CN109469017A - 一种混凝土面板坝的设计方法及凸型面板结构及施工方法 - Google Patents

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张合作
王富强
田业军
蔡大咏
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Abstract

本发明公开了一种混凝土面板坝的设计方法及凸型面板结构及施工方法，将该混凝土面板坝在结构上整体凸向上游，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的趾板和基岩，在分缝上亦按照传统的直线型面板结构对其进行面板结构分缝和防渗处理；在受力上，借助拱的传力作用，面板结构承受轴线反力，扩散因蓄水以后因水压力作用引起的坝体变形，进而避免因应力集中导致的面板挤压破坏。由于该结构借助面板拱形的传力作用，避免了河床中部相邻面板间产生挤压破坏，因此具有较好的经济作用，同时提高了面板结构的耐久性和安全性。

Description

一种混凝土面板坝的设计方法及凸型面板结构及施工方法
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种混凝土面板坝的设计方法及凸型面板结构及施工方法。
技术背景
现有的面板结构设计主要包括面板尺寸和分缝、混凝土设计及配筋、面板防裂等设计内容。面板的厚度从顶部向底部逐步增加，其厚度按照t＝0.3+0.0035H确定，面板分缝主要依据河谷形状、坝体变形及施工条件，垂直缝的间距主要按照6～18m设置，混凝土设计主要是保证混凝土面板的耐久性、抗渗性、抗裂性及施工和易性，配筋通常采用单层或者双层在工程中都有应用，同时为了防止混凝土面板开裂，在面板混凝土中都掺加了适量的外加剂。采用以上方法建设的面板坝运行都基本正常，但随着该坝型建设高度的增加，很多工程在后期的运行中因为坝体变形导致了面板破损，进而产生很大的渗漏量、影响了工程的安全性和经济性，如国外的阿瓜米尔帕、坎波斯诺沃斯、辛戈面板堆石坝等，国内的天生桥一级、株树桥等面板坝。为此，在面板的结构设计中又提出了控制坝体变形的设计思路，并在国内的水布垭、三板溪等高面板坝进行了实践，从运行效果来看，该方法对于降低面板结构破损，特别是挤压破坏有较好的效果，但这些坝仍不同程度的出现了面板破损的情况，其发生破坏位置主要位于河床部位面板。
目前混凝土面板坝在建设中采用了多种方法防止面板发生结构性破坏，特别是挤压破坏，但并没有完全避免面板挤压破坏的发生，还是有很多工程不同程度的发生了挤压破坏，轻微者采取了水下修补或者降低水位进行修补的措施，严重者甚至对水库进行放空修补或者降低水位运行的方式，不仅影响了工程的蓄水和发电效益，更有甚至对下游的人员造成了安全威胁，同时制约了对该坝型向更高坝发展。
面板坝采用当地材料筑坝，因此坝体变形相对较大，主要是沿坝体竖直向、顺河向和坝轴线方向，其中尤以坝体竖直向最大，顺河向次之。而面板产生挤压破坏主要是由于坝轴线方向位移过大和蓄水后顺河向坝体位移过大造成的。以往采用的传统直线型面板结构，适应两个方向的变形只能依靠面板的分缝，一旦面板分缝不当则会造成面板挤压破坏或者因面板接缝过宽造成的渗漏量过大的问题。
发明内容
为解决直线型面板结构适应坝体顺河向、坝轴线方向变形过大的问题，本发明提出了一种能更好适应坝体顺河向、坝轴线方向变形过大的面板结构，以解决坝体变形过大引起面板结构破坏，特别是面板挤压破坏的问题。
本发明所采用的技术方案是：
本发明采用这样的设计方法：在结构上整体凸向上游，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的趾板和基岩，在分缝上亦按照传统的直线型面板结构对其进行面板结构分缝和防渗处理。在受力上，充分借助拱的传力作用，面板结构承受轴线反力，扩散因蓄水以后因水压力作用引起的坝体变形(顺河向和坝轴线方向)，进而避免因应力集中导致的面板挤压破坏。
相比较以往的直线型面板结构，凸型面板充分借助拱作用将水压力的全部或部分荷载传给两岸的趾板和基岩，避免了以往直线型面板蓄水后因两岸的基岩刚度远大于坝体填筑料刚度，所以使坝体填筑料顺河向向下游位移，顺坝轴线方向向河床位移，进而导致河床中部面板产生挤压破坏。
为实现上述目标，本发明内容提出了一种在混凝土面板坝上游设置凸型面板结构，该面板结构在同一高程上面板厚度保持一致，但河床中部位置的面板向比较两岸面板更加凸向坝体上游，在平面上形成一个拱形结构，进而传力给两岸的趾板和基岩，避免河床中部相邻面板间发生挤压破坏。同时为保证面板结构厚度的均一性和上游面的连续性，要求混凝土面板下游的垫层料坡面体型与面板结构一致。
