混凝土垫座分缝结构和施工方法.pdf

本发明公开了一种水利水电工程结构，尤其是一种混凝土垫座分缝结构。本发明提供了一种降低温度应力的混凝土垫座分缝结构，包括混凝土垫座和拱坝建基岩体；所述混凝土垫座的一端设置在拱坝建基岩体上，另一端为拱坝建基面；还包括混凝土垫座分缝结构，混凝土垫座分缝结构将混凝土垫座分成两部分，混凝土垫座分缝结构的缝面为斜曲面。体积较大的混凝土垫座采用本分缝结构进行分缝后，可以降低混凝土垫座温度应力，降低垫座混凝土开裂风险，解决垫座混凝土浇筑仓面较大施工机械施工能力不足的问题。对垫座分缝进行接缝灌浆后，混凝土垫座最终将形成整体结构，有利于垫座的整体受力。

1.  混凝土垫座分缝结构，包括混凝土垫座(3)和拱坝建基岩体(5)；所述混凝土垫座的一端设置在拱坝建基岩体上，另一端为拱坝建基面(2)；其特征在于：还包括混凝土垫座分缝结构，混凝土垫座分缝结构将混凝土垫座分成两部分，混凝土垫座分缝结构的缝面为斜曲面。

2.  如权利要求1所述的混凝土垫座分缝结构，其特征在于：混凝土垫座分缝结构的缝面在高程方向上从混凝土垫座(3)顶部贯穿至底部。

3.  如权利要求1所述的混凝土垫座施工结构，其特征在于：混凝土垫座分缝结构的缝面沿拱坝径向从混凝土垫座(3)上游贯穿至下游。

4.  如权利要求1所述的混凝土垫座分缝结构，其特征在于：混凝土垫座分缝结构上布置有接缝灌浆系统。

5.  如权利要求4所述的混凝土垫座分缝结构，其特征在于：所述接缝灌浆系统包括止浆片，止浆片设置在混凝土垫座分缝结构的下游，从下游水位高程处一直延伸至混凝土垫座(3)顶部。

6.  如权利要求1所述的混凝土垫座分缝结构，其特征在于：还包括止水片，所述止水片布置在混凝土垫座分缝结构的上、下游处，上游从混凝土垫座的顶部布置至底部，下游从下游水位高程处一直延伸至混凝土垫座(3)底部。

7.  混凝土垫座施工方法，其特征在于：利用混凝土垫座分缝结构将混凝土垫座(3)分成两部分进行施工，混凝土垫座分缝结构的缝面为斜曲面。

8.  如权利要求7所述的混凝土垫座施工方法，其特征在于：混凝土垫座(3)采用斜缝分成两块，山内侧块应先于临河侧块施工，混凝土浇筑时，两分块混凝土应均匀上升，高差不应大于12m，相邻浇筑块浇筑时间的间隔宜小于21d。

