碾压混凝土拱坝的铰结拱研究

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1、碾压混凝土拱坝的铰结拱研究

2、第1...lun左右设横缝，常用预冷混凝土材料和坝内埋设冷却水管等措施以降低前期最高温升，并采用后期强制降温等措施来满足灌浆形成整体拱要求.相比之下碾压混凝土拱坝简化浇注工艺，便于大仓面(40～80m长)施工，大仓面也减少横缝模板及灌浆系统等仓面准备工作量，施工速度快，由于碾压混凝土单位水泥含量少，绝热温升小，它不仅节约温控费用，因常用不等待上表面冷却的快速施工，大大加快了工程进度[1].实践表明：碾压工艺和上下游变态混凝土区(震捣施工)埋设塑料冷却水管不干扰，但和坝内(碾压施工)冷却水管埋设有干扰(水管

3、有时被压裂，漏水，堵塞)[2]，而坝内无冷却水管使大体积混凝土内部降温缓慢，难以依靠多次灌浆形成整体拱，推迟碾压混凝土拱坝投入运行日期.采用“铰结拱”则可消除这个缺点.碾压混凝土拱坝浇注后虽然温升较小，但仍形成上下游散热冷却区(加上变态混凝土区可埋设人工冷却水管)，在中缝上游表层冷却区回填混凝土塞形成“铰结拱”结构.在水压作用下铰结拱(除局部压力加大外)和整体拱应力相近，人工缝端保持稳定，可提前蓄水.1碾压混凝土拱坝的铰结拱高寒地区软弱地基上修建的某碾压混凝土拱坝，坝高109m，河谷底宽近百米，拱推力大，为减少软弱地基压力强度和变位

4、，拱坝剖面梁最大底宽扩大为30m，典型平面拱及中央剖面示意如图1.图1典型平面拱及中央剖面在各平面拱上游拱座及下游拱冠拉力区设人工短缝，以释放温度和水压应力.为削减两岸岩体对平面拱降温约束，拱坝中央设横缝(简称中缝)[3,4]形成左右两大仓面，各50～85m长.内部碾压混凝土绝热温升限制在14℃，坝内最高控制温度不超过25～26℃，控制失误使实测值达28～30℃.中缝上游区设4.0m长的铰结井，第一年夏秋季浇注的混凝土越冬后(为了经济，冬、春季月平均气温在0℃以下的5个月停工，上游蓄水，下游砂砾料覆盖保温材料，或用喷涂聚氨酯材料保温

5、，第一年冬季实测混凝土表面温度4～7℃)，拱坝上游已形成7～8℃的冷却区(仿真计算和实测差值小于2℃，见图2).若利用施工期的冷却区用膨胀混凝土填铰结井，即可形成铰结拱传力结构.铰结井左右两侧预留灌浆系统，以保证后期拱向紧密结合.中缝可以较长时间保留，以减少拱坝中下游坝体温度下降的约束力.在水压作用下，铰结拱和整体拱应力相近，因此可以提前蓄水，而不必等待坝体全部降温中缝灌浆后才蓄水.图2施工期温度场2水压作用下铰结拱传力作用分析从图3可见：不同混凝土塞长度在拱冠上游面1335～1375(约拱坝高度1/3～2/3区间)出现最大拱向压力

6、，混凝土塞1.0m时压力大(其值大于-7.0MPa)，混凝土塞长度6.0m以上时压力变化不大，其值均小于-3.5MPa.图3不同长度混凝土塞拱冠附近拱向应力取稳定压力区1365平面拱在不同膨胀混凝土塞长度下的应力变化规律进行分析(见图4).(1)从上游拱坝应力分布(图4(a))可见：当膨胀混凝土塞长度不够(≤1.0m)时，拱冠上游处产生大的应力集中(≥-7.0MPa)且影响范围达30m宽；当混凝土塞长度增大到4.0m时，上游压力迅速下降到-4.4MPa，压力集中区不明显，已满足200#混凝土强度要求；当混凝土塞长度≥6.0m时最大压

7、力变化很小(≤-3.5MPa)，可见混凝土塞(铰结点)占部分拱冠断面即可以使横缝两侧拱很好连接，传递拱向作用力.(2)从下游坝面拱向应力分布(图4(b))可看出：当上游混凝土塞长度1.0m时，拱冠下游出现大的拉应力区，宽度达46.0m，最大拉应力值达+1.2MPa，混凝土塞长度增大到4.0m时，最大拉应力明显减小(≤+0.5MPa)，范围缩小到16m以下，中缝附近即使全封闭，下游面应力在±0.2MPa内(在计算误差范围内)，工程选用4.0m混凝土塞.