DL-T 5207-2005; 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范.pdf

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1、I CS 2 7 . 1 4 0P 5 9 备案号:J 41 7 -2 0 0 5OL中 华 人 民 共 和 国 电 力 行 业 标 准P DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范T e c h n ic a l s p e c if i c a t i o n f o r a b r a s i o n a n d c a v i t a t i o nr e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i n h y d r a u l i c s t r u c t u r e s2 0 0 5 - 0 2 - 1 4

2、发布2 0 0 5 - 0 6 - 0 1实A中 华人 民共和 国 国家发 展和 改革 委 员会发布D L / T 5 2 0 7 - 2 0 0 5目次前言 . 1 1 1 范围， . . . . . . . 一 1 2规范 性 引 用 文 件 . . 一2 3 术语和定义 一 价 ， . 一 34 总则 . . . . . . . 4 5水力 学 和 水 工 设 计 . ， ， ， ， ， 一 56 材料 . . . . . . . 9 7 施工 . . . . . . . . . . 一 1 2 8 维护与修补 巧 9 质量控制与验收 . . 一 1 8 附录A( 规范性附 录) 抗冲磨

3、试验方法. . . . . . . . . 一 2 1 附录B( 资 料性附录) 泄水结构初生空化数v估算值 . . . . . 2 5 附录C( 规范性附录) 抗空 蚀试验方法、 、 、 、 、 一3 1附录 D ( 规范性附录)水工混凝土铁矿石骨料品质要求 3 4 附录E ( 规范性附录)水工混凝土铸石骨料品质要求 . . 一 3 5条文说 明. . ， . . . . . . . . . 3 7DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5月9吕本标准是根据原国家经济贸易委员会 关于下达 2 0 0 1 年度电 力行业标准制、修订计划的通知 ( 电力 【 2 0 0 1 4 4号文)的安

4、排制定的。水利水电工程中的泄水建筑物是涉及工程安全的重要建筑 物。我国已建工程的泄水建筑物运行状况总体上是安全的，泄水建筑物混凝上受高速水流冲磨、空蚀等破坏现象常有发生，不仅 直接或间接影响工程的安全正常运行，而且维护修补费用巨大。在总结我国几十年来对泄水建筑物抗冲磨防空蚀技术方面己取得 的经验，参考国外有关标准和文献，进行必要补充试验的基础上制定本标准。本标准的附录 A、附录 C 、附录 D、附录E都是规范性附录， 附录 B是资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出口本标准由电力行业水电施工标准化技术委员会归口并负责解释 。本标准主要起草单位:南京水利科学研究院。本标准参加起草单位:中国水

5、电工程顾问集团公司贵阳勘测 设计研究院本标准主要起草人:林宝玉、郑治、蔡跃波、汪毅、卢红、 李亚杰、张远曙。DL / T 5 2 0 7一2 0 0 5范围本标准规定了水工建筑物抗冲磨防空蚀 ( 以下简称抗磨蚀) 混凝土工程的设计、施工、维修和运行的原则。本标准适用于水流流速小于4 0 m / s 的大、中型水利水电工程 1 ,2 ,3 级泄水建筑物的设计和施工， 4 , 5 级泄水建筑物的设计 和施工可参照执行。对于流速大于等于 4 0 m/ s 的泄水建筑物的抗磨蚀问题，应做专门研究。DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 52 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标

6、准的条款。 凡是注日 期的 引用文件， 其随后所有的修改单 ( 不 包括勘误的内 容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据 本标准达成协 议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的弓 【 用文件，其最新版本适用于本标准G B / T 1 8 7 3 6 高强高性能混凝上用矿物外加剂G B 5 0 2 0 4混凝土结构工程施工质量验收规范D UT 5 0 3 9水利水电工程钢闸门设计规范D U T 5 1 0 8混凝上重力坝设计规范D UT 5 1 1 0水电水利工程模板施工规范D UT 5 1 4 4水工混凝土施工规范D U T 5 1 5 0水工混 凝土试验规程D UT 5

7、 1 5 1 水工混凝土砂石骨料试验规程D L / T 5 1 6 6溢洪道设计规范D UI 5 1 9 5水工隧洞设计规范J G J 5 3普通混 凝土用碎石或 卵石质量标准和检验方法J T J 0 5 8公路工程集料试验规程J G / T 3 0 6 4钢纤维混凝土S L 2 3 0混凝土坝养护修理规程DL / T 5 2 0 7一2 0 0 53 术 语 和 定 义3 . 0 . 1空化c a v it a t i o n水流中 局部压力降低到 水汽化压力时， 形成水蒸 气气泡的现象。3 . 0 . 2空蚀c a v i t a t i o n e r o s i o n水流空化气泡溃灭

