CN110616678B - 一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，混凝土坝施工过程中，冷却水管出入口均布置在大坝下游，且保留至运行期，不进行回填封堵；在运行期，基于实测坝肩变形，根据变形规律按照高程分区模拟，结合施工过程、硬化过程、灌浆过程、温控过程、蓄水过程对温度和变形进行监测，采用全坝全过程仿真分析计算大坝工作性态，得到大坝应力状态；基于大坝混凝土允许抗拉和抗压强度，进行大坝各部位应力安全系数计算；根据坝肩变形规律和量值，采用全坝全过程仿真分析方法，结合应力控制标准，确定坝体各高程需要削减的坝肩变形；根据上述需要消减的坝肩变形，确定坝体各高程需要改变的温度量值；采用仿真方法，根据各高程需要改变的温度量值确定不同季节通水策略，采用通水控温方式实现消减坝肩变形对大坝工作性态的影响。
Description
技术领域
本发明属于混凝土坝运行管理技术领域，具体涉及一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法。
背景技术
重力坝通过建基面将荷载传递至基岩，拱坝通过拱和梁将荷载传递至基岩和坝肩，以实现工程正常运行。在设计中，基岩和坝肩作为建坝基础，一般认为其稳定性较好，其变形主要是荷载作用下的弹性变形，变形量值小，对结构影响有限。但在实际工程中，岩体基础非常复杂，普遍存在非线性变形，在通常情况下这种非线性变形较小，不会对结构产生大的影响，能够以规范要求的设计状态正常运行。
但在有些工程中，由于特殊的地形地质条件，坝肩变形偏大，如国内已建的溪洛渡拱坝和锦屏一级拱坝等，坝肩岩体均产生收缩变形，坝顶位置最大可达60mm，超出设计允许范围，可能对大坝局部应力产生不利影响，导致坝体局部开裂或压坏，极端情况下可能影响大坝整体安全。为减少或消除坝肩变形对混凝土坝正常运行的影响，在坝肩存在较大变形时，采取一定措施和方法是必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对高混凝土廊道普遍存在顶拱开裂的问题，提出一种可以减小廊道顶拱应力，通过改变廊道上部仓块局部刚度减小廊道顶拱应力，从而防止或减少混凝土开裂，以改善大坝工作性态，提高安全程度和耐久性；同时具有较好的效果且施工简单。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，它包括如下步骤：
步骤1，混凝土坝施工过程中，冷却水管出入口均布置在大坝下游，且保留至运行期，不进行回填封堵；
步骤2，在运行期，基于实测坝肩变形，根据变形规律按照高程分区模拟，结合施工过程、硬化过程、灌浆过程、温控过程、蓄水过程对温度和变形进行监测，采用全坝全过程仿真分析计算大坝工作性态，得到大坝应力状态；
步骤3，基于大坝混凝土允许抗拉和抗压强度，进行大坝各部位应力安全系数计算；
步骤4，根据坝肩变形规律和量值，采用全坝全过程仿真分析方法，结合应力控制标准，确定坝体各高程需要削减的坝肩变形；
步骤5，根据上述需要消减的坝肩变形，确定坝体各高程需要改变的温度量值；
步骤6，采用仿真方法，根据各高程需要改变的温度量值确定不同季节通水策略，采用通水控温方式实现消减坝肩变形对大坝工作性态的影响；
步骤7，根据坝肩变形的发展，重新进行步骤2至步骤7的工作，实现动态控制。
所述步骤1中新建高混凝土坝内保留施工期的冷却水管；对已建高混凝土坝未保留冷却水管的可以利用廊道结构进行造孔通水降温。
所述步骤3中各部位应力安全系数包括抗拉安全系数和抗压安全系数，得到抗拉安全系数小于1.3的区域和抗压安全系数小于3.0的区域；若不存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则不需调控，大坝正确运行；若存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则需要进行调控。
所述步骤3中抗拉安全系数小于1.3和抗压系数小于3.0是初步标准，可以根据工程现场实际情况，对该标准进行一定调整。
所述步骤5中坝体各高程需要改变的温度量值基本原则为，如果坝肩收缩变形，则降低坝体温度；如坝肩有扩大变形，则升高坝体温度。
本发明有如下有益效果：
通过采用本发明的方法，能够有效的消减大坝运行期间坝肩变形对大坝正常工作性态的影响，提高大坝安全性和稳定性，改善大坝的工作性态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的流程图。
图2冷却水管布置图。
图3坝肩沿高程变形示意图。
图4大坝上游面拉应力和压应力超标范围。
图5大坝下游面拉应力和压应力超标范围。
图6坝肩需要消减变形示意图。
图7坝体沿高程需要调控温度量值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-7，一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，它包括如下步骤：
步骤1，混凝土坝施工过程中，冷却水管出入口均布置在大坝下游，且保留至运行期，不进行回填封堵；
步骤2，在运行期，基于实测坝肩变形，根据变形规律按照高程分区模拟，结合施工过程、硬化过程、灌浆过程、温控过程、蓄水过程对温度和变形进行监测，采用全坝全过程仿真分析计算大坝工作性态，得到大坝应力状态；
步骤3，基于大坝混凝土允许抗拉和抗压强度，进行大坝各部位应力安全系数计算；
步骤4，根据坝肩变形规律和量值，采用全坝全过程仿真分析方法，结合应力控制标准，确定坝体各高程需要削减的坝肩变形；
步骤5，根据上述需要消减的坝肩变形，确定坝体各高程需要改变的温度量值；
