混凝土重力坝筑坝材料的分区设计 2.docx

混凝土重力坝筑坝材料的分区设计
作者：李剑波指导教师：凤炜
摘要
混凝土重力坝的材料主要是混凝土。重力坝除要求材料有足够的强度外，还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况，分别满足耐久性（包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀）和低热性等。根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，以节约和合理使用水泥。
关键词：混凝土重力坝；碾压混凝土重力坝；坝体分区；设计
Keywords:Concretegravitydam；RCCDgravitydam；Dampartition；Design
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抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。由于混凝土所使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，是环境污染严重、生态破坏较大的行业之一；水泥的大量使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使用；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原因。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情况下，减少水泥用量、降低工程投资、减少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
混凝土重力坝的材料主要是混凝土。重力坝除要求材料有足够的强度外，还应根据大坝工作条件、地区气候等具体情况，分别满足耐久性（包括抗渗、抗冻、抗冲耐磨和抗侵蚀）和低热性等。根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，以节约和合理使用水泥。一般可分为下列各区：

坝体混凝土分区图
Ⅰ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；
Ⅱ区：上、下游水位变化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；
Ⅲ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；
Ⅳ区：与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；
Ⅴ区：坝体内部混凝土，可以采用比坝基部位混凝土低一标号的混凝土，但要严格控制发热量，以避免温度应力造成坝体开裂；坝体内部混凝土的标号不应低于R90100，
Ⅵ区：抗冲部位（如溢流面、泄水孔、闸墩、导墙等处）的混凝土，受高速水流的作用，要求该部位要有高强度，抗冻、抗冲刷、抗侵蚀性；高速水流区的混凝土应采用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。当采用耐磨材料衬护时，应与混凝土可靠结合。

大坝混凝土分区要素
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。为了方便施工，分区厚度一般不小于2～3m。
上述的分区方式是基于常态混凝土大坝而言的，随着人们对各种大坝的研究与比较，常态混凝土重力坝的缺点（如施工工期长、造价较高）不断受到人们的诟病。随着坝高的不断增加，拱坝和土石坝成为其强有力的竞争对手。一段时期以来，发达国家重力坝在大坝中的比重明显下降。直到20世纪80年代，出现了采用超干硬性混凝土和振动碾压实方式的筑坝技术，混凝土重力坝得到了新的发展。这种称为“碾压混凝土重力坝”的新坝型一出现，就受到了工程界的普遍关注。碾压混凝土筑坝采用在层面上振动碾压的方法，因此可以采用超干硬性无坍落度的混凝土，材料用水量小；同时采用较高的粉煤灰含量，所以使用水泥也少；施工较简便，可用土工施工机械设备，设备用量也较少；施工较安全，速度较快；可缩短工期，降低工程造价，因而在技术经济上十分有利。
虽然碾压混凝土大坝的施工方式与常态混凝土大坝的施工方式区别较大，但是原有的筑坝材料分区方式在碾压混凝土重力坝中依然适用。
碾压混凝土重力坝的材料的分区，上游坝面的分区应与防渗层结构相结合考虑。当上游防渗层采用常态混凝土防渗层、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足坝体防渗要求（防渗层宜优先采用二级配碾压混凝土，其抗渗等级的最小允许值为：H＜30m时，W4；H=30m～70m时，W6；H=70m～150m时，W8；H＞150m时，应进行专门试验论证；二级配碾压混凝土防渗层的有效厚度，宜为坝面水头的1/30～1/15，但最小厚度应满足施工要求。二级配碾压混凝土防渗层上游表面采用变态混凝土时，变态混凝土的厚度宜为30cm～50cm，最大厚度不宜大于100cm）。当采用沥青材料、合成橡胶、聚氯乙烯防渗层时，其厚度应根据抗渗性、耐久性、变形特性及与混凝土面的结合情况，由