2.3 拓展知识
2.3.1 碾压混凝土重力坝
1.碾压混凝土重力坝简介
碾压混凝土重力坝是将土石坝施工中的碾压技术应用于混凝土坝,从根本上改革常态的大坝混凝土浇捣施工方法,采用水泥含量低的超干硬混凝土熟料,采用现代施工机械和碾压设备实施运料,通仓铺填,逐层碾压固结而成的坝。与常态混凝土坝相比,碾压混凝土重力坝具有坝身构造简单、水泥用量省的特点,碾压混凝土的单位体积胶凝材料用量一般为混凝土总重量的5%~7%,扣除粉煤灰等活性混合材料,每立方米碾压混凝土的水泥用量仅为60~90kg。其具有模板用量省、施工速度快和工程造价低的特点,是近20多年迅速发展起来的新型大体积混凝土坝。
世界上第一座碾压混凝土坝(日本的岛地川坝,坝高89m)建于1980年,据不完全统计,目前已建和在建的碾压混凝土坝有80余座。其中日本宫濑坝坝高155m,是目前世界上最高的碾压混凝土坝。
我国从1979年开始了碾压混凝土坝的技术研究。1986年,在福建大田县建成了我国第一座试验坝——高56.8m的坑口碾压混凝土重力坝。此后,相继在铜街子、沙溪口、隔河岩、天生桥、观音阁、岩滩等工程的大坝或围堰采用了碾压混凝土技术,取得许多科研成果,推进了碾压混凝土筑坝技术的发展。
碾压混凝土重力坝的断面设计、水力设计、应力和稳定分析与常态混凝土重力坝相同,但在材料与构造方面需要适应碾压混凝土的特点,下面仅就碾压混凝土的材料及碾压混凝土在坝内的布置等作简单叙述。
2.碾压混凝土的原材料
碾压混凝土的原材料与常态混凝土无本质的区别,凡适应于水工混凝土使用的水泥均可采用。胶凝材料用量远低于常态混凝土,其中,粉煤灰在胶凝材料中所占比重一般为30%~60%,有的高达70%。为防止骨料分离,一般选用骨料的最大粒径为80mm,并需级配良好。含砂率一般比常态混凝土大3%~5%,细骨料中宜有10%左右粒径小于0.16mm的质地坚硬微粒。一般水胶比(水与胶凝材料含量的重量比)为0.45~0.7。外加剂用量为胶凝材料的0.25%左右。
国内外几座碾压混凝土重力坝胶凝材料的用量见表2.19。
表2.19 国内外几座碾压重力坝胶凝材料用量表 单位:kg/m3
3.碾压混凝土的物理力学性能
尽管碾压混凝土的物理力学性能指标及其测定方法与常态混凝土类似,由于两者在材料的组成和施工方法上有很大的不同,因此材料强度等指标的变化规律和影响因素也有很大的区别。可以说碾压混凝土是不同于常态混凝土的新型水工材料。
(1)抗压强度。碾压混凝土的强度直接与压实密度有关,而压实密度又直接取决于表征稠度的VC值(即表示拌和物从开始振动至表面全部泛浆所需时间的秒数)。因此,碾压混凝土的抗压强度相当大的程度上由VC值来控制。此外,碾压混凝土的强度还受碾压时含水量的影响。因此,设计碾压混凝土配合比时,不但要考虑水灰比,还要考虑振压密实所需含水量。
当然,碾压层的厚度也是影响其抗压强度的另一因素。试验表明,当碾压厚度小于50cm时,每层上下混凝土强度基本均匀,当层厚达70cm时,强度明显出现下高上低,差别可达20%~40%,所以碾压混凝土坝体应采用薄层填筑以提高坝体各部位的强度均匀性。
