碾压混凝土拱坝铰结拱结构制造技术

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横缝上靠近上游冷却区设置灌浆缝及铰结井，灌浆缝内埋设止水片、升浆和多个止浆片，铰结井内回填膨胀混凝土即形成膨胀混凝土塞；膨胀混凝土塞边缘及横缝内设置作后期灌浆的灌浆系统。本发明专利技术能在横缝未灌浆封闭之前就使拱坝起到拱作用，铰结拱和整体拱在水压作用下应力相近，可以不等待横缝灌浆提前蓄水，提前发挥工程效益；本发明专利技术的铰结拱结构由于保留中下游面敞开，可释放后期拱坝中下游面温降应力，短的铰结点还有利于拱坝降温。（*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铰结拱结构设计。
技术介绍
常态混凝土拱坝主要是依靠拱作用将水压荷载传递到两岸基础，部分通过垂直断面悬臂梁的作用传至坝底河床岩基。拱坝是固接于基岩的整体超静定结构，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应力，坝体内部后期降温可能出现较大的应力，造成裂缝。传统的混凝土拱坝为防止温度裂缝施工期一直采用柱状法分块浇注，沿拱轴每15～20m左右设横缝，降温可自由变形以防裂缝，从上游坝面11到下游坝面12之间横缝的构造，如图1所示，一般包括止浆片14，16、止水片13和键槽15等。横缝一般采用径向或近于径向布置，将坝体分为若干坝段，其主要作用是减小温度应力。缝内预埋灌浆管及出浆盒，以使坝体冷却后灌浆形成整体拱。横缝内设键槽15，键槽主要是为增加缝面的水平向抗剪能力，键槽形状宜采用梯形，槽深15～20cm。横缝内需设止水片13，金属止水片一般采用1.0～1.6mm厚的紫铜片。为使灌浆区之间不串浆，保持灌浆区内的灌浆压力，跨横缝设置止浆片14，16。常用预冷混凝土材料、坝内埋设冷却水管以降低前期最高温升和后期强制降温等措施使坝体温度冷却到稳定温度，一般应使封拱温度不高于运行期稳定温度场，混凝土已充分收缩后，再行封填，以保证拱坝的整体性。近30年来采用碾压混凝土坝代替常态混凝土，其优点在于a、快速连续浇注，能在短期内建成，早日投入运行，大大节约动态投资(碾压混凝土坝平均每月可上升10m以上)；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、可简化工艺，大仓面施工。大仓面浇注减少准备工作量，混凝土运输连续上坝，推土机平仓后用碾压设备压实，简化浇注工艺，大大减少水泥用量，简化温控。由于考虑碾压混凝土中水泥用量少，绝热温升值一般较常态混凝土低，温差也小于常态混凝土，故横缝间距可以比常态混凝土坝大。减少经济用时，降低内部温降，国际上目前已建成碾压混凝土拱坝7座。其中，有的碾压混凝土拱坝未设缝，采用全仓面碾压，浇注后即可形成拱作用，未等待长期冷却提前蓄水，但上游面设置的温度诱导缝至运行期随拉力区向内推移变成贯穿性裂缝；有的碾压混凝土拱坝设置人工诱导缝，但初期温降时贯穿缝(长28m)未通过诱导缝，周围未设灌浆措施，诱导缝周围降温慢，需多次重复灌浆；有的碾压混凝土拱坝采用常规横缝，边浇注边降温，3年后坝体已冷却灌浆，未设诱导缝，但工期较长。综上可以看出由于大体积混凝土内部降温慢，等待降温至灌浆温度的时间较长，且难以依靠多次灌浆形成整体拱；碾压混凝土拱坝虽可以大仓面浇注，较常态混凝土拱坝绝热温升小，由于拱坝坝仓面较长，也形成较大的后期温降应力，可产生径向裂缝破坏拱坝的整体性，考虑发挥碾压混凝土大仓面连续浇注的优越性，又便于削减坝内应力，也需要设置横缝降低温度应力，仍然需要等待较长时间，使横缝温度降至稳定温度才能灌浆形成整体拱作用，从而推迟碾压混凝土拱坝的投入运行日期。
