容：确定反弧半径、戽坎高度和挑射角度。 优缺点、适用条件：☞规范条文：消力戽消能适用于尾水较深且下游河床和两岸有一定抗冲能力的河道。 （五）宽尾墩联合消能工宽尾墩是指墩尾加宽成尾翼状的闸墩，如下图，是我国首创的墩型。宽尾墩本身不独立工作，但一系列宽尾墩作为溢流坝闸墩而与底流或挑流或戽流消能工组成联合消能工运行后，就会产生极佳的水力特性和消能效果。 ☞安康水电站：溢流坝采用宽尾墩底流联合消能工。 ☞五强溪水电站：溢流坝表孔采用宽尾墩加闸墩中孔挑流与底流消力池的联合消能工。 宽尾墩联合消能工工作原理：①水流通过相邻宽尾墩分割成的闸室时，由于过水宽度沿程收缩、墩壁转折对急流的干扰交汇，形成冲击波和水翅，坝面水深增加2～3倍，有如一道窄而高的“水强”，与空气接触面增加，掺气量大增。②水流跌入反弧段时，由于弧面影响，横向扩散加强，并与邻孔水流相互碰撞顶托而向上壅起，形成横高的水冠挑射出去。在宽尾墩的作用下，包括水冠在内的挑流水股总厚度达到常规闸墩下挑流水股厚度的4～5倍，纵向扩散长度也增加，加上大量掺气，使下游水垫单位面积入水动能减小，从而可减轻河床冲刷。 （五）宽尾墩与挑流联合消能 第七节重力坝的材料及构造一、重力坝的材料建筑重力坝的材料：一般为混凝土、浆砌石等。用于建造重力坝的混凝土属于水工混凝土，除应有足够的强度以保证其安全承受荷载外，还应要求在周围天然环境和使用条件下具有经久耐用的性能，即具有强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、低热、抗裂等性能要求。常用的砼标号：有C10、C15、C20、C25、C30、C40等。 混凝土的耐久性混凝土抵抗环境介质作用，并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性等。抗渗性：指砼抵抗压力水渗透的性能，用抗渗标号表示，可根据作用水头与抗渗砼层厚度的比值(渗透坡降)选定。抗冻性：指砼在饱和状态下，经多次冻融循环作用而不严重降低强度的性能。抗磨性：指砼抵抗高速水流或挟沙水流冲刷磨损的性能。目前尚未订出明确的技术标准，通常有抗磨要求的砼其抗压强度不得低于200号。抗侵蚀性：指混凝土抵抗环境中的侵蚀性介质（如环境水）侵蚀的能力。 重力坝坝体各部分工作条件不同，对混凝土材料性能指标的要求也不同。为了节约和合理使用水泥，通常需要对坝体材料分区：Ⅰ区：上下游水位以上坝体表层混凝土，主要以抗冻性能控制。Ⅱ区：上下游水位变化区的坝体表层混凝土，主要以抗冻性能控制。Ⅲ区：上、下游最低水位以下坝体表层混凝土，主要以抗渗性能控制。Ⅳ区：坝基部位混凝土，主要以强度性能控制。Ⅴ区：坝体内部混凝土，主要以强度性能控制。Ⅵ区：有抗冲刷要求部位的混凝土（例如溢流面，泄水孔，导墙和闸墩等），主要以抗冲刷性能控制。 对各区混凝土的性能要求，见表6-3。 分区数尽量少，以利施工。相邻区的强度标号相差不宜超过两级，以免引起坝内应力重分布或产生裂缝。分区的厚度：一般不得小于2～3m。 二、混凝土重力坝的(细部)构造【构造：做动词时指制造、建造，做名词时指结构。】重力坝的构造设计：包括坝顶结构、坝体分缝、止水、排水、廊道布置等内容。这些构造的合理选型和布置，可以改善重力坝工作性态，提高坝体抗滑稳定性及减小坝体应力，满足运用和施工上的要求，保证大坝正常工作。 （一）坝顶结构1、非溢流坝一般采用实体结构（图6-42a），顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备。少数情况，也可采用某种轻型结构（图6-42b），后者较适用于地震区。 2、溢流坝溢流坝坝顶上的构造：有闸门、闸墩、边墩和导墙、工作桥及交通（公路）桥等。工作闸门检修闸门（平面闸门）门式启闭机卷扬机闸墩交通桥交通桥便桥工作桥卷扬机门式启闭机交通桥工作闸门（弧形闸门） 苏丹麦洛维大坝溢流坝8号高堰滑模施工 （1）工作闸门系指承担主要工作并能在动水中启闭的闸门。工作闸门主要用于调节下泄流量。