(2)抗拉强度。混凝土抗拉强度随着骨料体积的变化而变化。当骨料体积由0增加到20%时,其抗拉强度逐渐降低;当骨料体积由20%逐渐增加,抗拉强度也随之增加;当骨料体积达到80%~85%,其抗拉强度大于常态混凝土。混凝土的抗拉强度随骨料的最大粒径的增加而下降,因此,骨料粒径不宜太大。
可以认为,同量级碾压混凝土的抗拉强度大于常态混凝土的抗拉强度。
(3)抗剪强度。根据国内外测试结果认为:对于连续填筑的层面或整体的碾压混凝土,若能保证施工质量均匀,其抗剪强度不亚于常态混凝土,可达到3MPa以上,剪压比亦为1/4~1/6。若施工不注意,会导致接缝处的抗剪强度值较大。一般情况下接缝处抗剪强度大都在1.4MPa以上,剪压比达到1/6~1/10,对于灰浆及砂浆均较少而粗骨料粒径较大的材料,易发生碾压不密实,而使抗剪强度下降。
(4)变形性能。由于掺有大量粉煤灰,胶凝浆体的受力变形较大。因此,碾压混凝土初期弹性模量较低,混凝土表面裂缝较少。碾压混凝土的徐变与混凝土的配合比、水泥的品种等多种因素有关,故对碾压混凝土的徐变值应做具体试验确定。
混凝土的极限拉伸值是混凝土抗裂能力的重要指标。其值随混凝土抗拉强度和胶凝材料用量的增加而增加,对于高粉煤灰掺量的混凝土,其早期强度比不掺者降低较多,因胶凝材料总量增加,水灰比降低,其早期强度和极限拉伸值不低于常态混凝土。又因二次水化比较慢,其后期强度与极限拉伸值均增长较多,这对抗裂非常有利。对于胶凝材料用量少的碾压混凝土,由于相应灰浆量少,水灰比大,故极限拉伸值降低,抗裂能力远不如高粉煤灰掺量的碾压混凝土。
总之,碾压混凝土的各种物理力学性能,若精心设计、施工质量有保证,则都将优于常态混凝土。但碾压混凝土的施工质量控制应较常态混凝土严格。
4.碾压混凝土在坝内的布置
碾压混凝土重力坝断面设计可考虑采用下述三种典型布置及相应的填筑碾压方式:
(1)全断面为碾压混凝土,常态混凝土仅作模板兼坝面防护层;采用薄层连续碾压,层面不进行处理,多数情况下也不设横缝。因而具有构造简单、施工方便、速度快、效益高等优点,但坝体防渗、防冻、抗裂性稍差。当采用高粉煤灰掺量时,其粉煤灰所占胶凝材料量中比例降至60~70kg/m3,可也达到240~250kg/m2。
(2)在坝体与基岩和两岸的连接部位设常态混凝土垫层;在坝顶和上、下游坝面设常态混凝土保护层,其厚度及原材料的配合比由工作条件(抗渗、抗冻、抗冲耐磨、强度、构造和施工要求)决定,其中上游面常态混凝土最小有效厚度一般为坝面水头的1/30~1/15,我国多采用1.5~3.5m。此类坝型基本上由常态混凝土坝演变而来,其防渗、防裂和防冻性相对较好,但水泥量较多,施工干扰大,经济效益稍差。坝内除廊道和管道周围应按强度要求设置一定厚度的低含钢率钢筋混凝土外,其余部均为碾压混凝土。当采用低粉煤灰掺量,其所占胶凝材料总量中比例在30%左右;填筑时碾压分层较薄,一般为75~100cm,碾压后间隔一定时间先进行层面处理,然后再填筑上一层;坝体设横缝,横缝迎水面的止水和坝身排水管均设在常态混凝土内,碾压混凝土部分的横缝在碾压后凝固前用振动切缝机造成,缝内以聚氯乙烯充填。日本岛地川坝和玉川坝均属于这种布置形式,如图2.35所示。
