专利名称：重力坝加高后新老混凝土结合面防裂方法
技术领域：
本发明提供一种重力坝加高后，新老混凝土结合面防裂的方法。
背景技术：
重力坝加高将是未来大坝建设的重要任务之一。一般重力坝加高后的典型坝段如图1所示，由老坝体1和新加高的坝体2组成。对老坝体1的加高一般是在坝体的顶部加高一段，同时在老坝下游面新贴上一定厚度的新混凝土构成加高的新坝体。加高后的重力坝存在的一个重要问题，是在增高的新坝体部分与原来老坝体的混凝土的结合面3上开裂。到目前为止，国际国内已经加高的重力坝中都在不同程度上存在沿结合面开裂问题。导致新老坝体脱开的原因是新老坝体之间存在温度差，使新老坝体在结合面上开裂。有些开裂严重的加高重力坝在经过几个冬夏之后，新坝体与老坝体在结合面上完全脱开，这样就影响了新老混凝土坝体的整体性，从而影响到大坝的应力、稳定和安全。现有技术中解决这一问题主要是从温度控制入手，如采用低温入仓、水管冷却、保温等使加高后的新混凝土的温度接近稳定温度，或略低于稳定温度等。目前常用的在新混凝土中设置竖直宽槽的方法，也在一定程度上减小接合面法向的拉应力，但不能从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可以有效地防止重力坝加高在温度应力作用下沿新老混凝土结合面开裂的方法。
本发明的目的是这样实现的在加高后大坝下游新混凝土内在垂直于下游坝面的铅直平面内设置一条具有一深度的应力释放缝，从而可以有效地防止重力坝加高后新老坝体结合面的开裂。其原理如下重力坝加高后新老混凝土结合面的开裂，主要是由于新老混凝土坝体变形的不协调，引起结合面法向拉应力过大所致。接合面上的拉应力，主要是由于温度变化引起的，该温度变化由两部分组成一部分是由新混凝土浇筑后水化热温升引起，即新混凝土从浇注后的最高温度下降到最低温度的温度变化引起新老混凝土上的法向拉应力；另一部分是由于周期性变化的气温引起的，新混凝土与空气接触，空气的变化导致新混凝土的温度随气温而变化，而老混凝土由于离坝表面较远，受气温变化影响较小，即气温的变化导致新老混凝土的温差。图2a示出了研究新老混凝土温差应力的剖面I-I，在I-I剖面上，周期性变化的气温会在冬季使新混凝土2温度下降而收缩，从而在新混凝土2的外表面引起拉应力σb1，在坝段两侧的结合面3处引起拉应力σj1，如图2b。夏季新混凝土温度升高，则在新混凝土2的外表面引起压应力σby，坝段中部的结合面3处引起拉应力σj1’，如图2c。
在每个坝段的中部下游新混凝土表面切一条竖直方向的人工缝，就可以释放掉新混凝土坝体内坝轴线方向上的拉应力和压应力，有效地减小甚至消除因四季交替在新老混凝土坝体结合面处产生的拉应力，从而防止开裂。
所述切缝的深度根据新贴坡混凝土的厚度，可以控制在3～6米深，具体深度应根据仿真分析的结果而定。
所述切缝还可以通过在新混凝土中埋设埋件，如表面涂有沥青的钢板或塑料板而形成。埋件也可以是木板。埋件在坝的下游坡面上一般是被混凝土覆盖而不在外面露出。
在使用埋件设置人工缝的浇铸新混凝土施工过程中，在设人工缝处预埋涂有沥青的钢板或塑料板，或是没有涂层的木板等，板的水平宽度即为人工缝所需的深度，由于大坝很高，在加高过程中是由下向上一段一段浇铸成的，在浇铸一段新混凝土前，先将埋件如钢板的下游侧边与混凝土模板固定，而钢板的底边则与在下的一段浇铸固定的混凝土中的钢板的露出的上端固接，如焊接起来，然后进行浇铸，这一段浇铸完成时，应使钢板的上端露出混凝土层一段，最好是5厘米左右，在浇铸上面一段时，将这一段中要埋设的钢板的底边与下段露出的钢板的底边固联在一起，下游侧边仍与混凝土模板固定。如此一段一段地将新混凝土浇铸起来，即将重力坝加高了，而在其新混凝土中构成了一个人工缝。
由于在钢板上涂有沥青，沥青与混凝土的结合力较小，在出现温差而形成应力时，新混凝土与钢板之间即可形成裂缝，因此，埋件处也就形成了人工缝，可解决新老混凝土结合面上的开裂问题。
所述钢板可以在其上的两个侧面均涂设沥青涂层，也可以在一侧涂设沥青涂层，所述沥青涂层的厚度最好是1-3mm。
使用埋件设置人工缝在施工中更简单方便。