8、时的瞬时压力对过流边界表面的剥蚀。3 . 0 . 3水流空化数 fl o w i n g c a v i t a ti o n n u m b e r流体内发生空化条件的无量纲参数，以压力水头与流速水头 之比表示。3 . 0 . 4初生空化数i n i ti a t i v e c a v i t a ti o n i n d e x流体中开始出现空化时的临界水流空化数。3 . 0 . 5推移质b e d l o a d在河床表面附近以 滑动、滚动、 跳跃或层移方式运动的 粒径大于5 m m的块石泥沙。 3 . 0 . 6悬移质 s u s p e n d e d l o a d悬浮在水流中随

9、水流运动，粒径小于等于5 m m的泥沙。3 . 0 . 7含沙量s e d i m e n t c o n c e n t r a t i o n单位流动水体中所含的悬移质泥沙质量。3 . 0 . 8掺气a e r a t io n在水流空化区掺入空气。DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 54 总则4 . 0 . 1 为了在泄水建筑物的设计和施工中做到安全适用、经济合 理、技术先进，制定本标准。4 . 0 . 2 大型工程和水力条件复杂的中型工程泄水建筑物，应进行 水工模型试验，验证其布置和水力设计的合理性，选定合适的体形和运行方式。 4 . 0 . 3 水工抗磨 蚀混凝土的设计与施工

10、采用新技术、 新工艺、 新材料和新设备时，应经过充分论证并建立完善的质量保证体系。 4 . 0 . 4 水工抗磨蚀混凝土的设计、试验、施工、运行过程中，应 经常进行技术分析和总结，提高技术水平。DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 55 水力学和水工设计5 . 1 一般规定5 . 1 . 1 泄水建筑物布置应符合DL I T 5 1 0 8 . DL r r 5 1 6 6 . D L I T 5 1 9 5的有关规定，使其体形合理，流态平稳。 5 . 1 . 2 泄水建筑物泄槽 ( 或洞身、孔身) 段宜采用直线。 如必须 设置弯道段，应设在流速较小、水流平稳、缓坡的部位。平面布置弯道应

11、采用大半径、小转角的弯道，弯道前后应设直线段，其 直线段长度及转弯半径宜大于5 倍泄槽宽度 ( 洞径、 洞宽) 。 纵剖 面曲线应连续、平顺，当水流流速大于 2 5 m/ s 时，应通过水工模 型试验，使体形简单合理，水流平稳，时均压力大，避免发生空 蚀。5 . 1 . 3 平面闸门门槽形式应按照D L ( 1 5 0 3 9 选用。 5 . 1 . 4 1 . 2级泄水建筑物或流速大于 2 5 m / s 时的泄水建筑物， 其 体形、 结构 尺寸及消能工， 应通过水工模型试验确定。 5 . 1 . 5 峡谷地区泄水建筑物宜采用分散泄洪分区消能的方式， 水 流应立面 扩散，纵向 拉开，防止集中

12、冲刷护坦和水垫塘的底板。 5 . 1 . 6 泄水建筑物易磨蚀部位应具备检查维修条件，设计应提出运行要求 。5 . 1 . 7 大体积或大面积抗磨蚀混凝土施工应进行温控防裂设计， 制定温控标准。5 . 2 抗 冲 磨 设 计5 . 2 . 1 设计泄水建筑物时， 在多泥沙河流应全面收集水流中 的含 沙量、 泥沙颗粒形状、 粒径、 硬度、矿物成分、异重流运动规律 等，推移质多的河流应收集推移质的数量和粒径及其运动方式，DL / T 5 2 0 7 一 2 0 0 5在有冰凌的河流还应收集冰凌的大小及其运动方式等资料，分析其对混凝土表面的磨损影响。 5 . 2 . 2 有推移质河流低进口的取水建筑

13、物宜在上游设置拦沙和 导排措施。 5 . 2 . 3 在泄水建筑物进口附 近和库首岸边应避免弃渣。 应做好上 下游围 堰拆除的设计，防止石渣冲磨混凝土并导 致空 蚀。 5 . 2 .4 在多泥沙河流的 泄水建筑物进口附 近宜设置排沙、 沉沙设施。5 .2 . 5 泄水建筑物的边坡和出口岸坡应进行防护，防止掉石、滚 石进入槽内，防 止漩涡和环流挟沙石对消力池、护坦、 水垫塘、 尾水渠 ( 管)等建筑物的严重磨损。5 . 2 . 6 含推移质和多泥沙河流的闸坝泄水建筑物底板应采用一 种坡度与护坦相接的急流泄槽形式。底流消能的消力池， 应为无辅助消能工的护坦。 5 . 2 . 7 含沙高速水流方向和

