碾压混凝土拱坝人工短缝结构制造技术

本发明专利技术属于水利工程技术领域，包括在碾压混凝土拱坝的左右坝肩设人工折缝，缝内设止水、排水和灌浆系统，缝端设止裂材料；在拱坝的下游拱冠设人工径向短缝，缝端设止裂材料。本发明专利技术能有效地释放大坝施工期大仓面碾压混凝土的温度应力、运行期拱坝的温降拉应力及水荷拉应力，如果在施工末期对坝肩人工折缝进行灌浆，还能改善拱座的稳定性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利工程
，特别涉及碾压混凝土拱坝结构设计。
技术介绍
拱坝是固接在基础岩体上的整体超静定结构，混凝土浇注后前期混凝土内部温度升高，表面散热温度低，内外温差形成表面的温差拉应力，混凝土拱坝后期降温引起拉力尤其在拱座上游面和拱冠下游面产生较大的温度拉应力，水库蓄水的水荷载还会加大拱座上游面的拉应力，当温度和水荷载引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，坝体就会出现裂缝，破坏拱坝的整体性。常规的混凝土拱坝为防止裂缝施工期采用柱状法分块浇注，沿拱轴每15米～20米设横缝，温度变化可自由变形，横缝采用径向布置，将坝体分成若干坝段。缝内预埋灌浆管和出浆盒，以便坝体冷却后灌浆形成整体拱。常用预冷混凝土材料，坝内埋设冷却水管进行通水冷却以降低前期最高温升和后期强制降温等措施使坝体混凝土温度冷却到稳定温度，混凝土已充分收缩后，再行灌浆封拱，以保证拱坝的整体性。近30年来采用碾压混凝土代替常态混凝土，其优点在于a、连续快速浇注，能缩短筑坝工期，大大节约动态投资；b、减少水泥用量，但仍能保持较高的后期强度，且相应减少对混凝土温控的要求；c、可简化施工工艺，大仓面浇注。国内外已建成碾压混凝土拱坝7座。南非1988年和1990年建成了两座碾压混凝土重力拱坝(50米高的夸尔波尔特坝和70米高的乌勒维丹斯坝)，采用全仓面浇注，未设横缝，其温度诱导缝布置如图1所示，在上游面设置温度诱导缝(11-15)，近于径向布置，缝长为2米，缝之间的间距为10米，这种温度诱导缝到运行期随拉力区向内推移，有的发展为贯穿性裂缝，破坏了拱坝的整体性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种碾压混凝土拱坝人工短缝结构，使其即能发挥碾压混凝土大仓面连续浇注的优越性，又便利于削减拱坝的拉应力，在碾压混凝土拱坝的拱座上游面和拱冠下游面提供自由变形面，可进行有效的应力释放，并能控制拉力区裂缝的位置。本专利技术提出的一种碾压混凝土拱坝人工短缝构造，其特征在于，包括在碾压混凝土拱坝的左右坝肩上游设置人工折缝，在人工折缝的上游面设止水，缝内设排水管，缝边部布置升浆管和出浆盒，缝端设有止裂材料；拱坝的下游拱冠拉力区设有人工径向缝，缝端设弹性模量＞200000Mpa的止裂材料。在左右坝肩采用常态混凝土或变态混凝土的垫座。还包括在左右坝肩下游设与坝体碾压混凝土相同材料的贴角。所说的人工折缝的径向段长度为1.0米～1.5米，一般不应超过坝厚的1/4，以免加大坝肩剪应力，折缝转角θ为30～60°左右，弯折段长度与径向段长度相近。缝边部布置升浆管和出浆盒，以便在上游坝面部位混凝土降温后进行灌浆，连成整体。所述的缝端埋设的止裂材料如钢材等，可增大韧性，阻止裂缝发展。所述的人工径向缝，其径向长度为1米～2米，缝端区埋设止裂材料，阻止裂缝发展。所说的混凝土垫座可增长坝体混凝土与岩石的接触面，使岩石受力均匀，增强基础面的抗剪能力，也能增加上游抗绕流能力，便于埋设人工折缝的预埋件，改善有效传力断面。所说的拱肩下游贴角可补偿由于人工折缝径向段削弱的坝体厚度，增强坝肩抗剪能力。所述的人工径向缝采用浸涂沥青木板制作，当浸涂沥青木板两边的变态碾压混凝土自然冷却后可形成永久短缝，缝内不灌浆，可释放拱坝下游面施工期和运行期的温度应力及运行期的水荷应力，缝端部设止裂材料，可防止缝向坝内延伸。本专利技术的作用及效果碾压混凝土拱坝通仓浇注后，由于大面积水化热温升的影响，拱坝内部混凝土温度较高，而表层混凝土受环境因素影响温度较低，这就形成较大的内外温差拉应力，用高掺粉煤灰低热混凝土可以降低温差应力。