工作闸门在动水中启闭，要求有较大启闭力。工作闸门的型式：为弧形闸门或平面闸门。露顶式闸门顶部应有0.3～0.5m的超高。弧形闸门平面闸门 泄水孔工作闸门选用：可选用弧形闸门、平面闸门或其他型式的门、阀。当选用弧形闸门时，要注意采用合理的止水型式；当选用平面闸门时，还要注意采用合理的门槽型式。当闸门孔口尺寸较大，且操作水头大于50m时，宜选用弧形闸门。 （2）检修闸门系指水工建筑物和机械设备等检修时用以挡水的闸门，这种闸门宜在静水中启闭。检修闸门用于短期挡水，以便对工作闸门及机械设备检修。检修闸门在静水中启闭，启闭力较小。闸门的型式一般采用平板闸门，各闸孔可交替使用平板检修闸门。当库水位在检修期低于溢流堰顶高程时，可不设检修闸门。平面闸门☞规范规定：在溢洪道工作闸门的上游侧宜设置检修闸门。但当水库水位每年有足够的连续时间低于闸门底槛并能满足检修要求时可不设检修闸门。 检修闸门的设置数量：应根据孔口数量工程和设备的重要性施工安装条件和工作闸门的使用状况维修条件等因素综合考虑。☞对泄水和水闸系统的检修闸门，10孔以内者可设置1～2，10孔以上者每增加10孔可增设一扇。 附录：弧形闸门：挡水面为圆柱体的部分弧形面的闸门。其支臂的支承铰位于圆心,启闭时闸门绕支承铰转动。弧形闸门由转动门体、埋设构件及启闭设备三部分组成。弧形闸门不设门槽,启闭力较小,水力学条件好,广泛用于各种类型的水道上作为工作闸门运行。分类：①按门顶以上水位的深度分为露顶式和潜孔式。水库水位不超过门顶称露顶式弧形闸门（也称表孔弧形闸门）。水库水位高于门顶称潜孔式弧形闸门(也称深孔弧形闸门或高压弧门)（图1）。②按传力支臂形式分为斜支臂式和直支臂式。前者多用于宽高比较大的孔口。后者多用于宽高比较小的孔口。③按支承铰轴的形式分为圆柱铰、圆锥铰、球形铰和双圆柱铰式弧形闸门。④按门叶结构分为主纵梁式和主横梁式弧形闸门等（受背水压的称反向弧门）。门体结构：弧形闸门的本体由门叶、支臂、支承铰和止水装置四部分组成。门叶是近似平面体系的弧形受压面，由弧形面板和主次梁的梁格体系构成。门叶梁格布置有主横梁系与主纵梁系两种形式（图2）。主横梁系多用于露顶式或宽高比较大的弧形闸门；主纵梁系常用于高水头宽高比较小的潜孔式弧形闸门。弧形闸门的支臂支撑门叶并传递径向合力于支铰轴上。特窄的弧形闸门也有做成一个支臂框架的，称为独支臂弧形闸门。支臂有直支臂和斜支臂之分（图3）,后者多用于孔口宽度大的露顶式弧形闸门。每侧支臂多由两根承压构件（柱）组成。对高度较大的，每侧也有用三根承压构件的。支承铰由连接支臂的铰链、固定轴和固定铰座组成。铰座牢固地与建筑物上的埋设构件联接，并传力于基础上。支铰要转动灵活，其安装位置应高出下游水面。支承铰的形式有圆柱铰和圆锥铰等（图4）。圆柱铰构造比较简单，制造、安装也较方便，应用普遍；圆锥铰多用于大跨度（宽）露顶式弧形闸门上。埋设构件：包括侧止水座、底坎止水座、顶止水装置和支铰座承重构件，一般均埋入混凝土相关部位表面以内，起止水严密和承重作用。中、小型及承受总水压力不大的弧门止水装置用一般橡皮，潜孔式高压力弧形闸门用特制密封橡皮。露顶式弧形闸门的支铰座承重构件一般均埋入闸墩的悬伸牛腿内；潜孔式弧形闸门支铰座承重梁有的直接埋入大体积混凝土内，有的两端插入边墙内锚固。启闭设备：弧形闸门启闭力小，起吊点的运动轨迹是弧线，露顶式或宽高比较大的弧门多用两个吊点，启闭设备多采用一门一机的布置。根据建筑物的结构，弧形闸门的启闭形式常采用：吊点设在门叶面板前，采用钢丝绳卷扬机或板链式启闭机；吊点设在门叶面板后的梁系或支臂上，可采用钢丝绳卷扬机和液压启闭机。弧形闸门液压启闭机的缸体一般作成可摇摆式，以达到布置紧凑，设备重量也可减轻。现状：弧形闸门在世界各国得到广泛的应用。1949年以来，中国在水利工程上已经应用了各种孔口尺寸、各种类型的弧形闸门作为水道的工作闸门，在主要尺度方面都已进入了世界大型弧形闸门的行列（见表）。80年代以来，已开始采用偏心圆柱铰，对耐压高、伸缩率大的特种止水橡皮的试验研究也有进展。 