14、建筑物侧墙平面夹角大于 1 0 0时， 应 提高侧墙混凝土的强度等级。 5 . 2 . 8 抗冲磨混凝土钢筋保护层厚度不得小于 1 O c m，靠近表面 的钢筋应平行于水流方向。5 . 2 . 9 抗冲磨混凝土侧墙厚度不宜小于 2 0 c m，底板厚度不宜小于 3 0 c m o 5 . 2 . 1 0 含 推 移 质 水 流 速度 大 于I O M / s 或 悬 移 质含 量 大 于2 0 k g / m 3 ( 主汛期平均)且水流速度大于 2 0 m / s 时， 应根据工程条件选择附 录A中的至少一种方法进行混凝土抗冲磨试验， 比选抗冲磨材料。5 . 3 防 空 蚀 设 计5 . 3

15、. 1 泄水建筑物设计时， 应选择合理体形， 提高水流空 化数a , 降 低初生空化数a ，使v a 。 放空洞、 临时泄 水建筑物 ( 除导流洞和导流底孔的门槽外 ) ，易于检修的部位可采用a ?0 .8 5 v。不 同结构型式的a估算值参见附录 B 。对重要建筑物关键部位或水DL / T 5 2 0 7一2 0 0 5流速度大于3 5 m / s 或 s C 6 0七级。 6 . 3 . 2 水流中冲磨介质以 悬移质为主的工程， 可根据最大流速和多年平均含沙量按表6 . 3 . 2选择混凝土强度等级， 并进行抗冲磨强 度优选试验。表6 . 3 . 2 抗悬移质磨蚀混凝土的强度等级DL /

16、T 5 2 0 7一2 0 0 56 . 3 . 3各个等级抗磨 蚀高性能混凝土 都应 通过配合 比优化试 验，选择抗磨蚀性、和易性、体积稳定性和经济性较优的配合比。配 合比 试验中应使用粉煤灰、 硅粉、磨细矿渣，其最大掺量不应超过表 6 .3 . 3 的规定。 C 5 0以上混凝土宜选用 I 级粉煤灰， 也可以选 用需水量比 f ,k + 0 .7 4 a ( 9 .2 .4 - 1 )关 . . i. -0 . 9 毓, k ( 9 .2 . 4 - 2 )DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5式中:f - 同 一验收批混凝土立方体抗压强度平均值， M P a ;f v .k 设计

17、要求的混凝上强度值， M P a ;几，加 n 同一 验收批混凝土立方体抗压强度最小 值， MP a ;o混凝上强度标准差，MP a oDL / T 5 2 0 7一2 0 0 5附录A( 规范性附录) 杭 冲 磨 试 验 方 法A. 1A 2水下钢球冲磨试验方法按 D L / T 5 1 5 0“ 混凝土抗冲磨试验 ( 水下钢球法) ”进行。风砂枪冲磨试验方法按 D L / T 5 1 5 0“ 混凝土抗冲磨试验 ( 风砂枪法) ”进行。A . 3 含沙水流冲磨试验方法按 D UT 5 1 5 0 “ 混凝土抗含沙水流冲刷试验 ( 圆环法) ” 进行。 但强度等级大于C 4 0的混凝土不宜采

18、用。A. 4 水沙磨损机试验方法A. 4 . 1 目的、适用范围及原理 A . 4 . 1 . 1 目的 及适用范围: 测定混凝上抵抗高 速含沙水流的冲磨 能力，用于评价混凝土或其他材料的抗磨性能。 A. 4 . 1 . 2 原理:具有一定含沙量的水体，经由抽水叶片、螺旋叶 片和分水叶片的作用，形成高速含沙水流喷射到试件表面， 对材 料产生冲磨作用。A. 4 . 2 主要仪器设备 A. 4 . 2 . 1 旋转式水沙磨损机:结构如图A . 1 所示。 A. 4 . 2 . 2 磨损机主要技术参数如下:1 旋转轴:标准转速为 1 3 2 0 r / m i n 。根据需要，可采取机械 或电气手段

