[发明专利]高地应力窄河谷反拱水垫塘及设计方法

说明书

技术领域

本发明属于水电站坝后集中泄洪消能结构，特别是一种高地应力窄河谷反拱水垫塘 及设计方法。

背景技术

泄水建筑物的下游必须采取适当的消能防冲设施，避免过坝水流冲刷下游河床危 及枢纽建筑物和岸坡的安全。水垫塘是拱坝特别是高拱坝常用的消能防冲设施之一， 水垫塘与两岸护坡及下游的二道坝结合，形成足够的水垫宽度、深度和长度，确保各 级流量下泄时水流能形成淹没水跃，从而保证枢纽及两岸建筑物不受高速水流的冲刷。

目前水利水电工程高拱坝坝后水垫塘均采用平底梯形断面，即梯形水垫塘，为了 保证运行及检修工况下底板的抗浮稳定，往往要加大底板厚度，加设地基锚筋和渗漏 排水系统。即使这样，水垫塘仍经常被冲坏、砸坏或抬动。对于坝址天然河道为“V” 型的地形，两岸边坡陡峻，河道狭窄，谷底处于较高的地应力环境场中，平底水垫塘 梯形会开挖坡脚，影响高边坡稳定，触及河谷底部地应力集中区，同时难以保证结构 的安全性和耐久性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效降低高地应力窄河谷地区的底部地应力集中，并 且能满足峡谷地区通过坝身泄洪消能的高地应力窄河谷反拱水垫塘及设计方法。

本发明的目的是这样实现的，设计一种高地应力窄河谷反拱水垫塘：包括底板、拱 座及锚筋桩，底板整体为拱型混凝土结构，拱型混凝土底板两端与拱座连接为一体； 锚筋桩在拱型混凝土底板下端间隔排布，每根锚筋桩与底板下端保持垂直；两端的拱 座处在两端的护坡下端。

所述的拱型混凝土底板是由多个圆弧形板块连接构成拱型结构。

所述的拱型混凝土底板的相邻板块间通过键槽结构连接，底板上下表面有过缝钢 筋，过缝钢筋在连接过缝处设塑料套管，便于板块间因温度变化沿切向产生变形，限 制相邻板块的径向位移。

所述的相邻板块过缝间有止水和插筋，插筋过缝处设塑料套管。

所述的锚筋桩是通过多个钢筋及灌注水泥砂浆深入岩体内形成，与底板的结合面 处设套管形成自由段，便于伸缩。

所述的锚筋桩自由段的长度大于过缝钢筋及插筋的长度，通常以2m～4m；过缝钢 筋自由段在20cm～40cm之间。

高地应力窄河谷反拱水垫塘的设计方法，步骤为：

(1)开挖及锚固施工，在边坡开挖锚固完成后，根据设计体形开挖拱座和底板，底 板可开挖成圆弧，也可开挖成若干直接段，然后在岩石中打孔、安装锚筋桩，并完成 锚筋桩3灌浆；

(2)锚筋桩自由段设置，在锚筋桩施工完成后，在深入岩体与外露混凝土的结合面 处设套管，根据组成锚筋桩的钢筋直径选用合适的PVC管，PVC管端头用丝麻绳扎紧以 防混凝土浆液流入；同时焊接一根钢筋至反拱底板上表面钢筋位置，并与上表面钢筋 焊接；

(3)钢筋安装，根据设计要求的上下表面钢筋直径及间距进行钢筋制作和安装，并 在跨缝处沿拱圈方向设置套管；

(4)根据设计图纸及施工安排，在已浇筑混凝土的反拱底板块分缝处安装止水7及 插筋8；

(5)浇筑混凝土，可以先浇拱座，也可以先浇底板，底板过流表面如果有抗冲耐磨 混凝土，应同仓号浇注，反拱底板的上表面平整。

本发明所述的反拱型水垫塘结构，充分利用天然“锅底”型河床，避免梯形开挖 而触及河谷底部地应力集中区，并采用反拱形结构将大部分荷载通过拱座最终传递给 岩体，而不是全部由河床来承担，改善河谷底部的应力集中现象。

本发明的有益效果是，通过底板板块之间分缝、缝内设键槽(必要时进行灌浆)， 缝面设止水和过缝插筋，满足施工过程中的温控要求及拱圈各板块之间尽早形成拱结 构的要求。底板锚固设计和施工与平底梯形水垫塘基本相同，不同之处是在锚杆深入 岩体与外露混凝土的结合面处设自由段(钢筋外设套管)，防止反拱底板上抬，降低锚 杆由于变形或单独受力过大而发生破坏的可能。

同等条件下反拱水垫塘具有较强的超载能力，平均受载能力为平底梯形水垫塘的 2.5倍，即反拱水垫塘的安全系数比平底梯形水垫塘提高2.5倍。由于施工中反拱底板 为圆弧形，外半径较大，实施方法简单，施工方便。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明：

图1是反拱型水垫塘结构标准横剖面示意图；

图2是反拱型水垫塘结构分缝构造示意图。