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1、3.5 温度应力、温度控制和裂缝防止 水化热砼固化过程中产生的热量叫水化热。国产部分水泥的水化热：7天（kJ/kg） 28天硅酸盐水泥：325# 209 272425# 251 314525# 293 355矿渣硅酸盐水泥：325# 188 230低热微膨胀水泥： 425# 167 188如每m3混凝土中有200kg水泥，则100万m3 混凝土因水 泥水化热所产生的热量相当于燃烧2000t煤所释放的能量。 一、坝体温度状况1温度随时间的变化(1)温升阶段 主要在37天内温差： TrTmaxTj 称为水化热温升，一般15-25，最高可达36。Tj砼入仓温度；Tmax入仓后，使砼温度从Tj至最高值
2、；（2）温降阶段温度达到了Tmax后，逐渐散热冷却，温度下降。（3）稳定期靠近坝体表面的温度随外界温度变化而波动，坝体内部一般接近坝址的年平均气温Td。实体重力坝从TmaxTd所需的时间，视散热条件，自几个月至几年不等。温降： TTmax一Td 是温度控制的一个重要指标。2温度在空间的变化靠近坝体表面由于水化热散逸较快，该部位的温度较早地达到稳定温度。 坝体内部由于水化热不易散发，温度下降缓慢，需要较长时间才能到达稳定温度。3温度的周期性变化（1）年变化 365天（2）日变化 24小时（3）寒潮热潮 714天二、施工期的温度应力1.约束应力在靠近基础面浇筑砼时，在温升过程中，浇筑块底部受基岩约
3、束不能自由膨胀，将产生压应力；在温降过程中，受基岩约束将产生水平拉应力、剪应力和垂直正应力。同样，新浇筑砼受老砼（齢期超过28天）约束也会产生温度应力。2.内外温差（自生）应力砼块在浇筑初期，由于表面温度降低，在块体内外形成的温差将使外部收缩受拉而内部受压，当拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生表面裂缝。施工期坝体温度取决于砼入仓时的浇筑温度Tj和水化热温升，由于水化热温升和边界温度都在随时间而变化，因而求解施工期的坝体温度场是很复杂的，一般多采用简化的计算方法，参见砼重力坝设计规范（SDJ2178）。贯穿性裂缝和表面裂缝。危害：横向贯穿性裂缝会导致漏水和渗流侵蚀性破坏；纵向贯穿性裂缝会损坏坝的
4、整体性；水平向贯穿性裂缝会降低大坝的抗剪强度。三、重力坝的温度裂缝和温控措施 1.裂缝的分类图342 重力坝裂缝型式l横向竖直贯穿性裂缝；2纵向竖直贯穿性裂缝；3水平贯穿性裂缝；4坝表面裂缝；5仓面裂缝2.温度控制的目的（1）防止砼温升过高、内外温差过大及气温骤降产生各种温度裂缝；（2）为做好接缝灌浆，满足结构受力要求，提高施工工效，简化施工程序提供依据。3.温度控制标准（1）地基容许温差砼最高温度与稳定温度之差，按表39的数值控制表39 地基容许温差T（0C） 离建基面高度h 浇筑块长边L（m） 16以下172021303140通仓长块（00.2）L26252422221919161614(
5、0.20.4)L2827 2625 2522 2219 1917 （2）上、下层容许温差系指其接触面（先浇砼龄期超过28d）上、下层各l/4范围内、先浇砼上层最高平均温度与新浇砼开始浇筑时下层平均温度之差，建议不超过1520。（3）内外容许温差是指坝块中心温度与边界温度之差。内外容许温差大致和地基容许温差相当，一般不宜大于2025。4.温度控制措施（1）降低入仓Tj预冷骨料和加冰屑拌等来降低砼的入仓温度；加入掺合料（如粉煤灰）和外加剂（如塑化剂）来尽 量减少水泥用量；采用低热水泥；在运输中注意隔热保温。 （2）减少温升Tr冷却水管进行初期冷却；减小浇筑层厚度，延长浇筑块之间的间歇时间，利用仓面