19、改变旋转轴转速， 达到改变含沙水流冲磨速度的目的。DL / T 5 2 0 7一2 0 0 51 一 旋转轴图 A.12 -试 件3 一分 水叶片4 螺旋 叶片5 一吸水筒:G 一 抽水叶片旋转式水沙磨损机结构示意图2 分水叶片: 四片垂直固定在旋转轴上， 外缘半经 2 0 8 .6 m m o 当旋转轴转速为 1 3 2 0 r / m i n时，含沙水流圆周切线速度 ( 冲磨速度)为2 8 .8 m / s .3 螺旋叶片:固定在旋转轴上，直径 8 0 m m，间距 3 0 mm o4 吸水筒:直经 l l O mm,高度3 5 0 m ma5 电动机: 4 .O k W，额定转速 1 4

20、 4 0 r / m i n ，通过三角皮带与 旋转轴相连。 A . 4 . 2 . 3 天平:称量t O k g , 感量。 Ago A . 4 . 2 . 4 磨料: 福建平潭硬练石英砂， 粒径范围。 .6 3 m m-0 . 1 6 m ma A . 4 . 2 . 5 混凝土试件:高度 1 5 0 mm，厚度%m m，内侧面圆弧半 径2 1 2 m m ， 弧长 1 1 1 n u n 。 试件受冲磨高度9 0 m m ， 每块试 件受冲 磨 面积1 0 0 c m 2 a混凝土试件以三块为一组，每次试验可同时进行四组试件的 平行试验。试件形状及排布如图A.2所示。DL / T 5 2

21、 0 7一 2 0 0 51 一试块:z -旋转叶片 : s 一分水叶片 : a 一试块搁环 : s -吸水筒图A.2 混凝土试件及其排布示意图A . 4 . 3 试验步骤 A. 4 . 3 . 1 混凝土拌和物拌和及试件成型与养护，按DL / T 5 1 5 0中有关规定进行。 A . 4 . 3 . 2 到达试验龄期前两天，将试件放入水中浸水饱和。 A. 4 . 3 . 3 向试验机内注足水及磨料。磨耗介质标准含沙率= 磨料沙 / ( 水+ 磨料沙) = 3 .0根据需 要， 可以 增减含沙率 值， 但 含沙率最大值不 得超过6 %并应在报告中注明。 A . 4 . 3 . 4 试验时，

22、从水中 取出试块，用 湿毛巾 抹去表面水分， 使 呈饱和面干状态。称其质量， 准至O . l g ，记录为冲磨前质量。 A . 4 . 3 . 5 将试块放于试块搁环上，并使其弧面紧贴内环沿。调整内弧面的平整度，上紧固紧螺丝，盖上橡皮垫圈， 紧固盖板螺丝。 A . 4 . 3 . 6 启动电动机， 并记录冲磨起始时间。 A . 4 . 3 . 7 每冲磨6 0 m i n 后，停机取出试件。 用水 将其冲洗干净， 抹去表面水分，称其质量， 准至O . l g ， 记录为冲磨后质量。 测量 其被冲磨的宽度和深度，并予记录。D L / T 5 2 0 7 一2 0 0 5A . 4 . 3 . 8

23、 更换磨耗介质 ( 水及磨料沙同时更换) 。按前述步骤重 复试验 1 0次 ( 即累计冲磨 1 0 h ) ，试验结束。若试件冲磨深度大 于等于5 m m ，也可 结束试验。 根据需要， 可适当 增加试验次数， 并应在报告中注明。A . 4 . 4 试验结果处理 A . 4 . 4 . 1 混凝上抗含沙水流冲磨磨损率，按式 ( A . 1 )计算:N = ( M广 M, ) / S t ( A . 1 )式 中:N -磨损率，单位面积上在单位时间内被磨损的质量 ，k g / ( h m 2 ) ;M o试件冲磨前质量， k g ;M ,一一 历时t 小时冲磨后试件的 质量， k g ;t- -

24、 试件受冲磨累计历时，h ; 一试件受冲磨面积， m 2m;对于标准试件， 受冲磨面积为0 .0 1 m 2 0 A . 4 . 4 . 2 混 凝 土 抗 含沙 水 流 冲 磨 强 度R ( h “ m 2 / k g ) ， 即 单 位 面 积 上侮磨损 I k g 所需小时数， 按式 ( A .2 ) 计算:R =1 / N ( A. 2 ) A . 4 . 4 . 3 以 一组三块试件测值的算术平均值作为试验结果。 当 单个测值与平均值之差值超过平均值的 巧%时，则此值应予剔除， 取两个测值的平均值作为试验结果。若一组中可用的测值少于两个时，该组试验应重做。DL I T 5 2 0 7

