《混凝土重力坝筑坝材料的分区设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土重力坝筑坝材料的分区设计.docx（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、混凝土重力坝筑坝材料的分区设计作者：李剑波 指导老师：凤炜摘要：重力坝除要求材料有足够的强度外，还应依据大坝工作条件、地区气候等详细状况，分别满意耐久性（包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀）和低热性等。依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，以节约和合理运用水泥。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反抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。由于混凝土所运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，是环境污染严峻、生态破坏
2、较大的行业之一；水泥的大量运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运用；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缘由。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状况下，削减水泥用量、降低工程投资、削减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，还应依据大坝工作条件、地区气候等详细状况，分别满意耐久性（包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀）和低热性等。依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
3、混凝土，以节约和合理运用水泥。一般可分为5个区，见图-1：图-1坝体混凝土分区图区：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，但因常和大气接触，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耀时间的的长短有阴面和阳面之分而不同，依据现行DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范（）要求：混凝土的阳面部位，寒冷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；温柔地区抗冻等级不低于F5
4、0。混凝土的阴面部位，寒冷地区抗冻等级不低于F200；寒冷地区抗冻等级不低于150；温柔地区抗冻等级不低于F50。耐久性方面，依据现行SL319-2005 混凝土重力坝设计规范（8.5.6）要求：寒冷和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.55，温柔地区混凝土最大水灰比不得大于0.60。 区：上、下游水位改变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、下游水位改变区的坝体表层混凝土，受水位改变的影响较多，在寒冷地区的冬季，冰冻对混凝土造成的破坏特别严峻，所以对该区混凝土的抗冻性有严格的要求。依据现行DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范（）
5、要求，寒冷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；温柔地区抗冻等级不低于F50。依据现行SL319-2005 混凝土重力坝设计规范（8.5.6）要求：寒冷和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.45，温柔地区混凝土最大水灰比不得大于0.50，在环境水有侵蚀性状况下，应选择抗侵蚀性能较好的水泥，水下混凝土的水灰比可削减 0.05。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
6、，受水压力的作用，会产生大量的渗流，对坝体的平安稳定运行造成不利的影响。依据现行DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范（）要求，大坝混凝土挡水面的抗渗等级应符合下列要求：H150，混凝土抗渗等级不得低于W10；当结构表层设有特地牢靠的防渗层时混凝土抗渗等级可适当降低，当处于寒冷 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。依据现行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。依据现行SL319-2005 混凝土重力坝设计
7、规范（8.5.6）要求：寒冷和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.50，温柔地区混凝土最大水灰比不得大于0.55，在环境水有侵蚀性状况下，应选择抗侵蚀性能较好的水泥，水下混凝土的水灰比可削减 0.05。对于碾压混凝土重力坝会综合考虑区、区的材料分区要求，上游坝面的分区应和防渗层结构相结合考虑。当上游防渗层采纳常态混凝土防渗层、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意坝体防渗要求（防渗层宜优先采纳二级配碾压混凝土，其抗渗等级的最小允许值为：H30m时，W4；H=30m70m时，W6；H=70m150m时，W8；H150m时，应进行特地试验论证；二级配碾
8、压混凝土防渗层的有效厚度， 宜为坝面水头的 1/301/15，但最小厚度应满意施工要求。 二级配碾压混凝土防渗层上游表面采纳变态混凝土时，变态混凝土的厚度宜为30cm50cm，最大厚度不宜大于 100cm）2。当采纳沥青材料、合成橡胶、聚氯乙烯防渗层时，其厚度应依据抗渗性、耐久性、变形特性及和混凝土面的结合状况，由试验及已有阅历确定5。下游坝面应依据溢流和水位变幅状况，按防渗、防冲、防蚀、防冻等要求设置爱护层。有抗侵蚀性要求时，水泥中 C3A 含量宜低于5%，水胶比宜小于 0.45，并应进行试验论证。区：和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
