[发明专利]缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝

说明书

缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝，涉及一种调控堆石坝三维变形、调控面板变形从而防止挤压破坏的结构及构造细节设计，首先通过坝体纵向分区构造和非线性超填施工措施，缩减坝壳的三维“聚心”变形，削减面板的侧向摩擦力和位移造成的挤压，然后设计凸向上游的空间微壳体面板，以及挤压区的弧形缝、非挤压区的梯形缝，进一步保障面板在挤压状态下的受力条件，系统性解决面板坝的挤压破坏问题。

技术领域

本发明具体涉及一种缩减面板堆石坝的三维变形不良效应、调控面板变形从而防止面板挤压破坏的面板坝结构及其缝面构造细节，并涉及这种发明的施工方式，属于水利工程技术领域。

背景技术

近些年，混凝土面板堆石坝以其对坝址区地形地质条件适应性强、经济优越、安全可靠的优点，在我国得到快速发展。该坝型建成投运的数量越来越多，但随着建设高度增加、或因为地形地质条件的复杂和差异等等原因，产业界投运面板坝中常出现面板垂直结构缝被挤压破坏的状况，损伤大坝防渗体系，甚至影响坝体渗透安全，突现出工程安全风险，给大坝业主和社会带来困扰。

面板挤压破坏，其机理来自两个方面：第一，作为以散粒体堆积碾压而成的堆石坝坝壳，其各断面沉降变形量与坝高度成比例，而大坝沿坝轴线方向的高度变化是U型或V型，因此整个大坝的沉降变形几乎均存在“聚心”的三维效应，即沉降变形过程中存在着两岸向河床中心的水平效应分量。面板以摩擦接触附着于垫层上，坝壳（含过渡层、垫层）的三维“聚心”变形，通过垫层施加于面板底的摩擦力，带动面板从两侧向河床中心运动。当中上部（传统的挤压区）面板板块间的运移量值不能协调一致时，面板间距挤紧，形成挤压状态。第二，面板是该型大坝的坝身防渗结构，大坝蓄水后首当其冲承受水压荷载，整个的斜板面板在水压力作用下，会发生三维的内陷变形，从而整个的斜板会变成凹陷的空间微曲面。这过程中，对于各板块间的缝面的具体细部，发生了事实上的内陷偏转，从原本平行相对的缝面，偏转到下宽上窄的梯形相对，上述第一机理里提到的挤压区的挤压状态，就从原本的平行面接触挤压，逐渐变成了非均匀乃至线挤压接触，压应力逐渐增大，一旦超过钢筋砼的抗压强度，发生面板挤压破坏。

由于对机理认识不清，现有面板坝技术多没有系统性思路和方案来解决这一行业痛点。

发明内容

由上述背景技术中关于面板挤压破坏的机理分析可见，当前面板坝的研究、设计、施工中，均未系统性关注并解决这两方面因素，从而前赴后继地出现面板挤压破坏的事故。在我国当前水利、水电行业建设中，面板堆石坝依然是受青睐的主力坝型，为此，本发明设计了一种“缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝”，首先通过结构构造设计和施工方法创新，缩减面板坝坝壳的三维变形不良效应，从根本上缩减乃至消除面板顺坝轴线方向的移动，然后设计了微凸曲面面板、挤压区的弧形缝、其他区域的梯形缝，来进一步保障一旦存在挤压状况时，其挤压接触依然保持面接触，从而确保压应力不超标，也就确保不出现挤压破坏。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

缩减三维变形的防挤压破坏的面板坝，包括一个向上游微凸起的壳体结构面板。通过纵向分区构造和非线性超填施工措施，缩减坝壳的三维变形效应，从根本上缩减或消除面板顺坝轴线方向的移动、进而挤压的不良效应；缩减坝壳的三维变形效应的纵向分区构造，是按照填筑碾压参数的级差递减、以各填筑层通仓碾压时分别控制各分区范围内碾压遍数来实现；这种设计，使得整个坝体填筑密实度非均匀，中间最密实，往两侧逐渐欠密实，实际是逐渐加大了两侧坝体的单位高度的沉降强度，但因为两侧坝高是逐渐减小的，从而这就削减了传统设计的坝体沉降量沿坝轴线的差异，从而也就削减了三维变形效应。

缩减坝壳的三维变形效应的非线性超填施工措施，是指分层碾压施工时，每一层仓面均沿坝轴线方向对称弧形非线性超填，意即仓面沿坝轴线方向不是水平的而是对称拱曲的，中间高、两侧低，一直逐层填筑到坝顶，均保持此非线性对称弧形超填施工。这种非线性超填措施，尽力确保各断面后续沉降部分的缺失补充料源，多来自于本断面超填料源，从而间接抑制坝体的沉降三维效应。