[发明专利]一种防止高混凝土坝坝内廊道顶拱及底板开裂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土坝建设领域，具体说，涉及一种防止混凝土坝坝内廊道顶拱及底板开裂的方法。

背景技术

混凝土坝，是最重要的坝型之一，在世界范围内广泛分布，数量多，且一般坝高较高。混凝土坝在保障防洪安全、供水安全、粮食安全、能源安全和生态安全方面发挥了重要作用，确保水库水电站大坝安全对于国家和人民群众极端重要。

在混凝土坝中，尤其是高坝中，为进行基础灌浆、排水、安全监测、检查维修、运行操作和坝内交通等，一般会在大坝内部不同高度处设置廊道，如基础灌浆廊道、排水廊道和交通廊道等。目前国内高混凝土重力坝和拱坝中均布置了数量不等的坝内廊道。

大坝坝体高度大，竖向压力很大，同时承受巨大的上游水压力，应力水平高，坝内廊道应力水平也很高，一旦应力水平超过混凝土抗拉强度，混凝土就会开裂，尤其是廊道顶拱及底板部位。已建及在建高坝中廊道顶拱及底部出现裂缝的现象十分普遍，尤其是位于大坝中下部高程的廊道。这种廊道顶拱及底板裂缝的主要成因是自重压力过大，从而使得开孔部位顶部及底部应力超标。

尽管廊道内顶拱及底板纵向裂缝一般对结构安全影响不大，但仍会对结构局部应力造成影响并减小内部钢筋和混凝土材料耐久性，为防止裂缝向深处发展以及相互贯通，需要进行化学灌浆处理，从而造成时间和经济上的浪费，因此采取一定措施和方法防止廊道开裂是很有必要的。

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及底板裂缝的现象，提出一种可以减小廊道顶拱和底板横向应力，从而防止或减少混凝土开裂的方法，以改善大坝内部局部应力状态。

具体技术方案如下：

一种防止高混凝土坝坝内廊道顶拱及底板开裂的方法，包括如下步骤：

步骤1，根据大坝混凝土浇筑情况，确定允许抗拉强度以及允许抗拉强度随时间变化的过程；

步骤2，根据大坝坝体的基础数据采用有限元分析方法或弹性力学方法获取大坝廊道部位应力分布、屈服区分布以及应力分布、屈服区分布随时间变化的规律；其中，大坝坝体的基础数据包括：结构特征、配筋情况、浇筑过程、拱坝横缝封拱过程、混凝土及周边环境温度变化过程、库水水位上升过程以及线胀系数及弹性模量参数；

步骤3，通过比较廊道周边应力与允许抗拉强度的大小或者根据屈服区大小，获取廊道拱顶和底板混凝土拉应力超出允许抗拉强度的范围和深度；

步骤4，根据获取的廊道顶拱和底板混凝土超出允许抗拉强度的范围和深度，确定预置缝的位置、深度和宽度；

步骤5，根据确定的预置缝位置、深度和宽度，以及步骤1确定的允许抗拉强度以及允许抗拉强度随时间变化的过程，布设预置缝，并采用有限元方法或弹性力学方法获取大坝廊道部位预置缝布设后的应力分布、屈服区分布以及应力分布、屈服区分布随时间变化的规律；

步骤6，比较预置缝布设后的廊道周边应力与允许抗拉强度的大小或者根据预置缝布设后廊道屈服区大小，确定是否有超过混凝土允许抗拉强度的区域，若是，则根据步骤4对预置缝的形式进行调整，加大预置缝的深度或增加预置缝条数；

步骤7，重复步骤5、6直至廊道周边应力在允许抗拉强度范围内或无屈服，确定预置缝的形式。

进一步，步骤1中所述允许抗拉强度包括混凝土早龄期允许抗拉强度和长期允许抗拉强度；其中，混凝土早龄期允许抗拉强度为随时间的变化量，龄期在180天以后用长期允许抗拉强度，混凝土早龄期抗拉强度公式采用：

R_t＝R₀τ/(α+τ)；

其中R_t为早龄期强度，R₀为长期允许抗拉强度，τ为以天计的龄期，α为系数。

进一步，当步骤2中大坝坝体的基础数据发生变动时，重新获取大坝廊道部位应力分布、屈服区分布以及应力分布、屈服区分布随时间变化的规律。

进一步，混凝土屈服区的相关计算采用带抗拉强度的屈服准则，包括二参数准则、四参数准则和五参数准则。

进一步，步骤4中，预置缝的位置设在屈服区的中心位置，或拉应力最大部位；预置缝的深度与屈服区的最大深度相同，或与超过允许拉应力的最大深度相同。

进一步，预置缝的宽度取3mm～2cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过布置廊道纵向预置缝，调整了高混凝土坝廊道顶拱和底板应力的分布规律，减小了超标拉应力的范围，防止或减少了廊道混凝土的开裂，改善了大坝工作性态。

附图说明

图1是本发明的流程图；