25、一2 0 0 5附录B( 资料性附录) 泄水结构初生空化数“估算值B . 1 泄水结构初生空化数挤估算参见表 B . 1 。表B. 1 泄水结构初生空化数氏估算值 宾结构型式初生空化数 炳备注l隧洞进水口曲面逐渐收缩) 0 5 0顶、侧面椭 圆曲 线04 5 0 . 1 0优 化长短 轴 比例、 长轴 和洞 高比例2Iop门槽I 型0 万 0 1 . 001 1 型。 . 40 08 03弯道左二 Zd1 3 7内 壁、左二 3 d1 2 0左 二 叼09 0一!嘴1左二 s do和4， ，户 一 突 扩 一F叹 、 、 、 、 、 峪 一有压 。 夕 0无压 。 .6 25消 能工 与 分

26、流 墩育断1 = 2 . 1 0口 1 . 4D 1 印2 5D L / T 5 2 0 7 一2 0 0 5表B. t( 续)rk3结构 型式初生空化数R备注5消 能工 与 分 流 墩井1 . 4 0 - 1 . 6 0I I h ,. h二乌7 / / 7 /一郭 一一上 / / 0 . 9 0 - 1 . 1 5田田- 澳侮泣0 . 7 0 0 . 8 52 6DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5表 B . 1( 续) FFg结 构型式初生空化数 a备注5消 能 工 与 分 流墩味 毛 互 姿 二1 . 4 5B-0 06 =0. 3 7hr 1 h 司 / 夕 仁 3h /-

27、 TI -I尊迷1 . 2 0B= 5。b 司 】 人r l h -00 . 9 50- 5。6 = 0 . 3 hr l h = -0. 1 3 杆麟狄r_ 3h n y9n 0 . 9 5誉0 . 6 80 2 4 b 刀 一)甸迄E l f -I 2 .5 2 升6 , 2 .44 r r , 3 =爪 为坡度2 7D L / T 5 2 0 7一2 0 0 5表B . 1( 续)霉结构型式初生空化数 a各注5消能 工 与 分 流 墩0. 2 46 一1 ,i 2.4h 1 ,C I41=Q2=L 6 0二 为 坡 度 二 引礼 敬 买认带1 . 7 5 共 0.0 5c 釜买 一 敏

28、一曰与 一 月 练090 11 5c 0.0 15 =2 g 令0 . 8 0 - 1 . 0 52 8DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5表B . 1( 续)霉结构型式初生 空 化 数a各注6一韶 iV w /” 一 于0 . 2 0J ( 6 m m7卜1 4U诬0 . 2 0J( 6 mm8升坎夕 科夕 尸 摄 77T2 . 3 0二 元 流直立升坎7 T-户5 ? TT2 图翩， 二今 岁 屏2 . 0 0异 舟 形1. 8 0井 分 异 尸一1 . 2 09跌坎厂 1:51. 1 0二元流直立 跌坎厂 10 . 9 5一厂 澎 夕 卜 1 . 0 5a 5 。一下具y1 .

29、 0 02 9DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5表s. 1( 续)髯结构型式初生空化数a各注1 0爪爪 粉 书一 今 今 少 今 T I0 .4 6 6 夕11“以度计 ( 5 0 G a 4 乃磨 损 硬度o m to ma - 0 . 6 的 水 力状态， 相当于水头3 0 m -5 0 m ， 流速 1 5 m / s - 2 5 m / s 。 当a k a ， 则此类门 槽型 式一般不至于发生空蚀。k为安全系数，可由闸门的重要性及工 作条件选取，一般为 1 . 1 - 1 .5 0当a G0 . 6时，还应根据闸门的重要性，在门槽的上、下游一定范围内采用钢板衬护或其他抗磨

30、蚀 性能较强的材料衬护，施工时要求体形准确，表面平整。如难以满足a k a的要求，应研究采用弧型闸门的必要性。I 、I I 门 槽型式和几何形状、参数可见D L l 1 5 0 3 9 附录C o 5 . 1 . 4 已 建工程消能工受磨蚀破坏的事例较多， 如拓林 工程泄洪DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5洞趾墩与护坦，拓溪工程溢流坝鼻坎，黄坛口、盐锅峡工程的消 力池，安砂工程溢流鼻坎，美国大约瑟夫工程溢流坝消力墩，大 古力工程溢洪道鼻坎等均由 于设计体形不合理， 水流空化数较小 造成破坏， 改建时 进行必要的水工模型试验，取得了良 好效果。 随着工程规模不断扩大，出口消能工的新型