9、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实力，作为大体积混凝土的一部分亦不行忽视混凝土的低热性。依据现行SL319-2005 混凝土重力坝设计规范（），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 R90100；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特地的试验探讨，但不得低于W4；依据大坝混凝土耐久性要求（8.5.6），寒冷和寒冷地区混凝土最大水灰比不得大于0.50，温柔地区混凝土最大水灰
10、比不得大于0.55。在碾压混凝土重力坝中，坝体基础混凝土，应采纳常态混凝土，其厚度可依据基础开挖起伏差、温度限制及基础灌浆要求确定。近年来建立的碾压混凝土坝，其基础垫层在河床部位采纳常态混凝土，在岸坡部位则常采纳变态混凝土，如江垭、棉花滩、大朝山等工程。由于在岸坡部位采纳变态混凝土基础垫层，施工较便利，其初凝时间易和坝体碾压混凝土协调，且易使变态混凝土区域和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意碾压作业的前提下不宜太厚，这对大坝温度限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。区：坝体内部混凝土；区混凝土体
11、积浩大，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确定大坝的整体性和寿命，缘由就在于水泥水化发热。在早期人们并没有相识到这一点，也没有采纳特地的措施，结果在坝体中出现了严峻的裂缝，破坏了结构的整体性，影响了其寿命、平安和正常运用。经探讨证明，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，再渐渐冷却收缩，相应地产生了体积改变及温度应力，在条件不利时便会导致开裂。为了解决这一难题，人们在实践中渐渐总结了一些措施：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，采纳低水化热的大坝专用水泥，采纳合适的外加剂（如减水剂）和掺合料，尽量削减单位水泥
12、用量，目前很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）（）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年头由于生产力落后，在以人力为主施工的工程中，曾采纳埋设块石，削减混凝土用量，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，该项措施渐渐被三、四级配混凝土替代。还有的部门在探讨采纳低热微膨胀水泥浇筑大坝，利用水泥的稍微膨胀性来消退温度拉应力3。依据现行规范SL319-2005 混凝土重力
13、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；依据混凝土耐久性要求，寒冷和寒冷地区混凝土的水灰比不宜大于0.65，温柔地区不宜大于0.65。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；区泄水建筑物的高速水流区，应留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.反弧段及其旁边；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、限制表面的平整度、掺气减
14、蚀等措施起到了肯定作用，在建立时采纳合适的材料，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，可以提高抗磨实力，同时也提高抗空蚀实力。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，采纳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，要留意表面开裂3。依据现行规范SL319-2005 混凝土重力坝设计规范（）要求，高速水流区的混凝土应采纳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，过流表面的混凝土标号不应低于 R28250。；当采纳耐磨材料（如高分子材料、铸石或钢材等）衬护时，应和混凝土牢靠
15、结合。在寒冷和寒冷地区混凝土的水灰比不宜大于0.45，温柔地区水灰比也不宜大于0.45。区混凝土在抗冻方面也要有相应的要求，依据DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范(4.4.6)要求，寒冷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；温柔地区抗冻等级不低于F100。选定各区混凝土等级时，等级的类别应尽量少，以便于施工。同一浇筑快中混凝土强度等级不宜超过两种，以免由于性能差别太大而引起应力集中或产生裂缝。为了便利施工，分区厚度一般不小于23m；对碾压混凝土而言坝体碾压混凝土的分区宽度，应依据坝体受力状态、构造
16、要求和施工条件确定。总结随着对混凝土重力坝的相识的不断加深,“更好更快更省”的筑坝要求成为工程界的发展方向。通过对大坝的分区设计，可以达到降低大坝的工程投资，充分运用混凝土的材料性能等目的，但是我们也应看到对筑坝材料的分区，会影响到施工机械的配套，施工进度的支配，坝体温度限制等，所以做好混凝土重力坝筑坝材料的分区设计具有很重要的意义。做好大坝的分区设计,在分区设计中不断创新,采纳新思路、新技术，是大坝设计的深化方向，也是混凝土重力坝从新换发朝气，不断发展的重要动力。参考文献：1 SL 319-2005 混凝土重力坝设计规范S.2 SL 314-2004 碾压混凝土坝设计规范S.3 潘家铮.重力
17、坝设计M.北京：水利电力出版社，1987.4 张严明，王圣培，潘罗生.中国碾压混凝土坝20年-从坑口到龙潭坝的跨越（综述设 计施工科研运行）M.北京：中国水利水电出版社，2006.5 孙恭尧，王三一，冯树荣.高碾压混凝土重力坝M.北京：中国电力出版社，2003.6 陈德亮.水工建筑物M.北京：中国水利水电出版社，2008.7 DL-T 5057-1999 水工混凝土结构设计规范S.8 SL-T 191-96 水工混凝土结构设计规范S.9 美国垦务局著，长江流域规划办公室译.重力坝设计M.水利出版社，1981.10 华东水利学院水工设计手册（第五卷：混凝土坝）M北京：水利电力出版社，1984. 新疆农业高校专业文献综述题 目:混凝土重力坝筑坝材料的分区设计姓 名:李剑波学 院:水利和土木工程学院专 业:水利水电工程专业班 级:水工班学 号:指导老师:凤炜 职称: 副教授2011年 3 月 4 日5 / 5