碾压混凝土拱坝分缝防裂设计关键问题研究

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1、水利学报2018年3月SHUILIXUEBAO第49卷第3期文章编号：0559-9350（2018）03-0343-10碾压混凝土拱坝分缝防裂设计关键问题研究李海枫，杨波，张国新，徐秀鸣（中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京100038）摘要：在实际工程中，很多碾压混凝土（RCC）拱坝并未张开甚至在未设缝位置出现裂缝，诱导缝实际诱导开裂作用并未达到设计预期，甚至还带来一些附加效应。归结未张开原因，以诱导缝布置不当影响最大。由于RCC拱坝温度应力具有复杂性、多变性、动态性等特点，拱坝防裂设计特别是诱导缝布置方面必须真实反映坝体

2、从施工期到运行期全过程的工作性态。实际工程应用成果表明：RCC拱坝诱导缝及横缝采用带开-闭迭代功能的接触单元模拟，破坏准则采用等效强度理论，基于整坝全过程仿真分析技术开展诱导缝防裂设计，是行之有效的方法；根据仿真结果进行坝体分缝布置、缝面结构型式等研究，可使诱导缝按设计要求张开，起到释放温降引起的拉应力的作用，保证坝体混凝土的施工质量。关键词：RCC拱坝；防裂设计；诱导缝；等效强度中图分类号：TV642.4文献标识码：Adoi：10.13243/j.cnki.slxb.201710701研究背景自我国开始建设碾压混凝土（RCC）坝

3、以来，建坝数量不断增长，目前大多数混凝土坝都采用了RCC筑坝技术（见图1）。根据MD&A碾压混凝土大坝数据库中的数据，截至2016年12月，我国已［1］建、在建RCC坝189座，其中重力坝135座，重力拱坝8座，薄拱坝46座。早期RCC拱坝多采用简单线型、厚拱坝的体型，近期逐渐向双曲拱坝转变，目前我国已建、在建RCC拱坝绝大多是双曲拱坝体型。由于浇筑方式及成拱方式与常态混凝土拱坝不同，RCC拱坝工作性态具有复杂性、多变性及动态性等特点，主要体现在大坝施工初期诱导缝未开裂前可传递力的作用，使得施工初期坝体自重参与拱梁分载；坝段长度较

4、长，施工期水化热温升部分代入到运行期，影响到最终的拱坝应力状态。因此，作为RCC拱坝防裂技术的关键——诱导缝设计就显得尤为重要。目前，横缝、诱导缝布置通常放在一起讨论，利用各自不同构造特点，起到协同防裂的效果。但在实际工程中，很多RCC拱坝并未张开甚至在未设缝位置出现裂缝，诱导缝实际诱导开裂作用并未达到设计预期，甚至还带［2］来一些附加效应。本文基于我国RCC拱坝诱导缝实际张开情况，结合RCC拱坝应力分布特点以及演化规律，将未张开原因归结为诱导缝布置不当、RCC拱坝温度自身特点、现有施工方式及成缝方式等，其中以诱导缝布置不当影响最

5、大。在此基础上，重点讨论RCC拱坝诱导缝防裂设计中的几个关键问题，即诱导缝力学及数值计算模型改进、基于整坝全过程仿真分析技术的诱导缝防裂设计方法、诱导缝布置及缝面结构型式等问题。收稿日期：2017-11-03；网络出版日期：2018-02-08网络出版地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20180208.0945.001.html基金项目：国家自然科学基金项目（51779276，51579252，51779277）；中国水科院科研专项（SS0145B122018，SS0145

6、B932017）；水利部技术示范项目（SF-201701）作者简介：李海枫（1979-），河南杞县人，博士，高级工程师，主要从事碾压混凝土拱坝结构研究。E-mail：lihfdlut@126.com—343—6050403020碾压混凝土坝数量1001986以前1987—19911992—19961997—20012002—20062007—20102011—2018年度图1我国碾压混凝土坝数量增长趋势2诱导缝未张开原因分析诱导缝最早应用到重力坝，而后应用到重力拱诱导缝坝，最后应用到薄拱坝。诱导缝在重力坝中主要是诱导缝引导开裂，释

7、放温度应力。在拱坝中，除上述作用以外，还要进行传力，即释放应力同时又传递力，［3］后者对拱坝而言，更为重要。但在实际工程中，裂缝很多RCC拱坝并未张开，甚至在未设缝位置出现裂缝裂缝，例如我国西南地区某RCC拱坝，在蓄水前坝体出现了类似裂缝（见图2），诱导缝的实际诱导开裂作用并未达到设计预期，甚至还带来一些附加效应。综合我国RCC拱坝诱导缝实际张开情况，图2西南某碾压混凝土拱坝下游坝面裂缝归结未张开的原因，可归结如下4个方面原因。（1）诱导缝设置问题。诱导缝并不是设置在拱坝拉应力最大位置，由于拱坝施工期温度应力与施工时间密切相关，当

8、实际施工进程跟设计计划不一致时，那么坝体实际应力也随之变化，相应诱导缝的布置也要跟着变化。因此，RCC拱坝横缝和诱导缝设置位置及缝间距，需要根据坝的体型、材料条件、气象水文及实际施工条件，在仿真分析基础上确定并进行动态调整，缝一般要设在拉应力最大部