第八節　重力壩的材料與構造

重力壩的建筑材料主要是混凝土。對于水工混凝土，除強度外還應按其所處的部位和工作條件，在抗滲、抗凍、抗磨、抗侵蝕、抗裂性能方面提出不同的要求。

一、混凝土重力壩的材料

（一）混凝土的強度等級

普通混凝土強度等級是按標準方法制作養護的立方體試件，在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度標準值確定的，混凝土強度隨著齡期延長而增長。壩體常態混凝土強度標準值的齡期一般用90d，碾壓混凝土可采用180d齡期，因此在規定混凝土強度設計值時，應同時規定設計齡期。

大壩常用混凝土強度等級有C7.5、C10、C15、C20、C25、C30。高于C30的混凝土用于重要構件和部位。大壩混凝土的強度標準值可采用90d齡期強度，保證率80%，其軸心抗壓強度的標準值見表2－17。

（二）混凝土的耐久性

（1）抗滲性。對于大壩的上游面、基礎層和下游水位以下的壩面均為防滲部位。其混凝土應具有抵抗壓力水滲透的能力?？節B性能通常用W（抗滲等級）表示。

大壩混凝土抗滲等級應根據所在部位和水力坡降確定，大壩抗滲等級的最小允許值按表2－18采用。

（2）抗凍性?；炷恋目箖鲂阅苤富炷猎陲柡蜖顟B下，經多次凍融循環而不破壞；不嚴重降低強度的性能。通常用F（抗凍等級）來表示。

抗凍等級一般應視氣候分區、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，由表2－19查取。

（3）抗磨性。抗磨性指抵抗高速水流或挾沙水流的沖刷、磨損的能力。目前，尚未制定出定量的技術標準，一般而言，對于有抗磨要求的混凝土，應采用高強度混凝土或高強硅粉混凝土，其抗壓強度等級不應低于C20，要求較高時則不應低于C30。

（4）抗侵蝕性?？骨治g性指抵抗環境水的侵蝕性能。當環境水具有侵蝕性時，應選用適宜的水泥和盡量提高混凝土的密實性，且外部水位變動區及水下混凝土的水灰比可參照表2－20減少0.05。

（5）抗裂性。為防止大體積混凝土結構產生溫度裂縫，除采用合理分縫、分塊和溫控措施外，應選用發熱量低的水泥、合理的摻和料，減少水泥用量，提高混凝土的抗裂性能。

二、混凝土重力壩的材料分區

由于壩體各部分的工作條件不同，因而對混凝土強度等級、抗摻、抗凍、抗沖刷、抗裂等性能要求也不同，為了節省和合理使用水泥，通常將壩體不同部位按不同工作條件分區，采用不同等級的混凝土，圖2－44為重力壩的三種壩段分區情況。

Ⅰ區為上、下游以上壩體外部表面混凝土，Ⅱ區為上、下游水位變動區的壩體外部表面混凝土，Ⅲ區為上、下游以下壩體外部表面混凝土，Ⅳ區為壩體基礎，Ⅴ區為壩體內部，Ⅵ區為抗沖刷部位（如溢洪道溢流面、泄水孔、導墻和閘墩等）。

分區性能見表2－21。

壩體為常態混凝土的強度等級不應低于C7.5，碾壓混凝土強度等級不應低于C5。

同一澆塊中混凝土強度等級不宜超過兩種，分區厚度尺寸最少為2～3m。

三、重力壩壩體的防滲與排水設施

（一）壩體防滲

在混凝土重力壩壩體上游面和下游面最高水位以下部分，多采用一層具有防滲、抗凍、抗侵蝕的混凝土作為壩體防滲設施，防滲指標根據水頭和防滲要求而定，防滲厚度一般為1/10～1/20水頭，但不小于2m。

（二）壩體排水設施

靠近上游壩面設置排水管幕，以減小壩體滲透壓力。排水管幕距上游壩面的距離一般為作用水頭的1/15～1/25，且不小于2.0m。排水管間距為2～3m，管徑約為15～20cm。排水管幕沿壩軸線一字排列，管孔鉛直，與縱向排水、檢查廊道相通，上下端與壩頂和廊道直通，便于清洗、檢查［圖2－45（a）］和排水。