(3)坝体的绝大部分为碾压混凝土,粉煤灰掺量较高,填筑碾压方式与第一种方式类似,该类型布置要在坝前设专门防渗设施。如设置沥青防渗层,并用预制钢筋混凝土板兼作模板与防渗层等,如图2.36所示。敷设合成橡胶防渗薄板;喷涂低黏度聚合物防渗层;在上游面安装预制空格模板,随着坝体上升而在其中浇常态混凝土,或预填骨料,然后进行水泥灌浆,形成防渗板。
图2.35 国外碾压坝断面(单位:m)
总之,碾压混凝土坝的坝体内应尽量少设廊道和孔洞,坝基帷幕灌浆宜在坝踵处的平台上进行,确需在坝内设置廊道和孔洞时,其周边必须妥善施工,以保证质量。
图2.36 中国坑口坝的典型断面(单位:m)
1—碾压混凝土;2—钢筋;3—常态混凝土;4—预制板;5—沥青砂浆防渗层;6—预制钢筋板
碾压混凝土坝的施工要点为混凝土是在预制式拌和机中拌和制成的;用自卸汽车直接入仓散料,用推土机将混凝土铺摊平。当采用粉煤灰掺量时,每层铺筑厚度一般为25cm左右,如粉煤灰掺量低,则厚度可加大,用重力为80~150kN的振动碾碾压密实,碾压次数由试验定,一般为6~8遍,有横缝的常用振动切缝机切割成缝;在浇筑新一层混凝土前,用钢丝刷将老混凝土面刷毛、清洗,或用压力水冲刷,以加强层间结合。填缝可用镀锌铁片或聚氯乙烯板。养护期一般在三周以上,宜采用喷雾养护。
当然,由于碾压发展历史较短,有些技术问题尚待进一步研究解决和完善,随着科学技术水平的不断提高和经验积累,碾压混凝土坝必将在规模、数量上得以更快地发展。
2.3.2 其他型式的重力坝
1.浆砌石重力坝
浆砌石重力坝与混凝土重力坝相比,具有可就地取材、节省水泥、节省模板,不需要另设温控措施,施工技术简单易于掌握等优点,因而在中小型水利工程中得到广泛应用。但由于人工砌筑,砌体质量不易均匀,防渗性能差,且修整、砌筑机械化程度较低,施工期较长,耗费劳动力,故在大型工程中较少采用。我国已建成的最高浆砌石重力坝为河北省朱庆水库重力坝,坝高95m。目前,世界上最高的浆砌石坝是印度的纳加琼纳萨格坝,坝高125m。下面仅就浆砌体重力坝的材料、构造方面做以简述:
(1)浆砌石重力坝的材料。
1)石料。石料是浆砌石坝的主要材料。砌筑坝体的石料要求质地均匀、无裂缝,不易风化和足够的抗压强度。石料按其外形分为片石(毛石)、块石和条石等。片石无一定的规则形状尺寸,砌体强度差,胶结材料用量大,一般仅用于坝体的次要部分。块石是具有两个较大平行面且基本方正的石料,砌体强度较高,宜用于砌筑浆砌石坝体。条石是经过加工修整而外形大致平整的长方形石料,其砌体强度高,节省胶结材料,砌筑速度快,但费工较多,一般用于上、下游坝面及溢流面等部位。
砌筑坝体的石块尺寸越大越省胶结材料,砌体强度也越高,但应以能运输上坝为原则。一般片石厚度不应小于15cm,块石、条石的厚度不小于25cm。
2)胶结材料。胶结材料作用是把石块胶结成整体,以承受坝体的各种作用荷载,并填实石料间的孔隙,减少坝体渗漏。常用的胶结材料有水泥砂浆、细石混凝土及混合砂浆等。
水泥砂浆由水泥、砂和水按一定比例拌和而成。水泥砂浆所用的砂应级配良好,砂质坚硬,最大粒径不超过5mm,杂质含量不超过5%。一般用的砂浆较稠,水灰比可控制在0.55~0.65;灌缝砂浆较稀,水灰比为0.8~1.0。