设上游坝肩人工折缝可以将坝肩上游部位的拉力区转移到内部缝端，用折缝把缝端转入低应力区，也可减小缝和内部主拉应力方向的交角，以削减缝端断裂能，在缝端区埋设止裂材料，可防止缝向坝内延伸。坝肩人工折缝的主要作用是释放碾压混凝土拱坝施工期的温度拉应力，到施工末期，水库蓄水前夕，当拱坝上游表层部位温降后，也可对人工折缝内进行灌浆封拱，拱坝整体承受运行期水荷的作用，并增加拱坝的稳定性。下游人工短缝内不灌浆，可承担释放拱冠下游水荷拉应力和施工期及运行期温度拉应力的作用。碾压混凝土拱坝为加快浇注进度而不设横缝时，采用坝肩上游人工折缝和拱冠下游人工径向缝可以有效地释放施工期大仓面碾压混凝土的温度应力，施工末期，如果对坝肩上游人工折缝进行灌浆，连成拱坝整体结构，能有效承受水库蓄水后的水荷作用，并将坝肩推力稍转向上游，增加拱坝拱座的稳定性，而拱冠下游的人工径向短缝不灌浆，这种短缝可以有效地释放拱冠下游水荷拉应力和运行期温降拉应力。本专利技术的人工短缝结构适用于月平均气温0℃以上地区的碾压混凝土拱坝，尤其有充足廉价粉煤灰、石粉和掺合料供应地区，一般中低型碾压混凝土拱坝，不需要设横缝，可大大加快浇注进度，实现施工期蓄水，提前发挥工程效益。附图说明图1为已有的一种碾压混凝土重力拱坝温度诱导缝布置示意图。图2为本专利技术的碾压混凝土拱坝人工短缝构造布置示意图。图3为本专利技术的实施例结构示意图，其中，图a为拱圈平面示意图，图b为拱冠梁断面示意图。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提出的碾压混凝土拱坝人工短缝构造如图2所示，图中，在拱坝左右坝肩部位设人工折缝211和212，径向长度为1.0米～1.5米，一般不应超过坝厚的1/4，以免加大坝肩剪应力，折缝转角θ为30～60°左右，折缝长度与径向相近。在人工折缝的上游面设止水231和232，缝内设排水管241和242，缝边部布置升浆管和出浆盒251和252，以便在上游坝面部位混凝土降温后进行灌浆，连成整体。缝端区埋设止裂材料261和262，以增大韧性，阻止裂缝发展。在拱坝下游拱冠拉力区设人工直缝221、222和223，径向长度为1米～2米，短缝用浸涂沥青木板制成，缝端区埋设止裂材料263、264和265，阻止裂缝发展。混凝土垫座坝体采用全仓面的碾压混凝土材料R11，在两坝肩改用常态混凝土或变态混凝土的垫座R21和R22，以增长坝体混凝土与岩石的接触面，使岩石受力均匀，增强基础面的抗剪能力，也能增加上游抗绕流能力，便于埋设人工折缝的预埋件，改善有效传力断面。拱肩下游贴角在拱肩下游设碾压混凝土材料的贴角R31和R32，以补偿由于人工折缝径向段削弱的坝体厚度，增强坝肩抗剪能力。浸涂沥青木板当浸涂沥青木板两边的变态碾压混凝土自然冷却后可形成永久短缝，缝内不灌浆，可释放拱坝下游面施工期和运行期的温度应力及运行期的水荷应力，缝端部设止裂材料，可防止缝向坝内延伸。本专利技术设计的一种碾压混凝土拱坝人工短缝构造实施例如图3所示，本实施例是在温带地区(年平均气温为18.2℃)修建的碾压混凝土薄拱坝，坝高63.5米，坝底厚12米，厚高比0.189，坝体平面为单心园拱坝，为便于碾压混凝土施工，上游坝面无倒坡，最大中心角114°，坝顶弧长95.5米。该碾压混凝土薄拱坝的水泥(425#)用量较少，水化热温升较低(约11℃～12℃)，在低温季节用较低的入仓温度进行整体式大仓面浇注碾压。坝体采用人工短缝结构。典型拱圈平面及拱冠断面示意如附图3。在拱坝左右坝肩上游设两条人工折缝411和412，径向长度为1.5米，折缝长度2.0米。本实施例折缝的折转角度为45°，不设缝时，坝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碾压混凝土拱坝人工短缝结构，其特征在于，包括在碾压混凝土拱坝的左右坝肩上游设置人工折缝，在人工折缝的上游面设止水，缝内设排水管，缝边部布置升浆管和出浆盒，缝端设有止裂材料；拱坝的下游拱冠拉力区设有人工径向缝，缝端设止裂材料，所说的止裂材料的弹性模量大于２０００００Ｍｐａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光廷，张富德，谢树南，李鹏辉，陈凤岐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]