6、 天然散热；在砼中埋大块石。（3）加强养护和保护在砼浇筑后初期需要对坝块表面加覆盖、浇水养护。冬季要抵御寒潮袭击，夏季防止热量回灌进入砼。3.6 重力坝的剖面设计 一、剖面设计原则设计原则：满足稳定不滑动，KK；满足强度不出现拉应力；不超过允许的压应力：【】；工程量小（Vmin），使剖面尺寸最小；外部形状简单，便于施工；运用方便。 二、基本剖面（一）定义：基本剖面是指坝体在自重、库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力要求并使其剖面最小的三角形剖面。见图3-44。工程经验：上游n00.2； 下游m0.60.8； B/H=0.70.9。二、实用剖面1.坝顶宽度（1）满足设备布置、运行、
7、交通及施工的要求：b=H(810)%， 且bm（2）若作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力 时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。2.坝顶高程坝顶应高于校，防浪墙顶的高程应高于波浪。防浪墙顶至设或校的高差h，可按下式计算hh1十hz十hc （m） 式中 h1累积频率为1时波浪高度（m）；hZ波浪中心线高于静水位的高度；hc安全加高，按表310选用。表310 安全加高hC（m）防浪墙顶高程按下式计算：3.常用的剖面形态上游直坡，n=0,适用地质物理力学参数f、c值较大。优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备。缺点：由于在上游面为铅直的基本三角形
8、剖面上增加坝顶重量，空库时下游坝面可能产生拉应力。折坡，n1=0,n20上部铅直，下部倾斜，常用；特点：既可利用水重增加稳定，又可便于管道进口布置设备和操作的优点。上游折坡的起坡点位置一般在坝高的1/32/3的范围内。要验算起坡点高程水平截面的强度和稳定条件。斜坡，n0。适用地质物理力学参数f、c值较低的情况。特点：倾斜的上游坝面可以增加坝体自重和利用一部分水重，以满足抗滑稳定的要求。修建在地震区的重力坝，可采用此种剖面。图345 非溢流坝剖面形态3.7 泄水重力坝 一、溢流重力坝（一）工作特点既是挡水建筑物又是泄水建筑物，应满足：1、稳定、强度要求；2、泄水要求：（1）泄的下（足够的孔口尺寸
9、、体形、有较高的流量系数）；（2）不破坏（不产生不利的负压、振动、空蚀等现象）；（3）保证下游河床安全（不产生危及坝体安全的局部冲刷）；（4）互不影响（下游流态平顺，不产生折冲水流）；（5）便于管理（有灵活控制的闸门、启闭机等）。（二）孔口设计1.洪水标准根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（SL2522000）选用。表312 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物 洪水标准重现期（年）2.孔口形式（1）开敞溢流式（表孔）QH 3/2成正比，超泄能力大，但不能预泄； 还能用于排冰和其他漂浮物； 闸门启闭操作方便，易于检修，工作安全可靠。（2）大孔口溢流（中孔）上部设胸墙，堰顶高程较低，可满
10、足预泄要求； 低水位时开敞（自由）溢流； 高水位时大孔口泄流，QH 1/2成正比，超泄能力不如开敞溢流式。3.孔口尺寸（1）单宽流量的确定（m3/s）经过电站和泄水孔等下泄的流量；式中：系数， 正常运用 0.750.9，校核运用 1.0。m3 /（sm）设L为溢流段净宽，则单宽流量为：单宽流量的选取与地质条件有关，对一般软弱岩石： q=3050m3/（sm）；较好岩石： q=5070m3/（sm）；坚固岩石： q=70130m3/（sm）；近年来，选用的单宽流量在不断增大，例：龚嘴q=254.2 m3/（sm），安康表孔q=282.7 m3/（sm）；委内瑞拉的古里坝q300 m3/（sm）。