弧形钢闸门特点：所谓弧形闸门是与平面闸门相比而言。弧形闸门具有圆弧形的挡水门叶，当启闭闸门时，闸门绕一固定支铰的水平轴转动(图3—1)。由于铰轴中心一般布置在弧形面板的圆心处，故作用在面板上的全部水压力通过形心，启门时只需克服闸门自重以及止水和铰轴的摩阻力对轴心的阻力矩。弧形闸门具有启闭省力，运转可靠，泄流条件好，并且能满足各种类型泄水孔道需要的优点。因此弧形闸门在方案选择中为优先考虑的门型之一。它的优缺点如下：一、优点1)依据工程需要，可封闭相当大的孔口尺寸；2)闸墩的厚度较小；3)没有影响水流流态的门槽，泥沙多时工作状态好；4)启闭力较小；5)埋设件数量较少等。二、缺点1)需要较长的闸墩；2)闸门所占的空间位置较大；3)工作闸门不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口间进行互换；4)闸门承受的总水压力集中于支座处，支座处的侧推力，有时会影响闸墩的侧向稳定。弧形钢闸门的结构布置：在溢流坝上，因闸门下游水面陡降，可将支铰布置在门槛以卜(1／2—3／4)／／处[图3—2(b))。对于潜孔式弧形闸门，支承铰的位置一般布置在1．1倍闸门高度以上。河道水闸上的弧形闸门，支承铰可设在高于下游校核洪水位o．5m处[图3—2(a))。支铰位置越高，弧面越长，承受水压越大，耗费的钢材也就越多，所以在满足不被漂浮物冲击的情况下，一般应将支铰高程设在1/2门高处为宜。 彭水电站表孔溢流坝段的9孔溢流堰，堰孔宽14米，堰顶高程268.5米，弧门尺寸为14米×26.199米，是目前国内安装最高的三支臂表孔弧形闸门。 附录：平面闸门挡水面为平面面板的闸门。平面闸门的门叶在门槽内作直线运动以封闭或开放水道。它的制造加工较容易，运行安全可靠，维修方便，广泛用于各种水工建筑物上作为工作闸门、事故闸门和检修闸门。平面闸门自重大，所需启门力亦大，门槽水力学条件较差，因此在高流速的水道上作为工作闸门的使用范围受到限制。平面闸门主要由门叶、埋设构件和启闭设备三部分组成。分类：①按总体布置分为组合式（门槽、门叶与操作设备组成一整体）和分散式（由门叶、门槽和启闭机组成，操作时门叶可提出门槽）；②按闸门门叶组装形式分为整体门叶式和分节组成门叶式；③按闸门门叶的支承方式分为滑动支承式和滚动支承式；④按闸门门叶止水位置分为上游止水式和下游止水式；⑤按闸门门叶运行移动状况分为直升式、升卧式、横拉式和浮箱式等。此外，还有其他的分类方式（见闸门）。门叶结构：由门叶主体、支承、止水装置和吊耳四个部分组成（图1）。门叶主体一般由面板、主横梁、边梁（柱）和次梁组成有面板的梁格结构。设计水压力通过板梁支承传至门槽埋件，分节的闸门门叶一般都在边柱处连接。门叶支承部分应用较多的是滑动支承、滚轮支承和链轮支承等。支承部分也是门叶移动的行走部分。滑动支承是装在门叶主体边梁处的滑块。其在固结于门槽内的支承轨道上作滑动摩擦运动，接触处是面或线。滚动支承是装在门叶边梁上的轮子，其在门槽轨道上作滚动摩擦运动，接触处是点或线。链轮支承是环绕门叶边柱由一系列圆柱滚子组成的形似链条式的闭合链环。这种支承的闸门也称履带式闸门。滑动支承的闸门摩擦阻力大，启门力大；滚轮支承摩擦阻力小，启门力也小，但闸门门叶较重；链轮支承也作滚动摩擦，其优点是由数目较多的小滚柱承受闸门的水压力,单个轮压小,使得门槽内敷设的轨道断面小、重量轻。滚轮支承的闸门，根据闸门特征及梁格布置设有悬臂（外伸）轮、简支轮和台车式轮组（图2）。装设在闸门门叶主体上密封孔口的止水装置一般均为特殊制造的可压缩耐磨橡胶制品，就其布置部位分为顶止水、侧止水和底缘止水。各止水的接头部位衔接处均在现场配装时进行热胶合处理，以保证周围止水的效果。平面闸门的吊耳一般均设在闸门门叶主体结构上端的顶横梁上，根据结构尺寸大小和形式可直接焊固在顶梁上或单独制造，然后在现场焊固。埋设构件：由门叶的支承轨道、止水密封（座垫）、移动导向垫板和护角组成。门槽的体型分为：矩形方角门槽，一般适用于低流速；矩形错距斜坡门槽，适用于中流速；特形门槽，适用于高速水流。