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2020年一級造價師《技術與計量水利》考點:重力壩
水利樞紐及其組成建筑要分等分級,即先按工程規模、效益及其在國民經濟中的重要性,將水利樞紐分等。
(一)重力壩的基本原理及特點
1.重力壩基本原理
巖基上的重力壩是主要依靠自身重量在地基上產生的摩擦力和壩與地基之間的凝聚力來抵抗壩前的水推力以保持抗滑穩定。
2.重力壩與其他壩型相比的特點
(1)重力壩斷面尺寸大,安全可靠。
(2)重力壩各壩段分開,結構作用明確。
(3)重力壩的抗沖能力強,樞紐的泄洪問題容易解決。
(4)對地形地質條件適應性較好。對地基要求高于土石壩,低于拱壩及支墩壩。
(5)重力壩、體積大,可分期澆筑,便于機械化施工。
(6)壩體與地基的接觸面積較大,受揚壓力的影響也大。
(7)重力壩的剖面尺寸較大,壩體內部的壓應力一般不大,因此材料的強度不能充分發揮,所以壩、體大部分區域可適當采用強度等級較低的混凝土,以降低工程造價。
(8)壩體體積大,水泥用量多,混凝土凝固時水化熱高,容易形成裂縫,從而削弱壩體的整體性,所以混凝土重力壩施工期需要嚴格的溫度控制和散熱措施。
(二)重力壩的分類及布置
1.重力壩的分類
2.重力壩的布置
(三)重力壩的材料、分區及溫度裂縫
1.混凝土重力壩的材料
建造重力壩的混凝土,除應有足夠的強度以保證其安全承受荷載外,還應要求在周圍天然環境和使用條件下具有經久耐用的性能,即耐久性。耐久性包括抗滲性、抗凍性、抗磨性、抗蝕性等。
(1)強度。
混凝土的強度是隨齡期增加的,對壩體提出強度要求時,必須指明相應齡期。
壩體混凝土抗壓設計齡期一般采用90d,最多不宜超過180d。同時規定相應28d齡期的強度,作為早期強度的控制。
考慮到某些部位的混凝土早期就要承受局部荷載以及溫度應力和收縮應力,所以規定混凝土28d 齡期的抗壓強度不得低于7.5MPa。
抗拉強度一般不用后期強度,而采用28d 齡期的強度。
大壩常態混凝土90d齡期保證率80%的強度標準值,按下表采用。
大壩常態混凝土強度標準值
(2)抗滲性。
大壩防滲部位如上游面、基礎層和下游水位以下的壩面,其混凝土應具有抵抗壓力水滲透的能力。
(3)抗凍性。
混凝土的抗凍性是指在飽和狀態下能經受多次凍融循環作用而不破壞、不嚴重降低強度的性能。通常以抗凍等級表示。
大壩混凝土的抗凍等級應根據氣候分區、凍融循環次數、表面局部小氣候條件、水分飽和程度、結構構件重要性和檢修的難易程度等因素來確定。
(4)抗磨性。是指混凝土抵抗高速水流或挾沙水流的沖刷和磨損的性能。
抗沖磨強度指每平方米試件表面被磨損1kg 所需小時數;
損失率為試件每平方米受磨面積上,每小時被磨損的量(以kg計)。
(5)抗侵蝕性。
如有抗侵蝕性要求時,應選擇恰當的水泥品種,并盡量提高混凝土的密實性。
2.壩體混凝土的分區
3.混凝土的溫度裂縫及防裂措施
1)壩體混凝土的溫度變化
壩體混凝土內各處的穩定溫度,取決于邊界上的溫度。常以各點的年平均溫度作為穩定溫度,實質上相當于壩體邊界溫度均為年平均溫度(氣溫、水溫、地溫)所形成的穩定溫度場。
2)溫度裂縫的成因
溫度裂縫是由于溫度拉應力超過材料抗拉強度產生的,而溫度應力則取決于溫差及約束條件,因此防止壩體溫度裂縫的措施,主要有加強溫度控制、提高混凝土的抗裂強度、保證混凝土的施工質量和采用合理的分縫、分塊等方面。