排水管一般為無砂混凝土管，可預制成圓筒形和空心多棱柱形［圖2－45（b）］，在澆筑壩體混凝土時，應保護好排水管，防止水泥漿漏入排水管內，阻塞排水管道。

四、重力壩的分縫與止水

為了滿足運用和施工的要求，防止溫度變化和地基不均勻沉降導致壩體開裂，需要合理分縫。常見的有橫縫、縱縫、水平施工縫。

（一）橫縫

垂直于壩軸線，將壩體分成若干個壩段的縫為橫縫，沿壩軸線15～20m設一道橫縫，縫寬的大小，主要取決于河谷地形、地基特性、結構布置、溫度變化、澆筑能力等，縫寬一般為1～2cm。橫縫分永久性和臨時性兩種。

1.永久性橫縫

為了使各壩段獨立工作而設置的與壩軸線垂直的鉛直縫面，縫內不設縫槽、不灌漿，但要設置止水，縫寬應大于該地區最大溫差引起膨脹的極限值1cm。夏季施工和冬季施工時所留的縫寬是不相同的。在溫度最高時，不允許縫間產生擠壓力。

（1）止水片（帶）。止水片常用的有紫銅片、塑料帶、橡膠帶等。紫銅片一般厚1.0～1.6mm，扎成可伸縮的“”形狀，每側埋入混凝土的長度為20～25cm，距壩面1～2m，應保證接頭焊接良好，深入基巖30～50cm。重力壩橫縫內的止水與壩的級別和高度有關，一般高壩，應采用兩道金屬止水片，中間設瀝青井；中、低壩可以適當簡化，其第一道止水應為紫銅片，對第二道止水及低壩的止水，在氣候溫和地區可采用塑料止水片，在寒冷地區可采用橡膠（或氯丁橡膠）水止帶［圖2－46］。

（2）止水瀝青井。瀝青井位于兩止水片中間，有方形和圓形兩種，邊長和直徑大約為20～30cm，井內灌注Ⅱ號（或Ⅲ號）石油瀝青、水泥和石棉粉組成的填料。井內設加熱電極，瀝青老化時，加熱從井底排出，重填新料。

（3）縫間填料?？p間可挾軟木板、瀝青油氈等?？p口用聚氯乙烯膠泥、混凝土塞、瀝青等封堵。

（4）排水井。在橫縫止水之后宜設排水井。必要時檢查井和排水井合二為一，斷面尺寸約為1.2m×0.8m，井內設爬梯和休息平臺，與檢查廊道相連通。

2.臨時性橫縫

臨時性橫縫在縫面設置鍵槽，埋設灌漿系統，施工后灌漿連接成整體。臨時橫縫主要用于以下幾種情況：①對橫縫的防滲要求很高時；②陡坡上的重力壩段，即岸坡較陡，將各壩段連成整體，改善岸坡壩段的穩定性；③不良壩基上的重力壩，即軟弱破碎帶上的各壩段，橫縫灌漿后連成了整體，增加壩體剛度；④強地震區（設計烈度在8度以上）的壩體。即強地震區將壩段連成整體，可提高壩體的抗震性。當岸坡壩基開挖成臺階狀，坡度陡于1∶1時，應按臨時性橫縫處理。

（二）縱縫

平行于壩軸線的縫稱縱縫，設置縱縫的目的在于適應混凝土的澆筑能力和減少施工期的溫度應力，待溫度正常之后進行接縫灌漿。

縱縫按結構布置型式可分為：①鉛直縱縫；②斜縫；③錯縫，如圖2－47所示。

1.鉛直縱縫

縱縫方向是鉛直的為鉛直縱縫，是最常用的一種型式，縫的間距根據混凝土的澆筑能力和溫度控制要求確定，縫距一般為15～30m，縱縫不宜過多。

為了很好地傳遞壓力和剪力，縱縫面上設呈三角形的鍵槽，槽面與主應力方向垂直，在縫面上布置灌漿系統（圖2－48）。

待壩體溫度穩定，縫張開到0.5mm以上時進行灌漿。灌漿沿高度10～15m分區，縫體四周設置止漿片，止漿片用鍍鋅鐵片或塑料片（厚1～1.5cm，寬24cm）。嚴格控制灌漿壓力為0.35～0.45MPa，回漿壓力為0.2～0.25MPa，壓力太高會在壩塊底部造成過大拉應力而破壞，壓力太低不能保證質量。