门槽形状由模型试验确定,以使在门槽部位不产生空蚀或磨蚀（图3）。潜孔式闸门顶止水座板部位一般称门楣。根据闸门的工作性质在门楣以上设有一定高度的钢板胸墙，它是埋设结构的重要组成部分，其他如主轨、反向轨、底坎等都是埋设件。启闭设备：闸门门叶运移(开或关)的操作机械。根据平面闸门的操作特点及孔口尺寸，分为：①操作设备直接与闸门门叶连接并固定在门槽（埋设件）上，形成一个整体（如闸阀、截门）；②启闭机固定或移动于建筑物上，远离闸门门叶，通过吊具与门叶连接（见闸门启闭机）。启闭设备据以选型的主要参数是启闭力和升降扬程。当平面闸门门叶自重不能克服下门阻力顺利关闭时，可采用加重块，借助水柱压力或直接由启闭设备加压迫使关闭。现状：平面闸门布置紧凑，制造较易，使用安全可靠,维修方便,广泛用于各类水工建筑物及其他场合。至今，在世界各国的工程设施上平面闸门的采用数量仍居首位。中国水利工程使用最早最多的闸门是平面闸门，目前焊接钢闸门已普遍采用，从其设计、制造、安装及运用等诸方面均已达到世界先进水平（见表）。 （3）闸墩作用：闸墩用于分隔闸孔；承受和传递水压力；支承闸墩上部结构重量。闸墩高度和长度：应满足闸门、工作桥、交通桥、启闭设备的布置和运行要求。闸墩厚度：应满足强度、稳定条件。（4）边墩和导墙边墩：用于分隔溢流坝段，非溢流坝段。导墙：是边墩向下游的延续，用于分隔下泄水流与坝后电站的出水水流。导墙应高出掺气后的溢流水面1.0～1.5m。 （5）工作桥、交通桥、启闭设备工作桥：用于管理人员进行闸门操作和维护等。交通桥：用于沟通河流两岸的交通。启闭设备：用于起闭工作闸门和检修闸门。工作闸门检修闸门（平面闸门） （二）坝体分缝目的：a、满足施工要求（如混凝土浇筑能力及施工期温度控制等）；b、防止温度应力产生裂缝；c、防止不均匀沉降产生裂缝。坝体分缝类型：按作用：温度缝（又称伸缩缝）、沉陷缝和施工缝。按使用期限：永久缝和临时缝。按走向：横缝（垂直于坝轴线设置）和纵缝（沿坝轴线布置）☞温度缝和沉陷缝多为永久缝，施工缝多为临时缝。 附录：温度裂缝的控制与防止1°注意浇筑块的温度、湿度控制减少砼水化热温升是降低温度应力防止裂缝的重要方法，包括：①减少水泥用量，如分区采用不同标号砼、埋块石、在水泥中加掺合剂②降低砼的入仓温度，如预冷骨料，加冰拌和。③采取措施散发热量，包括人工冷却和天然散热2°提高砼的浇筑质量和抗裂性能①高坝靠近地基部位28天龄期砼不低于C15-C20，坝内90天龄期不低于C10②中低坝，上述标号可适当降低，但不低于90天龄期C10③提高砼浇筑质量，合格率不低于80％，离差系数应尽量小于0.153°分缝(横缝和纵缝) 1．横缝：垂直于坝轴线设置，相隔12～20m，在特殊情况下也有达24m左右的。横缝间距主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置（如有时需顾及溢流孔口尺寸和厂房机组间距）和浇筑能力等。横缝主要用于减少坝体的纵向约束，以适应运用期地基的不均沉降及温度变化。横缝有永久性的和临时性的两种。 永久缝横缝构造特点缝面为平面，缝宽1-2cm；缝内设止水：止水材料可用金属片(如紫铜片)、橡胶、塑料和沥青等；为适应缝的变形，缝中需要填充沥青油毡、沥青麻片或其它柔性填料。当止水失效时，混凝土塞可起临时止水作用。 铜止水片（W型断面） 规范要求：☞高坝横缝的两道止水片：应采用厚1.0mm～1.6mm的止水铜片，其中第一道止水片离上游面约0.5～2.0m。☞中坝的第一道止水片：应为铜片。☞铜止水片宜加工成“｝”形，每一侧埋入混凝土内的长度不小于20cm～25cm。 ☞横缝止水片必须与坝基妥善连接。止水片埋入基岩内的深度可为30～50cm，必要时止水槽混凝土与基岩之间用锚筋连接。 临时性横缝构造特点---常设置键槽和灌浆系统，横缝键槽采用梯形。☞临时性横缝键槽的方向:可竖向布置（为了增加缝面水平向抗剪能力时）也可水平向布置（为了增加铅直向抗剪能力时）。 