步骤6，采用仿真方法，根据各高程需要改变的温度量值确定不同季节通水策略，采用通水控温方式实现消减坝肩变形对大坝工作性态的影响；
步骤7，根据坝肩变形的发展，重新进行步骤2至步骤7的工作，实现动态控制。
进一步的，所述步骤1中新建高混凝土坝内保留施工期的冷却水管；对已建高混凝土坝未保留冷却水管的可以利用廊道结构进行造孔通水降温。通过采用现有的冷却水管，能够大大的降低施工的成本。
进一步的，所述步骤3中各部位应力安全系数包括抗拉安全系数和抗压安全系数，得到抗拉安全系数小于1.3的区域和抗压安全系数小于3.0的区域；若不存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则不需调控，大坝正确运行；若存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则需要进行调控。
进一步的，所述步骤3中抗拉安全系数小于1.3和抗压系数小于3.0是初步标准，可以根据工程现场实际情况，对该标准进行一定调整。
进一步的，所述步骤5中坝体各高程需要改变的温度量值基本原则为，如果坝肩收缩变形，则降低坝体温度；如坝肩有扩大变形，则升高坝体温度。
实施例2：
减少混凝土坝运行期坝肩变形影响的方法包括以下步骤：
步骤1，在大坝进行浇筑时，将用于大坝混凝土冷却的管道在高度和水平方向按照一定间距埋设于坝体内，管道材质、粗细、间距等可按照常规温控要求布置，冷却管道出口、入口均布置在大坝下游，如图2。在大坝下游沿高度方向每隔一定高程如30m预留一层马道，用于后期输水管道布置；
步骤2，在运行期，动态跟踪坝肩变形监测数据。坝肩变形是逐渐发展的，一般在高度方向、上下游方向以及左右岸方向均有区别，本发明主要针对左右岸方向变形。根据坝肩变形分布规律和量值，基于大坝施工过程、混凝土硬化过程、温度控制过程、灌浆过程、蓄水过程等，仿真计算得到坝体应力；
步骤3，将坝体应力与坝体混凝土允许拉、压强度进行比较，允许抗拉强度可取1.5MPa，允许抗压强度可取6.0MPa，得到抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，如图4和图5所示，需要进行变形调控；
步骤4，根据现有坝肩变形规律，在现有坝肩变形量值范围内，调整坝肩变形量值，通过反复试算，得到需要消减的坝肩变形，使得坝体上下游面抗拉安全系数大于1.3，同时抗压安全系数大于3.0，如图6；
步骤5，基于需要消减坝肩变形，采用仿真方法计算得到不同高程坝体温度调控值。可将坝体沿高度方向分段，如20m或30m高度为一段，同一段内温度调控幅度基本相同，实例中不同高度温度调控幅度不同，上部为降低3℃，中部降低4℃，底部不降低；
步骤6，根据坝体内部预留水管布置情况，结合供水能力、环境温度、材料参数，采用仿真方法，根据各高程需要改变的温度量值确定不同季节通水策略，包括通水水温、通水流量、通水速度、通水时长，实现有效消减坝肩变形对大坝工作性态的影响。
Claims (5)
1.一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1，混凝土坝施工过程中，冷却水管出入口均布置在大坝下游，且保留至运行期，不进行回填封堵；
步骤2，在运行期，基于实测坝肩变形，根据变形规律按照高程分区模拟，结合施工过程、硬化过程、灌浆过程、温控过程、蓄水过程对温度和变形进行监测，采用全坝全过程仿真分析计算大坝工作性态，得到大坝应力状态；
步骤3，基于大坝混凝土允许抗拉和抗压强度，进行大坝各部位应力安全系数计算；
步骤4，根据坝肩变形规律和量值，采用全坝全过程仿真分析方法，结合应力控制标准，确定坝体各高程需要削减的坝肩变形；
步骤5，根据上述需要消减的坝肩变形，确定坝体各高程需要改变的温度量值；
步骤6，采用仿真方法，根据各高程需要改变的温度量值确定不同季节通水策略，采用通水控温方式实现消减坝肩变形对大坝工作性态的影响；
步骤7，根据坝肩变形的发展，重新进行步骤2至步骤7的工作，实现动态控制。
2.根据权利要求1所述一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，其特征在于：所述步骤1中新建高混凝土坝内保留施工期的冷却水管；对已建高混凝土坝未保留冷却水管的可以利用廊道结构进行造孔通水降温。
3.根据权利要求1所述一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，其特征在于：所述步骤3中各部位应力安全系数包括抗拉安全系数和抗压安全系数，得到抗拉安全系数小于1.3的区域和抗压安全系数小于3.0的区域；若不存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则不需调控，大坝正确运行；若存在抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0的区域，则需要进行调控。
4.根据权利要求3所述一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，其特征在于：所述步骤3中抗拉安全系数小于1.3和抗压安全系数小于3.0是初步标准，可以根据工程现场实际情况，对该标准进行调整。
5.根据权利要求1所述一种减少运行期坝肩变形对混凝土坝影响的方法，其特征在于：所述步骤5中坝体各高程需要改变的温度量值基本原则为，如果坝肩收缩变形，则降低坝体温度；如坝肩有扩大变形，则升高坝体温度。
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