[发明专利]一种面向上游防渗抗裂的碾压混凝土重力坝

说明书

技术领域

本发明是关于水利水电工程的，尤其涉及一种面向上游具有功能梯度结构的防渗抗裂的碾压混凝土重力坝。

背景技术

目前国内外已建的碾压混凝土坝470多座，在建设运行中有些碾压混凝土坝出现了较为严重的工程问题。例如，美国柳溪碾压混凝土重力坝(1982年，56m)建成后渗漏严重；巴西卡马拉碾压混凝土重力坝(2002年，50m)蓄水两年后溃坝；我国福建溪柄碾压混凝土拱坝(1995，63.5m)层间渗漏严重。导致这些问题的关键因素在于碾压混凝土材料与坝体结构。碾压混凝土是一种低水泥用量干硬性的混合材料，使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土，和易性相对较差，有别于常态混凝土。碾压混凝土材料自身的物理力学性能指标是良好的，碾压混凝土坝本体的透水性较弱和常态混凝土相差不大，而层缝面的透水性较大，无论从抗渗能力，还是从结构强度上看，层缝面都是坝体中的薄弱面，往往会成为坝体渗透水流的主要通道。当大坝挡水运行后，在高水头作用下水进入裂缝形成劈缝力，使裂缝扩展为规模较大的劈头裂缝，严重影响大坝的耐久性和安全性，对碾压混凝土重力坝防渗结构提出了特殊要求。

为了提高碾压混凝土坝体的防渗性能，减少渗透水量，降低坝体层面上的扬压力，降低排水幕上游面混凝土中和防渗结构中的水力比降，防止发生水力击穿等渗透破坏现象，需要专门进行防渗设计。常见的碾压混凝土坝防渗结构包括“金包银”防渗、薄层防渗、薄膜防渗、沥青混合料防渗、以碾压混凝土自身防渗为基础的联合防渗、钢筋混凝土面板防渗和变态混凝土防渗结构等。例如，日本常在碾压混凝土坝的上游面现浇2～3m厚常规混凝土作防渗体；原苏联布列亚碾压混凝土坝，浇筑这样的防渗体厚达14m，加上基础部位和下游坝坡，以及坝顶部位的现浇混凝土(金包银式)，常态混凝土方量约占40％，增加了施工中的干扰，外部现浇常规混凝土的水泥用量多，干缩大，反而易出现裂缝；美国RCC法在初期大坝断面全部采用碾压混凝土，但渗漏严重，后来改进而在上游坝面设置常态混凝土防渗层(厚度约为1m)或止水薄膜；墨西哥Trigomil坝(100m高)和澳大利亚Copperfild坝(40m高)则是在上游坝坡粘贴聚氯乙烯薄膜；我国坑口坝是在上游面铺一层6cm的沥青砂浆。

传统碾压混凝土重力坝的断面设计和结构设计主要是按照常态混凝土坝的应力和稳定要求进行的。骨料和胶凝材料用量决定了碾压混凝土材料特性，结合施工工艺考虑，进而决定了不同的坝体结构设计。功能梯度设计思想是在材料的制备过程中，连续地控制各组分含量的分布，使材料宏观特性在空间位置上呈现梯度变化，从而满足结构不同部位对材料使用性能的不同要求，达到优化结构整体使用性能的目的。引入功能梯度的思想，在坝体不同区域应用不同弹性模量的混凝土材料，使其具有功能梯度的特性，进而可以改善重力坝坝体应力分布情况，从而达到减小坝踵附近拉应力和坝趾附近压应力的目的，适应高碾压混凝土坝更高的性能要求。

发明内容

本发明的目的，是为进一步提高碾压混凝土坝体的防渗抗裂性能，提供一种可降低坝体层面上的扬压力，减少渗透水量，降低防渗结构和排水幕上游面混凝土中的水力比降的一种面向上游防渗抗裂的碾压混凝土重力坝功能梯度结构。该结构具有方便施工、抗渗和抗裂性能好、耐久性强的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种面向上游防渗抗裂的碾压混凝土重力坝，包括坝体3、坝体顶层1、坝体垫层2，其特征在于，所述坝体3面向上游设置有防渗抗裂保护层4，防渗抗裂保护层4与坝体3之间设置有过渡结合层5；坝体3内每1/3高程在与过渡结合层5边界处分别设置有排水廊道7，在坝体3的下部、临近坝体垫层2的部位设置有坝体反滤层6；在靠近坝体3的上游一侧设置有多个纵向排水管8，纵向排水管8为预制多孔混凝土管，以汇集渗透水量；纵向排水管8与各个排水廊道7为直通式连接；最下层排水廊道7沿水平方向设置有横向排水管9，渗透水量经纵向排水管8进入排水廊道7后再经由横向排水管9自流或用水泵排向下游。

所述的防渗抗裂保护层4为掺加高效减水剂和膨胀剂的无细观界面过渡区水泥基材料的高流动性抗渗混凝土。

该碾压混凝土重力坝的高度为100～200m；坝体顶层1的宽度为20～30m，厚度为10～20m；坝体垫层2的宽度为80～150m，厚度为3～5m；下游坝体的坡度为50～70°。

防渗抗裂保护层4的宽度为0.5m～1.5m；过渡结合层5的宽度为3m～5m。

排水廊道7为3m×2.5m方圆形廊道。