临时性横缝常在下述情况下设置：对狭窄河谷，经过比较，做成整体式重力坝，可适当发挥两侧山体的支撑作用，确实比较经济时；为保证岸坡坝段的稳定，需将各坝段或靠近岸坡的坝段联成整体时；座落在软弱破碎带上的各坝段，需联成整体增加坝体刚度时。 2、纵缝：沿坝轴线布置，属于临时缝；待坝体温度降到稳定温度后，进行接缝灌浆。纵缝的作用：主要是适应混凝土的浇筑能力，满足散热要求。 纵缝型式：有垂直纵缝：最常用的一种，间距15-30m；为更好地传力，需在缝面上设三角形键槽，槽的短边和长边分别大致与第一和第二主应力方向正交，以使缝面主要受正应力，剪应力较小，减小缝面的错动。 为了灌浆需要，应预埋灌浆管、出浆盒、排气管等灌浆系统。 错缝：将缝错开，不作灌浆处理。浇筑块的高度，在基岩附近为1.5～2.0m，在坝体上部一般不大于3～4m。错缝间距为10～15m。可在低坝上使用。斜缝：大致沿主应力轨迹方向布置，缝面的剪应力很小，可以不必灌浆。斜缝不应直通上游面，为防止斜缝在终止处沿缝顶向上贯穿,需采取并缝措施，如布设骑缝钢筋，设并缝廊道等。斜缝施工复杂，较少采用。（如新安江坝）通仓浇筑：可以简化施工程序，加快施工进度，坝的整体性也较好。但需要的浇筑能力大，温度应力也较大。 3、水平施工缝水平施工缝：是指下、上层浇筑块之间的新老混凝土的结合面。下、上层浇筑块之间的间歇时间一般为3～7天（一般浇筑块的厚度约为1.5～4.0m，施工时按30～60cm的浇捣层连续浇筑）。水平施工缝缝面的处理：是先在老混凝土面凿毛、冲洗；在已清理的干燥表面上敷一层2～3cm的富水泥砂浆，用钢丝刷抹后，立即浇上层混凝土；上层混凝土需防止振捣过度，造成水泥砂浆泌出。 （三）坝体排水作用：减少渗水对坝体的危害。布置：①沿坝轴线方向：一般每隔2～3m的间距布置一根排水管。②坝体排水离上游坝面距离：一般为（1/10～1/20）坝前水深，以防止渗水溶滤破坏作用。排水线路：渗入坝体→排水管→廊道、集水井→下游（自流或用抽水机）。排水管材料：常用预制多孔混凝土管，管内为圆形，直径为15cm～20cm，管外为六边形，管壁厚10cm。分1m一节进行预制。 （四）坝内廊道系统作用：主要用于基础灌浆、排水、观测、检查、坝内交通等。 1、基础灌浆廊道作用：主要用于防渗帷幕及地基排水孔的施工。尺寸：城门洞型2.5m×3.5m，满足灌浆要求；距上游坝面：应满足混凝土渗透坡降要求，一般（1/10～1/20）坝前水深。距坝基面：满足帷幕灌浆时盖重的要求，在基岩面以上应有1.5倍廊道宽度的距离，一般取4～5m。帷幕灌浆常在坝体浇筑到一定高程后开始进行，以便利用混凝土的压重来提高灌浆压力，保证灌浆质量，并加强坝基接触面上的抗渗和抗剪能力。 2、检查排水廊道和其它廊道沿高程：每隔15～20m设一层。离上游坝面的距离：与基础灌浆廊道一样，通常可取为0.05～0.1倍坝前水深，且不应小于3.0m。尺寸：满足交通检查等要求，上圆下方，尺寸＞1.2m×2.2m。坝体排水与廊道的连接型式：1型：坝体排水在廊道顶部滴水，廊道壁面经常被排水浸湿。应用较多。2型：在坝体排水处设置铸铁管连接，接头施工较复杂。3型：坝体排水与廊道之间采用1m水平连接管，连接管容易被砂浆或杂物堵塞，无法疏通。 3、电梯井、交通井根据交通运输需要，常设置垂直方向的井道，如电梯井及某些观测检查竖井。设有冷却系统的坝体内，有时设有冷却井。电梯井、交通井等常用方形断面。冷却竖井多采用圆形或半圆形断面。 第八节重力坝的地基处理重力坝对建坝地基的要求强度：即具有一定的承载能力，不发生显著的变形。抗渗性：不发生管涌等渗透破坏。（管涌是坝基中的细土壤颗粒被渗流带走而逐渐形成渗流通道的现象）。天然地基经过长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷以及断层、软弱夹层等结构面。重力坝的地基处理的任务就是要提高地基的强度、稳定性和抗渗能力。 一、坝基的开挖和清理坝基的开挖，即挖出覆盖层及风化破碎的岩石。