[发明专利]组合水坝与纾压法

说明书

组合水坝，包括主坝、纾压坝和纾压湖，可用以缓解主坝的受载状况。纾压坝较主坝低小，并与主坝构成纾压湖。通过纾压湖中静水压力对主坝的作用，主坝内湖侧的高水头压力得以部分抵消，从而减轻主坝受力载荷，达到纾压效果。该方法既可用于需要修复的现有水坝，也可用于新建高水头水坝。

技术领域

本发明涉及新水坝的建设以及对现有水坝的修复与加强，并涉及一种水电站组合水坝以及用于减轻水电站水坝受载的方法，其组合水坝包括水库的主坝，纾压坝和纾压湖。

背景技术

水坝或拦河坝通常是(但不仅仅是)水电站水库的一部分。

水坝可以有不同的建造方法。为人们所熟知的有重力坝、拱坝和支墩坝等。

现有水坝在历经了几十年到上百年的长期使用后，原有大坝结构需要修复甚至重建。一次完整的修复往往导致电站停运数月甚至数年，从而导致庞大的运营损失。水库的排空以及由此导致的供水能力不足还会导致该地区的水资源管理出现诸多问题。

实践中，已有各种不同修复方法可以采用。例如，特别是在底部区域泄漏的情况下，可以在大坝外侧加建一个与泄漏联通的具有密封耐压空间的支撑结构(堵漏)。

在另一种情况下，在现有水坝下游建一个新的水坝作为完全替代。在新坝建成后，原有水坝被淹没或被拆除。其它修复或新建技术也为人熟知。

通常，不管是对旧坝的完整修复还是采用全面替代方式，其明显缺点是工程复杂，且投资大，周期长。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组合水坝与纾压法，不但可作为修复现有大坝的替代方法，同样适用于新大坝建设。其特点是技术简单，经济合理，行之有效，尤其是在无需排空水库存水的情况下就可实施。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

组合水坝，包括主坝和纾压坝，纾压坝建在主坝的下游，且纾压坝的高度低于主坝的高度，在主坝和纾压坝之间构成纾压湖，纾压湖以静态水压反向作用于主坝，使得主坝所受静水压合力减小。

即，在主坝(现有水坝或新建水坝)的下游建造一个纾压坝，其高度低于主坝。由此在主坝和纾压坝之间形成一个纾压湖。利用反向水压，达到纾减主坝载荷的目的。

作为对现有水坝修复的替代方案，该发明所展现的方法是在主坝下游建造一个纾压坝，其高度低于主坝高度，并因此在主坝和纾压坝之间构成一个纾压湖。

本发明同时涉及一种新型的组合坝，其包括主坝，主坝下游的一个低于主坝的纾压坝以及两坝之间所构成的纾压湖，从而达到有效降低主坝所受合成压力的目的。

纾压湖的蓄水位应该处于主坝基础面与上游水库的高水位之间。上游水库中的高位水施加在主坝上的压力，将部分地被纾压湖中的反向压力所抵消，达到缓解主坝受力的目的。因此，对现有主坝的修复可以通过这种新颖组合结构以纾压方式取代。对于重力坝，因其横截面向下递增，纾压湖中的水压同时还对重力坝产生一个向下的压力，从而额外增强重力坝的承载能力。

纾压坝和纾压湖的积极作用与纾压效果可按下述方法计算：

为了定量估计主坝的纾压效果，假设主坝与纾压坝从底部到顶部的宽度B保持不变。上游水库和下游纾压湖中的静水压强随着水的深度线性增加。

当上游水库蓄水位达(理论上)最大值H时，主坝的受力为(平均压强)

对主坝的纾压程度只取决于纾压湖的蓄水位。在纾压湖最大水位等于纾压坝的高度h时，纾压效果计算如下:

最终，作用在主坝上的合力(水压力)降低为