工作任务六 重力坝的材料和构造

一、重力坝的材料

重力坝的筑坝材料主要是混凝土和浆砌石。水工混凝土，尤其用于筑坝的混凝土，在材料配比、性能要求、施工质量控制等方面具有不同于一般混凝土的特点，即除应有足够的强度外，还应在天然环境和使用条件下满足抗渗、抗冻、抗磨、抗裂、抗侵蚀等耐久性的要求。

（一）混凝土强度

混凝土强度等级是混凝土的重要性能指标，一般重力坝的混凝土其抗压强度等级采用的是C10、C15、C20、C25等级别；C7.5只用于应力很小的次要部位或作回填使用；C30或更高强度等级的混凝土应尽量少用，或仅用于局部。

大坝混凝土强度标准值一般采用90d龄期强度，保证率为80%的轴心抗压强度（MPa），按表2-8采用。

（二）混凝土的耐久性

1.抗渗性

大坝防渗部位如上游面、基础层和下游水位以下的坝面，其混凝土应具有抵抗压力水渗透的能力。抗渗性的指标通常用抗渗标号表示，抗渗标号也随混凝土的龄期增长，一般取与强度的设计龄期相同。

2.抗冻性

抗冻性是指饱和状态下能经受多次冻融循环而不破坏、不降低强度的能力。

3.抗磨性

抗磨性是指混凝土抵抗高速水流或挟沙水流的冲刷和磨损的性能。根据我国的经验，对于有抗磨要求的混凝土，采用高标号硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥所控制的混凝土，其抗压强度等级不应低于C20号，且要求骨料质地坚硬，施工振摇密实以提高其耐磨性。

4.抗侵蚀性

大坝混凝土可能遭受环境水中某些物质的化学作用，引起侵蚀破坏。如有抗侵蚀性要求时，应选择恰当的水泥品种，并尽量提高混凝土的密实性。

（三）坝体混凝土的分区

坝体各部位的工作条件不同，对混凝土材料性能指标的要求不同。在选用各区混凝土时，应注意：尽量减小整个枢纽中不同混凝土标号的类别，便于施工；为避免产生应力集中或产生温度裂缝，相邻区的强度等级相差不宜超过两级；同一浇筑块中混凝土的标号也不得超过两种。分区厚度一般不小于2～3m。

二、重力坝的构造

构造包括：坝顶结构、坝体分缝、止水、排水、廊道系统布置等内容。

（一）坝顶结构

一般用实体结构如图2-24（a）所示，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也可采用轻型结构，如图2-24（b）所示。

（二）坝体分缝

为适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制以及防止地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，因而要分缝。常见的有横缝、纵缝和水平缝三种，如图2-25所示。

1.横缝

横缝垂直于坝轴线设置，将坝体沿坝轴线分成若干坝段。横缝间距一般为15～20m，主要取决于河谷地形、地基特点、结构布置、温度变化和建筑能力等。

横缝有永久性横缝和临时性横缝两种。永久性横缝又可分为沉降缝、温度缝和兼有两种作用的温度沉降缝。永久性横缝其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，一般也不预留缝宽。当不均匀沉降较大时，可用沥青油毡隔开，缝宽为1～2cm。永久性横缝需设专门止水。临时性横缝缝面常设置键槽和灌浆系统。

2.纵缝

平行于坝轴线的缝称纵缝，纵缝是施工临时缝。设置纵缝的目的是为了做到分仓浇筑，提高混凝土浇筑能力，减少大坝在施工期的温度应力，待温度正常之后进行接缝灌浆，使大坝合成一体。纵缝应用最广的是铅直纵缝，此外还有错缝、斜缝，如图2-26所示。

近年来，世界坝工由于温度控制和施工水平的不断提高，发展趋势是不设纵缝，通仓浇筑，施工进度快，坝体整体性好。

3.水平缝

水平缝是上下层新老混凝土浇筑块的施工接缝，是临时性的。施工时需先将下块混凝土表面的水泥乳膜及浮渣用风水枪或压力水冲洗并使表面成为干净的麻面，再铺一层2～3cm厚的水泥砂浆，然后再在上面浇筑混凝土。

（三）止水

止水设置在横缝靠近上游面附近的地方，这样可以阻止库水渗入横缝。止水片的上部应伸到最高水位以上，一般伸到坝顶，下游必须与坝基岩石妥善连接，并埋入一定深度。常用的止水片材料有金属片、塑料带、橡胶带、沥青等柔性材料。

（四）坝体排水

为了减小渗水对坝体和坝基的有害影响，降低坝体和坝基的渗透压力，在靠近上游面处设置排水管，将渗水通过排水管排入廊道，汇集于集水井内，用水泵或自流排向下游。

坝内排水管布置在距上游坝面的距离为作用水头1/15～1/25处，且不小于2m，排水管间距2～3m，管径为15～25cm。排水管幕沿坝轴线一字排列，管孔铅直，与纵向排水、检查廊道相通，上下端与坝顶和廊道直通。排水管搜集深入坝体的渗水，将其排入廊道。渗水再从廊道排水沟汇集到底部集水井，最后通过自流或抽水机排到下游，如图2-27所示。

（五）廊道系统

为了满足施工和运用要求，需要在大坝坝体内设置各种用途的廊道，如灌浆廊道、排水廊道、检查廊道、交通廊道等。这些廊道之间互相连通，形成一个廊道系统。高坝有时还需要设置电梯井，用电梯井把不同高程的廊道在垂直方向上连接贯通，构成坝体内部立体交通体系。