与现有的技术对比，本发明提出的凸型面板结构整体凸向上游，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的趾板和基岩，在分缝上亦按照传统的直线型面板结构对其进行面板结构分缝和防渗处理。在受力上，充分借助拱的传力作用，面板结构承受轴线反力，扩散因蓄水以后因水压力作用引起的坝体变形(顺河向和坝轴线方向)，进而避免因应力集中导致的面板挤压破坏。
相比较以往的直线型面板结构，凸型面板充分借助拱作用将水压力的全部或部分荷载传给两岸的趾板和基岩，避免了以往直线型面板蓄水后因两岸的基岩刚度远大于坝体填筑料刚度，所以使坝体填筑料顺河向向下游位移，顺坝轴线方向向河床位移，进而导致河床中部面板产生挤压破坏。
由于该结构借助面板拱形的传力作用，避免了河床中部相邻面板间产生挤压破坏，因此具有较好的经济作用，同时提高了面板结构的耐久性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-混凝土面板，2-混凝土趾板，3-垫层区，4-过渡区，5-堆石区，6-块石护坡，7-地面线，8-河谷中心线，9-坝轴线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种混凝土面板坝凸型面板结构，包括：混凝土面板1、混凝土趾板2、垫层区3、过渡区4、堆石区5、块石护坡6等，各部件的结构与及地面线7、河谷中心线8、坝轴线9等的关系见图1所示。
其中混凝土面板1在厚度和面板分缝上应按照《混凝土面板堆石坝设计规范》(DL/T5016-2011)确定，同时要求在同高程面板应形成微拱，以达到河床向两岸扩散、传递力的作用，河谷中心线8位置的混凝土面板1相对于两岸连接混凝土趾板2的位置向上游整体凸出最大高度h不小于30cm，且不大于1.0m。
考虑到施工的便利性，要求垫层区3在施工后应整凸向上游且连续平滑，满足面板浇筑条件。
该发明其他结构、材料和施工应依据混凝土面板堆石坝设计和施工规范确定。
本发明的混凝土面板坝凸型面板结构，具体实施如下：
1、完成混凝土趾板2基础开挖后，开始混凝土趾板3的钢筋绑扎和混凝土浇筑。
2、完成坝体内的基础面开挖清坡，而后开始垫层区3、过渡区4、堆石区5、块石护坡6的坝体填筑。
3、待坝体沉降一定时段后，坝体变形量值较小且变形收敛稳定后，开始混凝土面板1的钢筋绑扎和混凝土浇筑。控制河谷中心位置的混凝土面板1相对于两岸连接趾板位置向上游整体凸出最大高度h不小于30cm，且不得大于1.0m，具体取值可以根据河谷宽高比确定，浇筑后的混凝土面板1应连续光滑。
4、完成混凝土面板1的养护工作，同时按照要求完成相应的接缝止水施工。
5、重复上述施工流程直至结束。
以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混凝土面板坝的设计方法，其特征在于：采用一种凸型面板结构替换现有技术的直线型面板结构，将该混凝土面板坝在结构上整体凸向上游，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的趾板和基岩，在分缝上亦按照传统的直线型面板结构对其进行面板结构分缝和防渗处理；在受力上，借助拱的传力作用，面板结构承受轴线反力，扩散因蓄水以后因水压力作用引起的坝体变形，进而避免因应力集中导致的面板挤压破坏。
2.一种按照权利要求1所述的方法设计的混凝土面板坝凸型面板结构，其特征在于：该面板结构在同一高程上面板厚度保持一致，但河床中部位置的面板凸向坝体上游，在平面上形成一个拱形结构。
3.根据权利要求2所述的混凝土面板坝凸型面板结构，其特征在于：包括混凝土面板(1)和其两端设置在基岩上的混凝土趾板(2)，所述混凝土面板(1)中部凸向坝体上游形成拱形结构，在所述混凝土面板(1)依次设有垫层区(3)、过渡区(4)、堆石区(5)和块石护坡(6)；所述垫层区(3)、过渡区(4)在平面上采用拱向上游的倒U型结构，所述垫层区(3)、过渡区(4)在两岸的趾结构与混凝土趾板(2)背向设置。
4.根据权利要求3所述的混凝土面板坝凸型面板结构，其特征在于：河谷中心线(8)位置的混凝土面板(1)相对于两岸连接混凝土趾板(2)的位置向上游整体凸出最大高度h不小于30cm，且不大于1.0m。
5.根据权利要求3所述的混凝土面板坝凸型面板结构，其特征在于：垫层区(3)凸向上游且连续平滑件。
6.一种权利要求2-5所述的混凝土面板坝凸型面板结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，完成混凝土趾板(2)基础开挖后，开始混凝土趾板(2)的钢筋绑扎和混凝土浇筑；
S2，完成坝体内的基础面开挖清坡，而后开始垫层区(3)、过渡区(4)、堆石区(5)、块石护坡(6)的坝体填筑；
S3，待坝体沉降到设定程度后，开始混凝土面板(1)的钢筋绑扎和混凝土浇筑；
S4，完成混凝土面板(1)的养护工作，同时按照要求完成相应的接缝止水施工；
S5，重复上述施工流程直至结束。
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