31、式也不断出现，如扩 散型、收缩型 ( 窄缝式) 、分流 ( 宽尾)墩、异型 ( 折线形、扭曲 形、曲面贴角) 鼻坎等，其体形和水力特性都比 较复杂，故本条 规定应经过水工模型试验，选用初生空化数较小的出口消能工体形。水头大于 5 0 M或水 流速度大于 2 5 m / s 都已 属于高流 速的范 畴，出口消能和防冲是工程界普遍关心的问题，应进行必要的水工模型试验。内部消能工在国内 外已有工程应用，如国内小浪底工 程的孔 板洞型式，国外罗贡工程的漩流式等，但此类工程不多，内部消 能工结构复杂，有待进一步实践总结。5 . 1 . 5 高山峡谷地区适宜修建高坝，消能防冲的问题比较突出。 近年来工程实

32、践表明， 采用坝身泄洪和岸边开敞式溢洪道、长泄 洪洞联合泄洪方式，将水流沿河道纵向拉开，可防止水流对护坦或水垫塘底板的集中冲刷，避免河床较弱基岩的冲刷，优选消能 工型式，如宽尾墩， 将水流立面扩散， 充分掺气， 是合理的消能方式 。 5 . 1 . 6 已建工程运行实践表明，即使设计精确，施工工艺严格， 混凝土 材料的抗磨蚀性能也 较高，但长期运行结果，由于 某些不 可预见的因素，泄水建筑物混凝土表面总有不同程度的磨损或空 蚀。为了避免破坏范围的扩大，需要不断检查与维修，故在工程 设计时 就应考虑运行时如何进行检查和维修。有些泄水工程由于运行方式不当，如闸门长期局部开启 ( 鲁 布格工程) 、

33、不对称开启 ( 八盘峡、红石工程)或开启频繁 ( 黄坛 口工程) 、 溢流表面杂物碎石长期不清理等， 致使混凝土表面受到DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5严重破坏，故在泄水建筑物投入运行前，应编制运行管理要求， 提出允许开启的开度与时间、程序、定期检查清理等要求，对于 延缓与避免混凝土的破坏是非常必要的。 5 . 1 . 7 小浪底、 二滩、 紫坪铺等工程泄洪洞衬砌采用硅粉混凝土， 产生裂缝较多。经分析，系水泥用量过多又未采取温度控制措施所致。大体积和大面积的抗磨蚀混凝土可采用硅粉类混凝土，由 于水泥用量较多，早期收缩值较大，容易发生早期塑性开裂，需 进行配合比优化试验和温控分析，

34、 采取温控防裂措施， 如埋设冷 却水管、加强表面保温保湿等 5 . 2 . 1 含沙水流对混凝土过流面的磨损强度，可用下式表示:6 - - k C m v “ d s R T( 1 )式中:手. 平均磨蚀深度，m m;C 含 沙 量 ， k g / m ;v 水流平均速度，m / s ;d -泥沙粒径，m m:R 混凝上抗压强度，MP a ;了 一过水历时，h ;k 与泥沙颗粒形状和矿物成分有关的系数( 按三门峡工程观测资料，k 为0 . 4 2 X 1 0 - 2 ) ; m , n , : 、 J - 系数， m = 0 .7 - 1 .0 , n = 2 . 7 -4 . 0 , s =

35、 0 . 7 -1 . 0 , j = - l o含沙水流的磨蚀是非常复杂的物理力学现象，至今尚难以用 一个公式来表达。收集泥沙的含沙量、颗粒形状、粒径、矿物成分及硬度等资料，可作为模拟试验、工程类比设计的依据，也为 研究泥沙的 磨蚀机理积累资料。泥沙的硬度以 大于5 度 ( 莫氏) 控制， 泥沙的 有效磨损粒径， 对钢板 取 0 . 0 4 m m已为工程技术人 员采用， 对混凝土尚缺乏工程实践经验。原水电 部十 一 局设计院 科研所和武汉大学做了大量试验，提出表 3 ，可供工程设计参考。DL / T 5 2 0 7一 2 0 0 5表3 不同沙速对混凝土的有效磨损粒径mr 。沙速盯 习 s

36、5 . 01 0 刀1 5 刀2 0 . 03 0 . 04 0 . 0混凝土蝇度等级C2 00 . 41 00 . 0 7 30 . 0 2 60 . 01 3。 ， 趁 7 0 50 . 0 0 2C3 00 . 7 000 . 1 3 90 . 0 5 00 . 0 2 50 . 0旧0 . 0 0 4C 4 01 . 2 8 00 . 2 2 60 . 0 8 20 . 0 4 00 . 0 1 50 . 0 0 7推移质以滑动、滚动及跳动的方式在建筑物表面运动，除摩 擦作用外， 还有冲击作用，需要收集其数量、粒径及运动方式等 资料。水库悬 移质泥沙异重流现象是近年的 研究成果， 乌江