11、(2)孔口尺寸 溢流前沿总长L0若孔口宽度为b，孔口数n=L/b，n一般取单数。令闸墩厚度为d，则L0为： 开敞溢流时a、孔口高Hb、堰顶高程堰正常H设 设闸门；堰正常 不设闸门。c、孔口宽 一般情况：b（816）m；当有排浮要求时，可加大到（1820）m。在枢纽布置允许的前提下，闸门宜选用宽而扁，宽高比常采用 b/H1.02.0；d、校核水位下校核过流量 大孔口泄流（m3/s）式中闸门开启高度，m；孔口垂直收缩系数，与比值 a/H有关，见表313。 4闸门和启闭机（1）闸门按结构分平面闸门结构简单，闸墩受力条件好，共用一个活动启门机；缺点：启门力大，闸墩较厚。弧形闸门启门力较小，闸墩较薄，无
12、门槽、水流平顺；缺点：闸墩较长，受力条件较差。按工作性质分工作闸门调节下泄流量，在动水中启闭，启门力较大 。常用平面闸门和弧形闸门；检修闸门用于短期挡水，以便进行检修，静水中启闭 ，启门力较小。一般采用平面闸门，也可浮箱闸门，采用叠梁； 事故闸门是在建筑物或设备出现事故时紧急应用，要求能在动水中关闭； 事故检修闸门检修闸门和工作闸门之间应留有13m的净距，以便进行检 修。 全部溢流孔通常备有12个检修闸门，交替使用。（2）启闭机活动式多用于平面闸门，可以兼用于启吊工作闸门和检修闸门。固定式固定在工作桥上，多用于弧形闸门。5闸墩和工作桥(1) 墩形1半圆曲线； 2椭圆曲线；3抛物曲线； 4三圆弧
13、曲线；5圆弧曲线； 6方形图349 常见的闸墩形状（2）墩厚平面闸门，工作闸门槽深0.52m，宽14m，门槽处的闸墩厚度11.5m；弧形闸门闸墩的最小厚度为1.52m；缝墩，墩厚要增加0.51m。（3）长度和高度应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求。（4）边墩（边墙）边墩顶一般高出水面11.5m；底流消能时，需延长到消力池末端形成导墙；挑流消能时，需延长到挑坎末端；当溢流坝与水电站并列时，导墙长度要延伸到厂房后一定的范围。 6横缝（1）缝在闸墩中间优点：各坝段间产生不均匀沉降时，不影响闸门启闭，工作可靠；缺点：闸墩厚度较大。（2）缝在溢流孔跨中优点：闸墩薄，受力条件好；缺点：易受地基
14、不均匀沉降的影响。（三）高速水流的几个问题1空化和空蚀空化水体中含有许多气核，当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强时，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象称 为空化。 空蚀当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂（一般只有千分之几秒 ），会产生一个很高的局部冲击力（可达几千个大气压）。若 空泡溃灭发生在靠近过水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力 时，可使坝面遭到破坏，这种现象称为空蚀。国内外的工程运行经验和试验表明，当v15m/s时，就有可能发生空蚀破坏，且空蚀强度与水流流速的57次方成正比。图352为泄水建筑物常见的空蚀部位。 2掺气掺气现象：由溢流重力坝下泄的水流，当流速超过78m/s时 ，空气从自由表面进入水体，产生掺气现象。 溢洪道设计规范（SL2532000）规定： 掺气水深式中 未计入波动及掺气的水深，m；未计入波动及掺气计算断面上的平均流速，m/s；修正系数，一般1.01.4，当v20m/s时，采用较大值。 3水流脉动（1）增大作用在建筑物上的瞬时荷载。（2）脉动压力变化有一定的周期性。（3）增加空蚀破坏的可能性。4冲击波在高速水流边界条件发生变化处，如：断面扩大、收缩、转弯处，闸门槽、墩尾等处均是引起
