拱坝地形缺陷加固结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水利水电工程结构，尤其是一种拱坝地形缺陷加固结构。
【背景技术】
[0002]拱坝为高次超静定结构，如建基面有地形垭口等地形缺陷，将恶化拱坝受力，可能使拱坝出现开裂，严重的可能导致拱坝整体失稳而出现毁灭性的破坏。因此，一般要求拱坝建基面平顺，避开垭口等地形缺陷。有时由于拱坝布置条件的局限，无法避免这样的情况出现，一般做法是在地形缺失处设置重力墩或推力墩，形成人工地基，最大限度的消除地形缺陷，改善拱坝受力条件。
[0003]但有些时候由于客观条件的限制，无法布置重力墩或推力墩，或布置重力墩或推力墩将大大增加开挖工程量和混凝土工程量，增加边坡高度或者施工困难。例如下面的例子:拱坝坝顶高程1885m，建基面在约1830m高程以上出现地形垭口，地形缺失出现在约1830m-坝顶高程1885m。因此，如果在该部位布置推力墩，推力墩高度至少也有55m，那样的话需要开挖推力墩基础，由于该部位边坡坡度较陡，为80度至90度，坝顶以上还有1000多米高边坡，开挖推力墩基础将大大增加拱坝坝肩开挖边坡高度，该拱坝由于坝高305m，为世界第一高坝，边坡高陡，坝肩开挖边坡高度本来就为高达500m级高边坡，如果在此基础上再开挖推力墩基础，边坡高度将急剧加大；同时，该边坡顺层挤压带及绿片岩发育，边坡稳定性极差，开挖推力墩基础将增加边坡稳定风险并增加巨大的支护工程量。传统的推力墩在拱坝较高、边坡高陡及边坡稳定性较差的情况下采用时，将极大地增加开挖支护工程量，加长工期，增加工程风险。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种优化拱坝受力的拱坝地形缺陷加固结构。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的拱坝地形缺陷加固结构，包括拱坝、建基面岩体、建基面插筋和下游混凝土加固贴脚，所述拱坝的端部与建基面岩体结合，所述下游混凝土加固贴脚沿拱坝端部的边缘在建基面岩体上延伸，所述下游混凝土加固贴脚位于拱坝的下游侧，所述下游混凝土加固贴脚通过建基面插筋与建基面岩体相互结合。
[0006]进一步的是，所述拱坝和下游混凝土加固贴脚为一体化结构。
[0007]进一步的是，所述建基面岩体和下游混凝土加固贴脚之间设置有接触灌浆层。
[0008]进一步的是，下游混凝土加固贴脚的施工缝分缝与拱坝施工缝分缝一致。
[0009]进一步的是，所述下游混凝土加固贴脚布置在建基面岩体的地形缺陷处。
[0010]进一步的是，所述下游混凝土加固贴脚为台阶状。
[0011]本发明的有益效果是:本工程结构采用了加大的下游混凝土加固贴脚，加大的下游混凝土加固贴脚能够有效改善有地形缺陷的拱坝受力条件。加大的下游混凝土加固贴脚通过建基面插筋与建基面岩体相互结合，使得加大的混凝土贴脚能够稳固的连接在建基面岩体上。拱坝和加大的下游混凝土加固贴脚为一体化结构，可以使得两者的力传递一体化，从而使得拱坝受力达到最优的状态。建基面岩体和加大的下游混凝土加固贴脚之间设置有接触灌浆层，接触灌浆层可以使建基面岩体和下游混凝土加固贴脚之间结合更加紧密。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的平面布置示意图；
[0013]图2是图1的Kl-Kl线剖面；
[0014]图3是图1的K2-K2线剖面；
[0015]图中零部件、部位及编号:拱坝1、下游混凝土加固贴脚2、拱坝基本体形边界3、建基面插筋4、常规贴脚5、拱坝建基面6、下游混凝土加固贴脚顶部边界7。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017]如图1所示，本发明包括拱坝1、建基面岩体、建基面插筋4和下游混凝土加固贴脚2，所述拱坝I与建基面岩体结合，所述下游混凝土加固贴脚2沿拱坝I端部的边缘在建基面岩体上延伸，所述下游混凝土加固贴脚2位于拱坝I的下游侧，所述下游混凝土加固贴脚2通过建基面插筋4与建基面岩体相互结合。在施工时，首先在建基面结合边坡支护锚杆布置建基面插筋4，将建基面插筋4沿建基面岩体均匀布设，如图1所示，建基面插筋4外露建基面50cm，使加固贴脚的混凝土与基岩能较好的结合。加固贴脚的规模根据地形条件布置，下游混凝土加固贴脚2的混凝土与拱坝I的混凝土采用同等强度。
[0018]如图2所示，本结构的下游混凝土加固贴脚2相对于传统的常规贴脚5覆盖范围更宽广，可以有效的填充地形垭口等地形缺陷，其效果如图3所示；传统的常规贴脚5仅进行混凝土填充，其作用为填充拱坝I与开挖边坡，其没有插筋，不具备加固功能。下游混凝土加固贴脚2通过建基面插筋4与建基面结合连接，其稳固性好，可以有效分担拱坝I的受力。