开挖深度：应根据大坝的工程等级、坝高和基岩条件确定：坝高超过100m：应挖到新鲜、微风化或弱风化下部的基岩；坝高100m～50m：宜挖到微风化至弱风化中部的基岩；坝高小于50m：宜挖到弱风化中部至上部的基岩。☞两岸地形较高的坝段：其开挖基岩的标准可比河床部位适当放宽，也可采用其它措施如固结灌浆等以补其不足。 ☞岸坡坝段的开挖：台阶开挖。☞需接触灌浆 二、坝基的固结灌浆固结灌浆是在坝基的较大范围内钻孔，进行浅层低压灌浆，用于整体加固地基。目的：提高基岩的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形；提高基岩的抗压抗剪强度；降低坝基的渗透性，减少渗漏量。 设计内容：确定灌浆范围：①应力较大的上下游部位②局部节理裂隙发育和破碎带及其附近的范围。（固结灌浆的范围主要在为坝趾及坝踵处。）灌浆孔的深度：5～8m。灌浆孔的间距：3～4m。排列型式：梅花形或井字形。 三、帷幕灌浆帷幕灌浆：是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。目的：减少坝底渗透压力；降低坝底渗流坡降，防止坝基发生机械或化学管涌；减少渗流量。 （1）帷幕的深度帷幕深度的确定原则：防渗帷幕的深度，应根据基岩的透水性、坝体承受的水头和降低坝基渗透压力的要求来确定。帷幕应伸入相对不透水层3～5m。☞相对不透水层由单位吸水率鉴别。（w：单位吸水率，1m长的钻孔在0.1Mpa压力作用下，1分钟内的吸水量，单位：公升/分米），高坝：w<0.01，中坝：w:0.01～0.03，低坝：w:0.03～0.05。当相对不透水层较深时，采用悬挂式帷幕，其深度取（0.3～0.7）坝高。 （2）帷幕的厚度灌浆帷幕的厚度要能保持帷幕的渗透稳定。☞防渗帷幕厚度的确定原则：防渗帷幕的厚度，应能保证防渗帷幕的渗透稳定。帷幕的厚度：与灌浆孔排数有关。一排灌浆孔：l4=(0.7～0.8)c，c为孔距，1.5m—4m。n排灌浆孔：l4=(n～1)c1+c′，c′＝(0.6～0.7)c，c1——排距。 （3）灌浆材料：有水泥浆和化学灌浆等。（4）灌浆次序为：浇混凝土坝块压重——固结灌浆——帷幕灌浆。（5）钻孔方向：一般为垂直向下，或取10°的倾角，以穿过更多的裂隙。 （6）帷幕伸入两岸坝头的范围：为了防止坝肩发生绕坝渗漏，帷幕应伸入两岸坝肩基岩的一定范围内。当不透水层或相对不透水层（即符合ω要求的隔水层）距地面不远时，帷幕可伸入岸坡与不透水层或相对隔水层相衔接。当帷幕深入岸坡很长才能与不透水层相衔接时（图6-52右岸），可以伸到原来地下水位线与最高库水位的交点B，钻孔深度应钻到不透水层或相对隔水层。 四、坝基排水目的：是进一步降低坝底渗透压力。(通过打排水孔和设置基础排水廊道)。坝基排水系统一般包括：排水孔幕和基面排水。坝基排水孔设计：坝基排水：是通过在灌浆廊道下游侧沿坝轴线方向钻设排水孔，形成一排排水幕。排水孔幕一般略向下游倾斜，与帷幕成10°～15°交角；排水孔孔距：一般为2m～3m；排水孔孔径一般为15cm～20cm；排水孔孔深：一般为帷幕深度的0.4～0.6倍。排水孔在坝内的部分，要预埋钢管。通过坝内的预埋钢管，将渗水引至廊道边排水沟内、汇入集水井、由横向排水管自流或水泵抽排至下游。抽排降压设施的辅助排水孔幕是在主排水孔幕下游侧设置2～3排辅助排水孔幕。 五、断层破碎带和溶洞的处理1．断层破碎带的处理断层特点：断层中经常是岩块极度破碎，风化强烈，并往往含有断层泥。断层两侧也常有岩块较为破碎的影响区。处在坝基范围内的断层破碎带可能产生的不利影响：地基产生不均匀沉降：由于其强度低，弹性模量小，可能使坝基产生不均匀沉降，引起坝体开裂；地基不稳定：如深层不稳定问题；增大坝底渗透压力：断层破碎带如连通水库，会使坝底渗透压力加大；集中渗漏、管涌：在高压水的作用下，破碎带内物质可能产生机械或化学管涌，淘刷坝基，进而危及大坝安全。 处理方法（1）对于帷幕部位的断层部分☞常用的处理方法有：钻孔灌浆（水泥灌浆或化学灌浆）；设置混凝土防渗墙（采用大口径钻机钻孔套打，内填混凝土形成连续的防渗墙（图6-55））；沿较大的断层、破碎带或软弱夹层设置混凝土防渗塞，与帷幕灌浆形成整体（图6-56）。 （2）对于非帷幕部位的断层部分a、当断层破碎带倾角较大时：☞处理方法：开挖回填混凝土措施，即将破碎带中的破碎物挖掉一部分，再回填混凝土，以改善坝体在跨越破碎带处所引起的不利的应力状态。如混凝土塞或混凝土拱。 b、当断层破碎带倾角较缓时：（坝基存在深层不稳定问题）☞处理方法：全部挖出：断层埋深较浅，应全部挖出；混凝土洞塞：断层埋藏较深，沿破碎带挖若干个斜井和平洞，然后回填混凝土，形成由混凝土斜塞和水平塞所组成的框形支承系统。 采用抗滑桩：如有两层或两层以上缓倾角软弱夹层时，可采用抗滑桩（图6-59），以提高大坝的抗滑稳定性。 2、岩溶处理影响：在岩溶地区，可溶性岩层长期受溶蚀作用后所产生的溶洞、漏斗、溶槽、暗河等地质缺陷，不仅形成漏水的通道，而且削弱了基岩的承载能力。在岩溶地区建坝以前，必须查清岩溶在当地的分布规律、范围和充填物的性质及充填程度。处理措施：主要是开挖、回填和灌浆等办法的配合应用。在我国乌江渡工程的施工中曾成功地进行了大量的岩溶处理工作。 乌江渡水电站简介乌江渡水电站是乌江干流上第一座大型水电站，是我国在岩溶典型发育区修建的一座大型水电站。1970年4月开始兴建，整个电站工程于1982年12月4日全部建成，历时12年半。总装机容量：63万千瓦。主坝坝型：混凝土拱形重力坝。最大坝高：165米（为当时我国已建成水电站的第一高坝）。主要泄洪方式：坝顶溢流、隧洞泄洪。坝型结构特点：坝体在700米高程以下为整体结构，横缝灌浆；700米高成以上为悬臂梁结构，横缝不灌浆。 乌江渡水电站 第九节碾压混凝土重力坝碾压混凝土（rollercompactedconcrete）定义1：一种高比例掺加粉煤灰并以碾压密实的干硬性混凝土。定义2：用振动碾压实、分层铺筑的超干硬性拌和物的混凝土。☞碾压混凝土是一种干硬性贫水泥的混凝土，使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，采用与土石坝施工相同的运输及铺筑设备，用振动碾分层压实。碾压混凝土坝既具有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点，又具有土石坝施工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点。 ☞世界上最早的碾压混凝土坝是1980年建成的高89m的日本岛地川坝。☞我国第一座碾压混凝土挡水坝——福建省大田县坑口水库主坝，于1985年11月碾压，1986年6月建成。该坝最大坝高56.8m。 分类碾压混凝土坝大体分为两类：（1）一类以日本“金包银”模式为代表的RCD，采用中心部分为碾压混凝土填筑，外部用常态混凝土(一般为2至3米厚)防渗和保护。（2）另一类为全碾压混凝土坝，称为RCC，其结构简单，施工机械化强度高。RCC技术在我国已大力发展，现已建成的普定碾压混凝土拱坝再一次证实我国碾压混凝土筑坝技术已达到国际水平。 碾压混凝土重力坝与常规混凝土重力坝的根本区别：在于筑坝材料和施工方法的不同，坝体剖面型式则基本相同。 工程实例：龙滩碾压混凝土重力坝防渗排水结构研究根据龙滩碾压混凝土重力坝体型设计的特点，对防渗排水结构设计提出如下要求：（1）高坝承受的水推力很大，必须设置专门的防渗和排水结构来减少坝体层面上的扬压力，以增加坝体稳定性；防渗结构须能承受较大的水力梯度。（2）上游防渗面积大，水头高，维修条件差，因此要求防渗结构具有很好的可靠性和耐久性，以确保长期运行中，坝体内扬压力低于设计值。（3）防渗排水结构应力求简单，其施工应不致妨碍碾压混凝土坝体的上升速度。 防渗结构（1）在95年以前重点研究过的4种方案是：(3～5)m厚常态混凝土防渗面板；预制混凝土板内贴PVC膜；1m厚现浇钢筋混凝土面板；表面布筋的二级配碾压混凝土。通过对这4种防渗结构方案的防渗效果及可靠性、耐久性、施工进度和造价4个主要因素的综合比较分析，推荐采用现浇钢筋混凝土面板与二级配碾压混凝土组合防渗方案。