[发明专利]一种拱坝坝踵应力释放方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力释放方法，具体的说是拱坝坝踵应力释放方法，属于水利工程坝工结构领域。 

背景技术

目前，我国正在兴建和待建的一大批高拱坝，部分是坝高300米级的特高拱坝，如锦屏一级(305m高)、小湾(295m高)、白鹤滩(289m高)、溪洛渡(278m高)等，其安全性问题是当前拱坝建设中人们关注的焦点。 

国内外已建成的拱坝运行监测、计算分析均表明，高拱坝坝踵部位在施工期属于强约束区，运行期应力复杂，同时混凝土的材料特性是抗压不抗拉，抗拉强度大致只有抗压强度的1/10，因此坝踵区往往由于存在较大的拉应力而很容易产生裂缝。坝踵开裂后，高压水进入裂缝会产生劈裂作用，促使裂缝继续发展；渗压加大，对拱坝的抗滑稳定产生不利影响；修补异常困难，耗资巨大。 

预防坝踵开裂，可以在做好温度控制(包括提高温控标准，做好表面保温，优化通水冷却)的基础上，再采取措施来降低坝踵处的拉应力。目前拱坝坝踵处应力释放主要有以下两种方法：一种采取局部加大拱端和梁底厚度，这种方法具有可降低坝底的切应力和主拉应力、施工简单等优点，但缺点是无法为可能产生的裂缝设置止水(杜成斌，周边缝、底缝拱坝分析研究综述，水利水电科技进展，1999)；另一种采取在坝体与地基接触的周边和底部设置预留缝，这种方法认为坝踵附近过大拉应力是由于坝体受地基固端的约束引起的，只要放松地基的约束，拉应力即可消除，其优点是可在上游面设止水，万一开裂，可防止压力水进入缝内，其缺点是在坝内增加了一个弱面即施工缝，降低了安全度，使施工复杂化，另外边缘缝和底缝是针对上游坝面平行于基岩面的裂缝而设置的，但实际工程中除了水平施工缝和横缝被拉开外，其余裂缝几乎都是垂直基岩表面的，与边缘缝和底缝正好成90度夹角(朱伯芳，从拱坝实际裂缝情况来分析边缘缝和底缝的作用，水力发电学报，1997)。 

因此拱坝设计中需要一种简便有效的方法释放坝踵应力。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术的不足之处，提出一种可简便有效的达到降低坝踵应力目的拱坝坝踵应力释放方法。 

本发明解决以上技术问题的技术方案是： 

通过在拱坝上游坝踵处坝基内设置人工竖直缝结构，来放松地基的约束，将坝踵部位的过大拉应力转移到人工竖直缝端，实现向坝基低应力区的转移，使坝踵部位的过大拉应力得到释放，具体实施方法包括：确定设缝范围和设缝深度。 

所述的方法中设缝范围为沿坝体上游坝面与地基的交界线，自某一高程起至坝基最低点；设缝深度为在上述设缝范围内竖直向下某一深度值。 

所述的某一高程通过以下步骤来确定： 

(1)利用线弹性有限元法计算得到温降工况不设人工竖直缝时拱坝坝体的第一主应力分布； 

(2)计算得到的坝体第一主应力等值线随高程增加而减小； 

(3)所述的某一高程取上游坝踵处第一主应力刚好大于混凝土抗拉强度值时对应的高程。 

所述的竖直向下某深度值通过以下步骤来确定： 

(1)在上述设缝范围内由小到大取多种不同的设缝深度，利用线弹性有限元法计算温降工况设置不同深度人工竖直缝时对应的坝体第一主应力； 

(2)计算得到的坝体第一主应力随人工竖直缝深度的增加而减小； 

(3)所述的竖直向下某深度值取上游坝面最大第一主应力刚好小于混凝土抗拉强度时对应的深度。 

所述的人工竖直缝，还包括与竖直方向有一定夹角的斜缝以及基础开挖后混凝土置换不灌浆形成的缝。 

所述的人工竖直缝，不需要设置止水。 

本发明的优点是：本发明的拱坝坝踵处应力释放方法，即坝基处设置人工竖直缝结构，不需要设止水，不会降低坝体的安全度，可有效的降低拱坝坝踵附近的拉应力，较好预防坝踵部位的开裂。在正常使用时，坝基内部允许开裂，以达到“以缝治缝”的目的。 

附图说明

图1为坝基人工竖直缝布置上游面示意图； 

图2为图1的俯视图； 

图3为大坝和人工竖直缝的剖面图； 

图4为实施例一温降工况不设缝时上游坝面第一主应力等值线图； 

图5为实施例一设缝深度为1m上游坝面第一主应力等值线图； 

图6为实施例一设缝深度为2m上游坝面第一主应力等值线图。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。 

实施例一