细石混凝土是目前广泛应用的一种胶结材料,适用于块石砌筑的坝,与水泥砂浆相比,可节省水泥,改善砂料的级配,从而提高砌体的密实度和强度,但不能用于浆砌条石。
对于一些小型工程,坝体内部常采用混合砂浆砌筑,混合砂浆是在水泥砂浆中掺入一定比例的石灰或黏土等掺合料组成。这种胶结材料只用于坝体的次要部位。
(2)砌体的强度。砌体的强度不仅取决于石料和胶结材料的强度等级,还与石料的形状、大小及砌筑质量有关。
砌体强度随石料的强度的增大而增大,但当达到一定强度后,其影响不甚明显。胶结材料的强度越高,砌体强度也越高,但影响程度随石料的种类不同而有所差异。一般情况下,细石混凝土砂浆砌筑比水泥砂浆砌筑的砌体强度高。胶结材料的和易性好,则砌体强度较高。此外,石料的形状越不规则、大小越不均匀,砌体强度就越低。
(3)浆砌石重力坝的构造特点。浆砌石重力坝在构造上与混凝土重力坝大致相同,但在坝体防渗、分缝、溢流坝面的衬护等方面有它的特点和要求。
1)坝体的防渗。工程中常采用以下两种防渗设施:
a)混凝土防渗面板。在坝体迎水面设置混凝土防渗面板,是大、中型浆砌石重力坝广泛采用的一种防渗措施。面板在底部应嵌入完整基岩内1~1.5m,并与坝基防渗设施连成整体。防渗面板的厚度,一般为上游水深的1/20~1/15或更薄,但不得小于0.3m。防渗面板一般采用C15或C20混凝土,并适当布置纵横温度钢筋,使温度钢筋与砌体内的预埋钢筋连接,面板在沿坝轴线方向设伸缩缝,一般间距为10~20m,缝宽约1.0cm,缝内应设止水。有的工程混凝土防渗面板做在距上游坝面1~2m的坝体内,迎水面用浆砌石或预制混凝土砌筑,以省去浇混凝土面板的模板支撑及脚手架。
b)浆砌条石防渗层。在坝体迎水面用水泥砂浆砌筑一层质地良好的条石作为防渗层。厚度不超过坝上水头1/20,砌缝的宽度应控制在1~2cm。用M7.5~M10号水泥砂浆作为胶结材料,表面用10~15号水泥砂浆仔细勾缝。也有工程采用凿槽填缝防渗,即将已砌好的防渗层在迎水面沿砌缝凿成宽4~5cm、深3cm的梯形槽,然后再用M10~ M15的水泥砂浆填塞满,勾成平缝或突缝。此种防渗措施适用于小型工程。除此而外,也可在迎水面采用钢丝网水泥喷浆护面及预制混凝土板护面等防渗措施。
2)溢流坝面的衬护。溢流坝面需用混凝土衬护,混凝土层厚0.6~1.5m,不得小于0.3m,混凝土强度等级为C19,衬护内布设温度筋,且用锚筋与砌体锚固。对于单宽流量较小的工程,除坝顶混凝土外,其余部位可用条石或方正块石丁砌衬护。
3)坝体分缝。由于浆砌石坝水泥用量少,水化热低,加之施工时又是分层砌筑,所以一般不需设纵向施工缝。横缝间距也可增大,一般为20~30m,但不宜超过50m。为了适应不均匀的沉降,在基岩岩性变化或地形有陡坎处均设横缝。
为使砌体与基岩紧密结合,在砌石前需先浅筑一层0.5~1.0m的混凝土垫层。当工程规模较小、基岩完整坚硬、地形较规整时,可先在坝底铺5cm厚的砂浆,然后砌石。
2.宽缝重力坝及空腹重力坝
(1)宽缝重力坝。宽缝重力坝是将坝段间的横缝部分拓宽(仅在上游端和下游端闭合)的重力坝。与实体重力坝相比,宽缝重力坝具有以下特点:设置宽缝后坝底扬压力减少,由于坝底所受的扬压力较小,所以坝体混凝土方量较实体重力坝可节省10%~20%;设置宽缝后,水平截面形状接近工字形,该截面形状比实体重力坝的矩形截面具有较大的惯性矩,可改善坝体的应力条件。宽缝重力坝的主要缺点是:增加了模板用量,立模也较复杂,分期导流不便。