本发明提供的重力坝加高后新老混凝土结合面防裂方法通过在加高的新混凝土中制作一条人工缝，就可以有效地防止四季温差等带来的开裂的问题，在施工中，比起现有技术中的防裂方法简单易行，但其效果又是突出的，这一技术可以使重力坝在加高后新老混凝土结合面不致脱开，从而保证了大坝的整体性和安全性，安全耐用，不但可以减少施工过程中的温度控制费用，还可以节省竣工后的维修费用，在重力坝防裂技术上具有重大的意义。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为现有的重力坝加高结构示意图；图2a-2c分别为重力坝分析应力分布的截面I-I位置和冬夏季新老混凝土接合面应力分布示意图；图3a为在新混凝土层上具有人工缝的加高重力坝的立体结构示意图；图3b为图3a的在新混凝土层上具有人工缝的加高重力坝的I-I断面结构示意图；图4为一个具体实施方案的加高重力坝及其上设有的人工缝的结构示意图；图5为通过埋件在新混凝土层中形成人工缝的施工示意图；图6为图5的A-A剖视结构示意图。
具体实施例方式
在加高后的重力坝下游面的新混凝土内通过切缝，或施工埋件的方法设置3～6m深、竖直方向的构造缝4见图3a和图3b，以释放掉新混凝土内坝轴线方向的拉、压应力，从而达到消除或减小新老混凝土结合面法向应力的目的。
例如，某坝剖面如图4。原坝高65.0m，加高14.0m，加高后坝高79.0m，贴坡混凝土水平厚度12.0m。在坝段的中间切一条深6.0米的人工缝4，即可释放新混凝土下游面坝轴向应力，从而减小或消除结合面法向应力，达到防止接合面开裂的目的。
在施工中，还可以通过埋件的方法设置上述的的人工缝，在本实例中使用涂有2毫米厚沥青涂层的钢板5作为埋件，如图5和6所示，在浇铸新混凝土2时，在设人工缝处预埋涂有沥青的钢板5，该钢板的水平宽度为6米，在第一段A1浇铸前，将钢板5的底边51与基础固联，可以是用常规的方法，如焊接在固于基础上的钢筋上，钢板5的下游侧边52固定在新混凝土层模板6上，然后进行新混凝土的浇铸，本段浇铸完毕时，钢板5在高度方向上露出混凝土浇铸层5厘米；在浇铸第二段A2之前，将同样尺寸的涂有沥青的钢板5’的底边51’焊接在前面预留的钢板5上，其下游侧边仍然固定在新混凝土层模板6’上……，如此逐层向上浇铸，即可在新混凝土层内形成一条人工缝4，即应力释放缝。
权利要求
1.一种重力坝加高后新老混凝土结合面防裂方法，其特征在于在加高后大坝下游新混凝土内在垂直于下游坝面的铅直平面内设置一条具有一深度的应力释放缝。
2.根据权利要求2所述的防裂方法，其特征在于所述应力释放是设在每个坝段的中部下游新混凝土表面。
3.根据权利要求1或2所述的防裂方法，其特征在于所述应力释放缝通过在坝面上切设人工缝实现。
4.根据权利要求1或2所述的防裂方法，其特征在于所述应力释放缝通过在新混凝土中埋设埋件实现。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的防裂方法，其特征在于所述应力释放缝的深度为3～6米。
6.根据权利要求4所述的防裂方法，其特征在于在使用埋件设置应力释放缝的浇铸新混凝土施工过程中，在设应力释放缝处预埋至少在其一个侧面上涂有沥青的钢板或塑料板，或是没有涂层的木板的埋件；该埋件的水平宽度即为应力释放缝所需的深度，在加高新混凝土层过程中是由下向上一段一段浇铸成的，在浇铸一段新混凝土前，先将埋件的下游侧边与混凝土模板固定，而钢板的底边则与下一段浇铸固定的混凝土中的埋件的上端固接，然后进行浇铸，这一段浇铸完成时，应使所述埋件的上端露出混凝土层一段，在浇铸上面一段时，将该段中的所述埋件的底边与下段露出的埋件的底边固联在一起，如此一段一段地将新混凝土浇铸起来，即将重力坝加高了，而在其新混凝土中构成了一个所述应力释放缝。
7.根据权利要求6所述的防裂方法，其特征在于所述埋件为钢板，在其上的两个侧面均涂设沥青。
8.根据权利要求6或7所述的防裂方法，其特征在于所述沥青涂层的厚度是1-3mm。
9.根据权利要求6所述的防裂方法，其特征在于当一段浇铸完成时，使所述埋件的上端露出混凝土层一段的距离为5厘米。
全文摘要
本发明公开了重力坝加高后新老混凝土结合面防裂方法，即是在加高后大坝的下游新混凝土内设置一条一定深度的应力释放缝。本发明提供的重力坝加高后新老混凝土结合面防裂方法可以有效地防止四季温差等带来的开裂的问题，在施工中，比起现有技术中的防裂方法简单易行，但其效果又是突出的，这一技术可以使重力坝在加高后新老混凝土结合面不致脱开，从而保证了大坝的整体性和安全性，不但可以减少施工过程中的温度控制费用，还可以节省竣工后的维修费用，在重力坝防裂技术上具有重大的意义。
文档编号E02B7/02GK1525012SQ03105288
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者朱伯芳, 张国新, 许平, 杨波 申请人:中国水利水电科学研究院