[0019]下游交通布置方面，下游混凝土加固贴脚2应与常规贴脚5统一考虑，进行拱坝下游交通的整体布置
[0020]为有效改善拱坝受力，下游混凝土加固贴脚2与拱坝I基本体形混凝土进行整体浇筑。所述拱坝I和下游混凝土加固贴脚2为一体化结构。
[0021]具体的，所述建基面岩体和下游混凝土加固贴脚2之间设置有接触灌浆层。为有效改善拱坝I受力，加大的下游混凝土加固贴脚2与拱坝I基本体形混凝土进行整体浇筑，下游混凝土加固贴脚2的施工缝分缝与拱坝施工缝分缝一致，下游混凝土加固贴脚2与建基面岩体间进行接触灌浆，以使下游混凝土加固贴脚2与拱坝建基面6能较好的结合，其接触灌浆可以拱坝接触灌浆同步进行。
[0022]实施例
[0023]本例中的加固贴角与上文中的下游混凝土加固贴脚2具有相同的结构，为了区别方案，在本例中采用了不同的名称。
[0024]在某水利水电工程中，拱坝建基面在右岸1830m高程以上地形有一个垭口，1830m高程以上地形出现突扩，拱坝弦长突增，导致1830m高程以上拱坝刚度突然减小，柔度加大，由于该部位的地形突变，拱坝应力分布出现了高应力集中区及高梯度应力区，恶化了拱坝受力条件，可能造成该部位坝体开裂。
[0025]方案拟定
[0026]右岸1830m高程以上地形突扩，坝体在该处以上刚度降低较大，为增加坝体上部刚度，拟定在右岸上部加大加固贴角的方式增大1830m高程以上的的坝体刚度，改善坝体受力条件，拟定方案如下图所示。大加固贴角措施包括3个方案:
[0027]方案1:在25坝段、26坝段下游加大加固贴角，即在下游约El.1850m高程以下为常规加固贴角，从1850m高程开始到坝顶高程1885m，扩大下游加固贴角的断面，贴附25坝段、26坝段；
[0028]方案2:在24坝段、25坝段、26坝段下游加大加固贴角，从约1830m高程开始到坝顶高程1885m，扩大下游加固贴角的断面，贴附24坝段、25坝段、26坝段；
[0029]方案3:在24坝段、25坝段、26坝段上、下游上游均加大加固贴角，即上游大加固贴角+下游大加固贴角。
[0030]分析方法及工况
[0031](I)计算方案
[0032]针对右坝肩建基面中上部1830m高程地形突变，为了增加顶拱右拱端附近的刚度，拟定以下几个右岸上部高程加固贴角方案，并进行了计算对比。
[0033]方案1:下游大加固贴角，加固贴角在坝顶高程贴附25坝段、26坝段；
[0034]方案2:下游大加固贴角，加固贴角在坝顶高程贴附24坝段、25坝段、26坝段；
[0035]方案3:上游大加固贴角+下游大加固贴角。
[0036](2)三维有限元模型
[0037]采用三维有限元法对上述初拟方案进行线弹性及非线性分析，主要使用了 ABAQUS和FLAC3D程序，线弹性计算采用ABAQUS程序，非线性计算则采用FLAC3D程序。
[0038]三维有限元模型模拟范围为上游大于1.5倍坝高，下游大于等于3倍坝高，左右两岸大于2倍坝高，坝基深度大于I倍坝高，坝顶高程以上模拟75m山体。并对各主要断层和岩脉进行了模拟。
[0039](3)计算荷载及工况
[0040]计算考虑了正常蓄水、1.5?9.0倍水载超载等工况，荷载包括地应力、坝体自重、水载、泥沙荷载、温度荷载和渗流荷载。
[0041 ] 计算成果及分析
[0042]一、线弹性分析
[0043]I)位移分析
[0044]右岸上部加固贴角位移计算表明:
[0045](I)总体而言，各方案的坝体位移分布规律基本相同，量值上差别也不是很大。只有在El.1830m?El.1850m地形突变处右拱端位移有一些差别。
[0046](2)各方案位移分布特点如下:
[0047]①右拱端:顺河向位移方案I和方案2相差不大，差值在0.2mm左右；方案3和方案2差值在0.5mm左右，最大差值在El.1850m高程，横河向位移分布类似；
[0048]②拱冠梁:各方案略的顺河向位移差值依次相差0.85mm左右，横河向位移差值在0.3mm左右。方案3位移略小，方案I位移略大；
[0049]③左拱端:各方案相差很小，差值在0.0lmm左右。
[0050]2)应力分析
[0051]①坝体应力
[0052]右岸上部加固贴角应力计算表明:
[0053]上下游坝面左拱端和拱冠梁主应力:各方案的量值相差很小。但是方案3的上游加固贴角部位的坝面的拉应力区较大，具体如下:
[0054]上游坝面右拱端主拉应力??方案I和方案2相差不大。在1730m高程以上部位，除了坝顶高程外，方案3比方案I和方案2主拉应力略有增大，增大约0.3MPa左右。