坝体尺寸主要有坝段宽度L,缝宽比2S/L,上、下游坝坡系数n、m,上游头部与下游尾部的厚度tu、ta、td等。其中,L一般选用16~24m,2S/L=0.2~0.4,n=0.15~0.35,m=0.6~0.8。
tu为坝面作用水头的0.07~0.10倍,且不得小于3m;td=3~5m,不宜小于2m。
宽缝重力坝的抗滑稳定分析基本原理和实体重力坝相同,但需以一个坝段作为计算单元。
(2)空腹重力坝。在实体重力坝底部沿坝轴线方向设置大尺寸的空腔,即为空腹重力坝。
空腹重坝与实体重力坝相比,其优点是:由于空腹下部不设底板,减少了坝底面上的扬压力;节省混凝土方量20%~30%,减少了坝基的开挖量;空腹为布置水电站厂房及进行检查、灌浆和观测提供了方便。缺点是施工复杂,用钢筋模板量大。
空腹坝的腹孔净跨度一般为坝底全宽的1/3,腹孔高为坝高的1/4~1/5,为便于施工,空腹上游边大都做成铅直的,下游边的坡率为0.6~0.8。空腹重力坝的坝体应力情况比较复杂,其坝体应力可采用有限单元法和结构模型进行分析,材料力学法一般不适用。
3.支墩坝
支墩坝由一系列支墩和挡水面板组成,如图2.37所示。挡水面板支承在支墩上,水压力由挡水面板传给支墩,再由支墩传给地基,是一种轻型坝。
支墩坝的特点:扬压力仅作用于挡水面板的底面,支墩之间的空腔较大,有利于排水,故作用于支墩底部的扬压力很小;挡水面板坡度平缓使其能充分地利用水重,有助于坝体的稳定。与重力坝相比,支墩坝节省工程量;支墩坝结构比较单薄,使材料强度得到充分发挥。但侧向稳性较差,支墩的应力较大,对地基的要求较高,支墩坝的设计和施工均较复杂。
按挡水面板的形式不同支墩坝可分为平板坝、连拱坝和大头坝,如图2.37所示。
(1)平板坝,如图2.37(a)所示。面板系平面板,简支于支墩上。能避免面板上游面产生拉应力,可适应地基不均匀沉降。
支墩分单、双支墩两种。一般采用单支墩,其间距(中心距)一般为5~10m,挡水面板顶部厚度一般不小于0.2m。
支墩上游坡角常为40°~60°,下游常为60°~80°。为加强支墩的侧向稳定,常在相邻两支墩之间设加劲梁。平板坝无论是面板、支墩均为钢筋混凝土结构,用筋量多,宜适用于气候温和地区的中、低水头的枢纽。
(2)连拱坝,如图2.37(b)所示。连拱坝的挡水面板由支承在支墩上的拱圈构成。一般为钢筋混凝土结构,当坝高不大时,也可采用浆砌石结构或混合式结构。
图2.37 支墩坝的形式
支墩的形式有单、双支墩两大类。
支墩的间距10~20m,单支墩结构简单,施工方便,模板用量少,但其倾向(垂直于水流方向)抗震刚度较差,纵向弯曲较差,双支墩多用于高坝。
拱圈在水平面或斜面为等内半径、等中心角的圆拱,中心角一般为135°~180°。
(3)大头坝,如图2.37(c)所示。大头坝是利用坝体和坝面水重来维持稳定的一种大体积支墩坝,由大头(支墩头部放大部分)和支墩组成。大头坝与宽缝重力坝接近,坝体均属大体积结构,但较宽缝重力坝更节省坝体工程量、缩短工期、降低造价,因而用得较多。