3)防止溫度裂縫的措施
在混凝土抗裂性能和塊體約束條件己定的情況下,嚴格控制混凝土壩在施工期的溫度變幅,正確規定溫差標準,從而控制溫度應力,是防止大壩溫度裂縫的重要途徑。
混度控制措施主要有減少混凝土的發熱量 、降低混凝土的入倉溫度 、加速混凝土熱量散發 、防止氣溫不利影響、進行混凝土塊表面保護等。
(四)重力壩的基本構造
2.壩體分縫
混凝土重力壩為防止在運用期由于溫度變化發生伸縮變形和地基可能產生不均勻沉陷而引起裂縫,以及為了適應施工期混凝土的澆筑能力和溫度控制等,常需設置垂直于壩軸線的橫縫和平行于壩軸線的縱縫。
1)橫縫及止水
永久性橫縫將壩體沿壩軸線分成若干壩、段,其縫面常為平面,不設鍵槽,不進行灌漿,使各壩段獨立工作。
橫縫中的止水設備必須與壩基妥善連接,止水片的下端應伸入基巖30 -50 cm,并用混凝土緊密嵌固。
2)縱縫和水平縫
縱縫是為適應混凝土澆筑能力和減小施工期溫度應力而設置的臨時縫。
縱縫的布置型式有三種:垂直縱縫 、斜縫和錯縫。
縱縫必須在水庫蓄水運行前 、混凝土充分冷卻收縮 、壩體達到穩定溫度的條件下進行灌漿填實,使壩段成為整體。
斜縫可大致沿主應力方向設置。由于縫面的剪應力很小,可只在縫面上鑿毛,加設鍵槽,而不必進行水泥灌漿。
斜縫不應直通上游壩面,須在離上游壩、面一定距離處終止
錯縫澆筑在壩段內沒有直通到頂的縱縫,結構整體性較好,可不進行灌漿
3.壩體排水
為了減小滲水對壩、體的有害影響,降低壩體中的滲透壓力,在靠近上由于壩面處應設置排水管。將壩體滲水由排水管排入廊道,再由廊道匯集于集水井,用水泵排向下游。
4.壩內廊道
(五)碾壓混凝土重力壩
碾壓混凝土壩是改革常態混凝土壩傳統的施工技術,采用無坍落度的干硬性貧混凝土,用土石壩、施工機械運輸、攤鋪和碾壓的方法分層填筑壓實成壩。
1.碾壓混凝土的原材料
1)水泥
2)混合材料
由于碾壓混凝土的含水量和水泥用量均少,一般都要加入粉煤灰或火山灰等混合材料,以增加微細顆粒的絕對體積,利于壓實和防止材料分離。
內部碾壓混凝土摻量一般小于膠凝材料總量的65%。外部碾壓混凝土摻量一般小于膠凝材料總量的55%。
增加摻量不但能更好地填充骨料間的空隙,降低水化熱,還可在某種程度上提高混疑土的后期強度。
3)細骨料
砂的含水量的變化對碾壓混凝土拌和物稠度的影響比常態混凝土敏感,因此控制砂的含水量十分重要。
4)粗骨科
5)外加劑
為了提高混凝土拌和物的和易性,推遲初凝時間,使大體積混凝土的碾壓層保持“活態“,從而充分保證整體性,防止產生冷縫,一般必須使用緩凝型的減水劑。
6)配合比
壩工碾壓混凝土的水膠比在 0.42 -0.65 較適宜。
膠凝材料的用量,一般不宜低于140kg/m3,包括水泥、粉煤灰及其他活性混合材料總量。
2.碾壓混凝土壩分區
碾壓混凝土壩的基礎墊層在河床部位常采用常態混凝土,在岸坡部位一般采用變態混凝土。
3.碾壓混凝土的特點
(1)單位體積膠凝材料用量少。
(2)單位體積用水量少。一般比常態混凝土少40% 左右,以便于振動碾通過混凝土表面碾壓密實。碾壓混凝土的單價一般比常態混凝土降低 15%-30%。
(3)抗凍、抗沖、抗磨和抗滲等耐久性能比常態混凝土差。
碾壓混凝土壩在壩基、上下游壩面2-3m 的范圍內及壩頂部位都另澆常態混凝土或用預制板加以保護。
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