37、渡水库 3 年一 5 年异重流已至坝前， 东风水库因在低水位下运行， 一年便 到达坝前，其泥沙形态将明显影响低进口泄水建筑物混凝土表面的抗磨蚀能力。冰凌的磨蚀作用类似于推移质，其大小及运动方 式影响混凝土表面的抗磨蚀能力，但这方面的资料较少，需要进一步收集分析。 5 . 2 . 2 在山区峡谷地区兴建的径流式电站，泄水建筑物进口 较 低，一般都接近河床，易受推移质作用而损坏，如石棉二级、南 娅河三级、 渔子溪二级等工程。推移质都是随山 洪奔流入库， 如 在沟口附 近设置一些谷仓、 拦石墙，可有效阻 止推移质入库。当 发现谷仓被填满，应在运行期按时搬除，这对防止推移质对混凝土的损坏将起重要作用，

38、可大大延缓甚至避免其破坏。 5 . 2 . 3 抗磨蚀混凝土工程的设计可采用工程类比法。已建工程由于施工废渣、上下游围堰拆除不千净，水流将砂、石卷入泄水建 筑物而引起的磨损破坏是比较普遍的，如石泉、碧口、刘家峡、陆水、官厅、三门峡、黄坛口、二龙山、美国的大约瑟夫工程等。 显然，小型水库应避免在库区弃渣，上下游围堰在泄水建筑物投 入使用前应彻底清除，避免水流漩滚砂石对混凝土的严重磨损是DL / T 5 2 0 7一2 0 0 5非常必要的。5 . 2 . 4 在多泥沙河流设置排沙孔、沉沙池等，在初汛来临时及 时排沙 ，对泄水建筑物的抗磨蚀可起积极作用，同时也延长水库的使用寿命。当然，对排沙孔也要

39、做好抗磨蚀设计，但由于 泄量小、断面小，磨损面有限，也便于检修。排沙孔也可兼作 泄水孔。 5 . 2 . 5 泄水建筑物沿程边坡 ( 自 然边坡和开挖边坡) 的不稳定岩体容易坍塌，也由于泄洪水流雾化的不断作用，降低了岩体的稳 定性，水流挟带砂石沿程磨损，造成新的空化源，因此需对边坡 做必要的支护，如混凝土挡墙、锚喷支护、预应力锚索等措施。下游河道冲刷与岸坡失稳的 碎石容易被回流、 环流卷进护坦 或消力池，在漩滚水流的驱动下强烈磨损混凝土表面， 如黄坛口、 石泉、龚嘴等工程。从防止下游泥沙、 碎石卷进消力池的角度考 虑，尾坎下游坡宜陡不宜缓。国内外均有些研究报告寻求能自清理泥沙的消力池型式，使

40、进入池中的碎石、泥沙能自行排出，由此尾坎内坡宜缓不宜陡。 也有的报告提出定期泄放某一流量，冲走池内泥沙，其泄流量需通过模型试验或原型试验确定。 这些方法还没有成熟的工程经验， 只能供设计师们参考。5 . 2 . 6 推移质以跳跃、滚动和滑动方式通过泄水建筑物，对混凝上表面产生撞击与磨损作用， 建筑物底坡不得变化过多，不得 设置跌坎和消力池， 以 免加剧推移质的撞击与磨损。 渔子溪一级泄洪闸吸取了石棉二级电站冲沙闸严重破坏的教训， 从上游铺盖 到下游护坦的底坡连接平顺， 做成 I : 2 2的斜坡， 采用急流泄槽 型式使远驱式水跃发生在远离护坦的下游河床，护坦末端设7 . 5 m深的混凝土防冲齿

41、墙。自1 9 7 2年运行以来，护坦混凝土有 深 5 c m-6 c m的磨损， 满足安全运行要求。 这为本条规定提供了依据。 5 . 2 . 7 根据颗粒磨损能量理论，试验研究表明，悬移质和推移质DL / T 5 2 0 7一2 0 0 5水流 对于混凝土类脆性材料的冲磨，磨损与冲角关系曲 线是单调上升的，当冲角小于 1 0 。时，磨损甚微 5 . 2 . 8 泄水建筑物抗冲磨混凝土抵抗推移质和悬移质的磨损破 坏，需要适当加厚钢筋保护层厚度，如厚度偏小，当 磨蚀深度超过其厚度时钢筋裸露，会加剧冲磨破坏。根据我国工程实践，葛 洲坝二江闸为 2 5 c m，太平湾消力池为 2 0 c m。但同时