大头坝可用混凝土或浆砌石修建。其支墩可分为单、双支墩,单支墩坝段宽为14~18m,双支墩多用18~25m,上下游边坡为1:0.4~1:0.6。
4.橡胶坝
橡胶坝是由锚固于基础底板上且横贯河床(渠道)的橡胶坝袋,通过充水(气)形成的水坝。坝袋由若干层高强度的合成纤维受力骨架,经橡胶粘接,并用橡胶作为保护层的胶布袋。因此,橡胶坝又称为纤维坝。
(1)橡胶坝的适用范围、特点。橡胶坝具有挡水、泄水的双重功能,坝高一般不超过6.0m,单距长度一般为50~100m,适用于低水头、大跨度的闸坝工程。主要用于灌溉、供水、小型电站、城市园林、施工围堰或活动围堰等工程。
橡胶坝与传统的闸坝工程相比具有以下优点:结构简单、造价低;与同规模的常规水闸相比,可节省投资30%~70%;施工期短,坝袋能适应较大的变形,抗震性能好等。该坝在许多国家得到了广泛的应用,值得一提的是日本,从1965年起日本已建成2500余座,我国从1966年至今建成400余座。但该坝也存在坝袋高度受到限制且易磨损、易老化、需要定期更换等不足。
(2)橡胶坝型式及组成。橡胶坝按充胀方式分为充水式、充气式、充气充水合用式。
按结构型式分为直墙式和斜墙式。按锚固线布置分为单锚固线和双锚固线。
橡胶坝由上游连接段、坝段、下游连接段及坝的控制和安全观测系统组成。其中,上、下游连接段属土建部分,主要包括底板、边墙、上下游护坡、护坦、海漫、防冲墙、防渗铺盖、机房及供水等,其作用和设计方法同水闸上、下游连接段。
坝段包括坝袋、底垫片、锚固系统、充排气管、坝基等,主要作用是控制水位及下泄流量。
控制和安全观测系统包括充胀和坍落坝体的充排设备、安全及检测装置,其作用为控制坝的高度。
(3)橡胶坝的设计要点。橡胶坝的设计主要分为土建部分与坝袋设计两大部分。橡胶坝上、下游连接段即土建部分可参照水闸设计。
坝袋设计是橡胶坝的核心,设计是否合理,直接影响到工程的整个设备及安全使用。
坝袋设计的内容:坝袋参数拟定,包括坝高H、内压水头、内压比,上、下游坝面曲线段长度S1及S,上、下游贴地段长度n1和X0,坝袋有效周长L0等;坝袋选择包括坝袋强度计算[环向(经向)和纵向(纬向)拉应力不超过容许值F0],坝袋尺寸及选择坝袋材料、层数,坝基的锚固设计。
橡胶坝是一种新型的水工建筑物,随着科学技术的发展,橡胶坝必将在材料、设计施工和管理等方面得到进一步的发展和完善。
2.3.3 重力坝稳定分析
1.抗滑稳定计算截面的选取
混凝土坝设永久性横缝,将坝体分成若干坝段,横缝不传力,坝段独立工作,无水平梁的作用。因此,稳定分析时取单独坝段或沿坝轴线方向取1m长进行计算。根据坝基地质条件和坝体剖面形式,应选择受力较大、抗剪强度低、最容易产生滑动的截面作为计算截面。
图2.38 重力坝沿坝基水平滑动示意图
2.坝体抗滑稳定计算
《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)规定,重力坝的抗滑稳定计算应用定值安全系数法,计算公式有抗剪强度公式和抗剪断强度公式。
(1)抗剪强度公式。该方法适用于坝体与基岩胶结较差的情况,滑动面上的阻滑力只计摩擦力,不计黏聚力。当滑动面为水平面时,如图2.38所示,抗滑稳定安全系数K为