（2）近几年，根据国内碾压混凝土技术水平实践及发展，又对变态混凝土与二级配碾压混凝土组合防渗方案进行了深入的研究。 坝体排水系统坝体排水系统紧接防渗体，包括排水廊道，竖向排水管和水平排水管等。较为有特色的排水设施有两点，一是在每层廊道的位置，沿面板与坝体碾压混凝土结合面布置一纵向水平砾石排水槽，通过水平排水管连接排水廊道，从而保证面板渗漏水能够尽早排走；另一点是，坝体下部碾压混凝土层面(高程230m以下)，用3～4排竖向排水管与底部排水廊道贯通，从而达到层面强迫降压效果。 龙滩大坝碾压混凝土施工 附：我国碾压混凝土筑坝技术碾压混凝土筑坝技术在我够起步于20世纪80年代初，1980年首先在龚嘴、沙溪口电站的临时建筑物中试验。1986年5月，福建坑口水电站建成我国第一座碾压混凝土重力坝，坝高56.8米。此后，一大批碾压混凝土坝相继建成，坝越建越高，规模也越来越大。已建龙滩大坝（重力坝），最大坝高216.5米，碾压混凝土方量属世界之最。进入90年代，碾压混凝土筑坝技术不但在重力坝，而且在拱坝上也得到很好的研究，应用和发展。1994年，我国建成当时世界上最高的贵州普定水电站重力拱坝，坝高75米，开创了我国混凝土拱坝技术的先河。同期建成的河北温泉堡单曲拱坝，坝高48米，与普定一起成为南北两地碾压混凝土拱坝的代表。随后，我国又相继建成一批100米以内和100米以上的碾压混凝土拱坝，如坝高132米的四川沙牌单曲拱坝、坝高80米的甘肃龙首双曲薄拱坝等。 三峡三期碾压混凝土围堰 湖北长阳招徕河水电工程（碾压混凝土拱坝） 第十一节软基上的重力坝当坝高不大而覆盖层又较深时，也可考虑在覆盖层上修建重力坝。这种重力坝的设计原则和岩基上的高坝有些差异，其性质接近于软基上的水闸工程，可以参考该部分的内容和有关的资料。 第十二节支墩坝定义：支墩坝是由一系列支墩和挡水构件组成的坝。传力过程：挡水构件承受水压力等荷载，经支墩将荷载传给地基。分类：按挡水构件的型式不同，可分为以下几类：（1）大头坝：把支墩的上游端向两侧扩大，成为挡水的大头结构。（2）平板坝：挡水构件采用钢筋混凝土平面板，支承在支墩上。（3）连拱坝：挡水构件采用钢筋混凝土连续拱面板，支承在支墩上。 重力坝的布置重力坝通常由溢流坝段、非溢流坝段和两者之间的连接边墩、导墙以及坝顶建筑物等组成。图6-4所示为一座典型重力坝的总体布置平面图和坝段横剖面图。它包括左、右岸非溢流的挡水坝段和河床中部的溢流坝段。左岸挡水坝段还布置了坝后式水电站及坝内输水管道。 重力坝总体布置：应根据地形地质条件，结合枢纽其他建筑物综合考虑。坝轴线一般布置成直线，必要时也可布置成折线或稍带拱形的曲线。后者称为拱形重力坝。总体布置还应注意各坝段外形的协调一致，尤其上游坝面要保持齐平。但若地形地质及运用条件有明显差别时，也可按照不同情况，分别采用不同的下游坝坡，使各坝段达到既安全又经济的目的。在河谷较窄而洪水流量较大，且拦河坝前缘宽度不足以并列布置溢流坝段和厂房坝段时，常可采用重迭布置方式，例如在泄洪坝段上同时设置溢流表孔及泄水中孔；将电站厂房设在溢流坝内（图1-4），或采用坝后厂房顶溢流的布置方式。 重力坝的设计内容（1）剖面设计（非溢流重力坝）参照已建工程经验，初步拟定剖面尺寸。（2）稳定计算验算坝体沿建基面或地基中软弱结构面的稳定安全度。（3）应力计算使应力条件满足设计规范要求，保证大坝和坝基有足够的强度。（4）溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计包括泄水建筑物体型、溢流堰顶高程、溢流重力坝前沿的宽度和泄水孔进口的高程、泄水孔口的尺寸，以及泄水重力坝的应力稳定计算。（5）电站坝段及其它建筑物设计（6）构造设计根据施工和运行要求，确定坝体的细部构造，如分缝、廊道系统、排水系统、止水系统等。（7）地基处理根据地质条件，进行地基的防渗、排水设计；进行断层等地质结构面的处理。（8）监测设计包括坝体内部和外部的观测设计。'