縱縫兩側壩塊的澆筑應均衡上升，一般高差控制在5～10m之間，以防止溫度變化、干縮變形造成縫面擠壓剪切，鍵槽出現剪切裂縫。

2.斜縫

斜縫大致按滿庫時的最大主應力方向布置，因縫面剪應力小，不需要灌漿。中國的安砂壩成功地采用了這種方法，斜縫在距上游壩面一定距離處終止，并采取并縫措施，如布置垂直縫面的鋼筋、并縫廊道等。斜縫的缺點是施工干擾大，相鄰壩塊的澆筑間歇時間及溫度控制均有較嚴格的限制，故目前中高壩中較少采用。

3.錯縫

澆筑塊之間像砌磚一樣把縫錯開，每塊厚度3～4m（基巖面附近減至1.5～2m），錯縫間距為10～15m，縫位錯距為1/3～1/2澆筑塊的厚度。錯縫不需要灌漿，施工簡便，整體性差，可用于中、小型重力壩中。

近年來世界壩工由于溫度控制和施工水平的不斷提高，發展趨勢是不設縱縫，通倉澆筑，施工進度快，壩體整體性好。但規范要求高壩通倉澆筑時必須有專門論證。

（三）水平施工縫

壩體上下層澆筑塊之間的結合面稱水平施工縫。一般澆筑塊厚度為1.5～4.0m，靠近基巖面用0.75～1.0m的薄層澆筑，利于散熱，減少溫升，防止開裂?？v縫兩側相鄰壩塊水平施工縫不宜設在同一高程，以增強水平截面的抗剪強度。上、下層澆筑間歇3～7d，上層混凝土澆筑前，必須對下層混凝土鑿毛，沖洗干凈，鋪2～3cm強度較高的水泥砂漿后澆筑。水平施工縫的處理應高度重視，施工質量關系到大壩的強度、整體性和防滲性，否則將成為壩體的薄弱層面。

五、重力壩的壩內廊道系統

重力壩的壩體內部，為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等要求，在壩體內設置了不同用途的廊道，這些廊道相互連通，構成了重力壩壩體內部廊道系統，如圖2－49所示。

（一）基礎灌漿廊道

在壩內靠近上游壩踵部位設基礎（帷幕）灌漿廊道。為了保證灌漿質量，提高灌漿壓力，要求距上游面應有0.05～0.1倍作用水頭，且不小于4～5m；距基巖面不小于1.5倍廊道寬度，一般取5m以上。廊道斷面為城門洞形，寬度為2.5～3m，高度為3～3.5m，以便滿足灌漿作業的要求。廊道上游側設排水溝，下游側設排水孔及揚壓力觀測孔，在廊道最低處設集水井，以便自流或抽排壩體滲水。

灌漿廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高。坡度不宜陡于45°，以便鉆孔、灌漿及其設備的搬運。當兩岸坡度陡于45°時，基礎灌漿廊道可分層布置，并用豎井連接。當岸坡較長時，每隔適當的距離設一段平洞，為了灌漿施工方便，每隔50～100m宜設置橫向灌漿機室。

（二）檢查和壩體排水廊道

為檢查、觀測和壩體排水的方便，需要沿壩高每隔30m設置檢查和排水廊道一層。斷面形式采用城門洞形，最小寬度1.2m，最小高度2.2m，廊道上游壁至上游壩面的距離應滿足防滲要求且不小于3m。對設引張線的廊道宜在同一高程上呈直線布置。廊道與泄水孔、導流底孔凈距不宜小于3～5m。廊道內的上游側設排水溝。

為了檢查、觀測的方便，壩內廊道要相互連通，各層廊道左、右岸各有一個出口，要求與豎井、電梯井連通。

對于壩體斷面尺寸較大的高壩，為了檢查、觀測和交通的方便，還需另設縱向和橫向的廊道。此外，還可根據需要設專門性廊道。