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，在充分考虑碾压混凝土拱坝的温度变化特性的基础上，提出一种碾压混凝土拱坝铰结拱结构，能在横缝未灌浆封闭之前就使拱坝起到拱作用，铰结拱和整体拱在水压作用下应力相近，可以不等待横缝灌浆提前蓄水，提前发挥工程效益；本专利技术的铰结拱结构由于保留中下游面敞开，可释放后期拱坝中下游面温降应力，短的铰结点还有利于拱坝降温。本专利技术提出的一种碾压混凝土拱坝铰结拱构造，其特征在于，包括在碾压混凝土拱坝的横缝上靠近上游冷却区设置灌浆缝及铰结井，灌浆缝内埋设止水片、升浆管和多个止浆片，铰结井内回填膨胀混凝土即形成膨胀混凝土塞；膨胀混凝土塞边缘及横缝内设置作后期灌浆的灌浆系统。膨胀混凝土塞后方可设置横缝灌浆键槽。膨胀混凝土塞在铰结井内回填膨胀混凝土即形成膨胀混凝土塞，膨胀混凝土可采用在水泥中外掺膨胀剂，使之至少不收缩甚至有微量膨胀，保证膨胀混凝土塞可以将碾压混凝土拱坝左右两坝段良好连接，以便拱向传力。灌浆系统铰结井后跨横缝亦设止浆片保证各灌浆区之间不串浆。每高10～12m为一个灌浆区，灌浆区的顶部、底部以及上下游坝面附近分别设置止浆片，在靠近灌浆区下面的横缝一侧埋设进浆管和回浆管，通至廊道或下游坝面，升浆管和出浆盒按常规布置，为灌浆需要在灌浆区上部按常规设三角形排气槽、排气管和阀门。灌浆区下部为骑缝钢筋。从下游面一定范围内沿径向还可设浸涂沥青模板，拱坝下游面可有防护层。浸涂沥青木板保证相邻坝段自然冷却后在此区域形成永久横缝，不灌浆处理，可释放拱坝下游面施工期和运行期的温度应力。下游横缝端部可设槽钢，以防止缝延伸。本专利技术的作用，效果及适用范围1.碾压混凝土拱坝浇注后虽然温升较小，浇注后由于水化热温升影响，拱坝内部混凝土温度较高，表层混凝土由于温度和湿度的原因温度较低，仍形成上下游散热冷却区(加上变态混凝土区可埋设人工冷却水管)，不难在越冬后或半年内加人工冷却措施形成上游4～5m拱坝低温区，在中缝上游冷却区填膨胀混凝土塞形成“铰结拱”结构，膨胀混凝土塞边缘及横缝内保留灌浆系统以实现拱坝后期灌浆。由于膨胀混凝土塞处在表层冷却区，该部分混凝土温度采用天然冷却或人工冷却的办法可以在施工期就降至设计规定的接缝灌浆温度，在施工期回填膨胀混凝土塞使之起到局部拱的作用，这就是“铰结拱”，则后期拱坝降温过程坝体中央横缝为自由面，约束拉力下降，在水压作用下铰结拱(仅局部压力加大)和整体拱应力相近，人工缝端保持稳定，可提前蓄水。2.本专利技术的构造在水压作用下，膨胀混凝土塞(铰结点)占部分拱冠断面即可以使横缝两侧拱很好连接，传递拱向作用力，膨胀混凝土塞主要改变拱冠附近应力，对两坝肩应力影响很少，上游人工短缝大大削减坝肩拉应力集中，下游人工短缝在拱冠下游区也造成局部应力突变。利用中央横缝上游混凝土冷却区做一定长度混凝土塞即可和整体拱坝水压应力相近。在均匀温降荷载作用下，坝肩设上游人工短缝，拱向自由变形释放温降收缩应力，拉力突变明显下降，一定长度膨胀混凝土塞在拉力和弯矩压力作用下，上游坝面出现微压，按坝体施工期实际不均匀温度分布(混凝土塞区7℃)，下降为稳定变场温度，上游坝面均为压应力。下游面大部分处于拉力区，中央横缝的中下游面敞开的铰结拱可以释放后期拱坝下游面温降应力，中缝混凝土塞(铰结点)短有利于拱坝降温。碾压混凝土拱坝大仓面经济快速施工，大大缩短施工期，水化热温升低，表层前期混凝土内外温差小，易于抗裂保证质量。当内部不埋设冷却水管时，可利用混凝土坝表层前期冷却区设置膨胀混凝土塞形成“铰结拱”提前蓄水，后期拱坝降温时下游拉力区因中缝保留自由变形面消除拉力，中缝可以等待拱坝降温到稳定场再灌浆。灌浆前由“铰结拱”代替“整体拱”挡水，由于“铰结拱”和“整体拱”应力相近，不影响拱坝提前投入运行日期。3.本专利技术的铰结拱结构适用于不能完全防止温度约束裂缝而需设置横缝的拱坝结构，尤其对于大仓面施工的碾压混凝土拱坝为防止温度裂缝而设置横缝的情况适用性更好，它可解决施工期蓄水或施工完就蓄水，不必等待横缝降温，提前发挥工程效益。附图说明图1为常规拱坝横缝布置图。图2为本专利技术的碾压混凝土拱铰结拱实施例平面图。图3为本专利技术的碾压混凝土拱铰结拱实施例立面图。图4a为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碾压混凝土拱坝铰结拱结构，其特征在于，包括在碾压混凝土拱坝的横缝上靠近上游冷却区设置灌浆缝及铰结井，灌浆缝内埋设止水片、升浆管和多个止浆片，铰结井内回填膨胀混凝土即形成膨胀混凝土塞；膨胀混凝土塞边缘及横缝内设置作后期灌浆的灌浆系统。

【技术特征摘要】

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