42、也考虑到厚 度过大增加了工程量，各工程水流的含沙量不同，随着泄水建筑物体形设计不断优化，磨损量会减小;泄水建筑物泄洪历时短， 又有维修时间，故规定底板钢筋保护层厚度不得小于1 0 c m， 各工 程可 根据具体情况选用。本条规定表层钢筋应平行于水流方向 布 置，以使磨蚀深度到达钢筋时对水流阻力最小，减轻磨蚀破坏的恶化程度。 5 . 2 . 9 本条规定是根据便于施工的要求制定的。 5 . 2 . 1 0 泄水建筑物冲磨破坏的实例调查表明，含推移质水流在流速 7 m / s -l O m / s冲刷下，在不同运行历时混凝土产生不同程度 的 磨 损: 悬 移 质 泥 沙 含 量大 于2 0 k g

43、 / m 3 ， 水 流 速 度 大 于2 0 m / s 时 ， 经过比较长时段运行，造成混凝土严重的磨损;过流速度 1 5 m / s 以 ， 平均 悬 移 质 泥 沙 含量4 0 k g / m 3 左 右 ， 经 过 长时 间 的 运 行， 对C 2 0 混凝土的磨损轻微， 无需 采取特殊的抗磨措施。 本条规定的含沙量系指汛期水流平均含沙量。 5 . 3 . 1 高速水流泄水建筑物的空蚀现象比 较复杂， 由 于过水边界 的突变、突体、陡坎，使水流发生涡流和分离时，流速加大，压 力降 低。 当 压力降到相应水温的 汽化 压力时， 流体中形成空腔( 穴) 或气泡，这称为 “ 空化” 。空穴

44、气泡不断随水流运动而突然溃灭，在很短的瞬间以极大的压力冲击微小的混凝上表面，造成破坏， 即为 “ 空蚀” 。所以， 要防止混凝上产生空蚀，就要使水流不发生 空化。设计泄水建筑物时，进行布置优化和体形优化，使沿程水流保持高时均压力和低流速，提高水流空化数U ,降低初生空化数Q 。当o - v时，混凝土表面易发生空蚀，见表4 0DL / T 5 2 0 7一2 0 0 5弓舅对2户(已匕训疑 写转肖彩 目长0阶6聋口 舅 ! 粪翼介朴0肉10一的曰0bl口目口河-匕一b口日-0一J习。 兰口日上1么丫翔一6价户.l如代1然2舅垦(川写礴彬寸卜0OL之导0一“国(二巴河幕牢琪侧双早耸伴酬曦叮形。望宋

45、续链户勺留匀旧邵洲夔膨茵月如篮军“划9叻创一卜沈哟翠峭6国一骤越剩巡神口融的巴1-澳珑袭泄相瞥漏衷鉴 骊喊一，一尸1一留?鬃寻编侧醚姆易嘴招缝什簿如彩日4 9DL I T 5 2 0 7一 2 0 0 5鉴于设计人员需 要掌握泄水建筑物的 初生空化数v以初定体 形，附录B列出 有关结构的6 , 值，供可行性研究阶 段选用。而技 施阶段的I 、H 级和m级不易检修的高流速泄水建筑物， 通过水 工模型试验己 确定体形， 应以此体形进行减压箱试验测定ff , ，以选取防空蚀措施或修改设计。按空化发展程度， 可分为空化开始阶段0 .7 0 .8 5 v 设计。 但导流洞和导流底孔的门槽部位，如果空蚀严

46、重，将影响后期封堵，危及 水库蓄水，需优化门 槽体形使v 6 ， 避免发生空蚀。5 . 3 . 2 水流空化数v的计算式 ( 5 3 . 2 )是从事水工专业设计人员 所掌握的，但各单位均不大重视沿程口的计算，仅依靠水工模型试验调整体形， 靠工程类比选用防空蚀材料， 造成不必要的浪费， 增加了施工难度，也有不少工程发生严重的空蚀破坏。本条明确 规定应进行水流空化数v计算，比 较v与ff , ， 采取相应防空蚀措 施，是科学合理的。 5 . 3 . 3 国内 外大量泄水工程实践表明， 平面闸门的门 槽、 溢流堰 面、水流转弯段、水流突变处、反弧段附近、鼻坎、分流墩、消 力墩等部位由 于设计体形不佳或施工不平整度控制不能满足设计 要求而发生空蚀破坏，占破坏总数的 3 2 .