当滑动面为倾向上游的倾斜面时,如图2.39所示,计算公式为
式中 β——接触面与水平面的夹角,(°)。
需要注意扬压力U应垂直于所计算的滑动面。当滑动面倾向上游时,对坝体抗滑稳定有利;倾向下游时,滑动力增大,抗滑力减小,对坝体稳定不利。在选择坝轴线和开挖基坑时,应尽可能考虑这一因素。
规范规定,f的最后选取应以野外和室内试验成果为基础,结合现场实际情况,参照地质条件类似的已建工程的经验等,由地质、试验和设计人员研究确定。根据国内外已建工程的统计资料,混凝土与基岩的f值常取0.5~0.8。
摩擦系数的选定直接关系到大坝的造价与安全,f值越小,要求坝体剖面越大。
用抗剪强度公式设计时,各种荷载组合情况下的安全系数见表2.20。
表2.20 抗滑稳定安全系数K
(2)抗剪断强度公式。该方法适用于坝体与基岩胶结良好的情况,滑动面上的阻力包括摩擦力和黏聚力,并直接通过胶结面的抗剪断试验确定抗剪断强度的参数f′和c′。其抗滑稳定安全系数K′为
图2.39 重力坝沿坝基倾斜滑动示意图
抗剪断参数的选定:对于大、中型工程,在设计阶段,f′和c′应由野外及室内试验成果决定。在规划和可行性研究阶段,可以参考规范给定的数值选用。Ⅰ类岩石f′可取1.2~1.5,c′可取1.3~1.5MPa;Ⅱ类岩石f′可取1.0~1.3,c′可取1.1~1.3MPa;Ⅲ类岩石f′可取0.9~1.2,c′可取0.7~1.1MPa;Ⅳ类岩石f′可取0.7~0.9,c′可取0.3~0.7MPa。
用抗剪断强度公式设计时,各种荷载组合情况下的安全系数见表2.21。
表2.21 抗滑稳定安全系数K′
图2.40 单斜面深层滑动
3.深层抗滑稳定分析
当坝基岩体内存在着不利的软弱夹层或缓倾角断层时,坝体有可能沿着坝基软弱面产生深层滑动,如图2.40所示,其计算原理与坝基面抗滑稳定计算相同。若实际工程中地基内存在相互切割的多条软弱夹层,构成多斜面深层滑动,计算时选择几个比较危险的滑动面进行试算,然后做出比较、分析和判断。
4.重力坝抗滑稳定计算案例
图2.41 坝体尺寸与荷载
某混凝土重力坝为3级建筑物,正常蓄水位177.00m,相应下游水位为154.10m,校核洪水位为179.02m。按最大坝高拟定出的非溢流坝断面尺寸如图2.41所示。坝基高程149.10m,地基为花岗岩,左岸节理较发育。根据试验数据并参照类似工程资料,选定抗剪断摩擦系数及黏聚力分别为f′=0.85、c′=0.65MPa,不计浪压力和淤沙压力。要求验算正常蓄水位情况下坝基面的抗滑稳定性。
(1)荷载计算。基本组合正常蓄水位情况下,其荷载组合为自重、正常蓄水位情况下的静水压力和扬压力。
1)自重。坝体断面分为两个三角形和一个长方形分别计算,混凝土容重采用24kN/m3,因廊道尺寸较小,计算自重时不考虑。
2)静水压力。静水压力包括上下游的水平水压力和斜坡上的垂直水压力。
3)扬压力。扬压力包括浮托力和渗透水压力,折减系数α采用0.3。
上述荷载计算成果见表2.22。
表2.22 重力坝荷载计算成果
(2)抗滑稳定校核。将以上结果代入抗剪断强度计算公式得
K′=6.24>[K′]=3.0,满足抗滑稳定要求。