混凝土垫座分缝结构和施工方法
技术领域
本发明涉及一种水利水电工程结构，尤其是一种混凝土垫座分缝结构。此外，本发明还涉及一种水利水电工程施工方法，具体是一种混凝土垫座施工方法。
背景技术
拱坝为高次超静定结构，如建基面有地形垭口造成局部地形缺失，或局部坝基地质条件不满足拱坝建基条件，而建基面进一步开挖加大嵌深，将引起边坡规模急剧增加，带来较大的边坡稳定问题，或增加拱坝的不对称性，恶化拱坝受力，此时，可在地形缺失处设置混凝土垫座，或挖除不满足拱坝建基条件的软弱岩体，置换成混凝土垫座，形成人工地基，消除地形地质缺陷，改善拱坝受力条件。垫座处于受多面地基约束的状态，若垫座规模较大，施工期可能由于较大的温度应力导致垫座开裂，此时，需要对混凝土垫座进行分缝；同时，垫座规模较大时，混凝浇筑仓面较大，受施工机械施工能力的限制，也需要对混凝土垫座进行分缝。因此，需要研究一种垫座的分缝结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低温度应力的混凝土垫座分缝结构和施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的混凝土垫座分缝结构，包括混凝土垫座和拱坝建基岩体；所述混凝土垫座的一端设置在拱坝建基岩体上，另一端为拱坝建基面；还包括混凝土垫座分缝结构，混凝土垫座分缝结构将混凝土垫座分成两部分，混凝土垫座分缝结构的缝面为斜曲面。
进一步的是，混凝土垫座分缝结构的缝面在高程方向上从混凝土垫座顶部贯穿至底部。
进一步的是，混凝土垫座分缝结构的缝面沿拱坝径向从混凝土垫座上游贯穿至下游。
进一步的是，混凝土垫座分缝结构上布置有接缝灌浆系统。
进一步的是，所述接缝灌浆系统包括止浆片，止浆片设置在混凝土垫座分缝结构的下游，从下游水位高程处一直延伸至混凝土垫座顶部。
进一步的是，还包括止水片，所述止水片布置在混凝土垫座分缝结构的上、下游处，上游从混凝土垫座的顶部布置至底部，下游从下游水位高程处一直延伸至混凝土垫座底部。止水片还布置在分缝结构的下游处，从垫座底部到下游水位之间均需布置止水片。
本发明提供的混凝土垫座施工方法，利用混凝土垫座分缝结构将混凝土垫座分成两部分进行施工，混凝土垫座分缝结构的缝面为斜曲面。
进一步的是，混凝土垫座采用斜缝分成两块，山内侧块应先于临河侧块施工，混凝土浇筑时，两分块混凝土应均匀上升，高差不应大于12m，相邻浇筑块浇筑时间的间隔宜小于21d。
本发明的有益效果是：体积较大的混凝土垫座采用本分缝结构进行分缝后，可以降低混凝土垫座温度应力，降低垫座混凝土开裂风险，解决垫座混凝土浇筑仓面较大施工机械施工能力不能满足要求的问题。利用分缝结构上布置的接缝灌浆系统对垫座分缝进行接缝灌浆后，混凝土垫座最终将形成整体结构，有利于垫座的整体受力。垫座分缝上游布置的止水和下游布置的止水及止浆片，将起到止水及止浆的作用，防止水流穿过垫座，及在接缝灌浆期间防止浆液漏出。
附图说明
图1是本发明的垫座横河向剖面图；
图2是垫座的平面图。
图中零部件、部位及编号：拱坝1、拱坝建基面2、混凝土垫座3、混凝土垫座分缝结构4、拱坝建基岩体5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，本发明包括混凝土垫座3、混凝土垫座分缝结构4，所述混凝土垫座分缝结构4缝面为斜曲面；混凝土垫座分缝结构4高程方向从混凝土垫座3顶部贯穿至底部，沿拱坝径向从混凝土垫座3上游贯穿至下游，所述混凝土垫座分缝结构4缝面布置接缝灌浆系统，根据不同高程垫座混凝土的浇筑龄期、冷却的温度情况，分高程、分灌区适时对垫座分缝进行接缝灌浆，最终将垫座连接成整体垫座。混凝土垫座分缝结构4缝面上游从混凝土垫座3顶部至底部，下游从混凝土垫座3底部到下游水位高程之间布置止水片，布置的止水片止水的同时起到止浆作用。混凝土垫座分缝结构4缝面下游从下游水位高程以上一直到混凝土垫座3顶部均需设置止浆片。体积较大的混凝土垫座采用本混凝土垫座分缝结构4进行分缝后，可以降低混凝土垫座的温度应力，降低垫座混凝土开裂风险，解决垫座混凝土浇筑仓面较大施工机械无法施工的问题。对垫座分缝进行接缝灌浆后，混凝土垫座最终将形成整体结构，有利于垫座的整体受力。
下面通过实施例来说明本发明的设计思路
本例涉及的混凝土垫座尺寸较大，高155.0m(高程1730.0m～1885.0m范围)，垫座底部最大面积为4400m²。
对于传统设计来讲，混凝土垫座3应为整体，也就是混凝土垫座3本身不分缝，其优点是整个垫座为一个整体，符合设置垫座提高基础变形模量和地基刚度，有效传递拱坝推力的要求，垫座受力条件好。然而，这种传统方案运用到本例来目前是无法实现的，其首要面对的困难就是，混凝土施工机械的施工能力问题。即使用2台9m³缆机浇筑垫座混凝土，最大浇筑仓面面积约2000m²，而本例垫座不分缝时最大仓面面积为4400m²，远远超过混凝土施工机械的施工能力。同时，垫座处于受多面地基约束的状态，若垫座规模较大，施工期可能由于较大的温度应力导致垫座开裂。
为此，本发明设计了多个方案，并最终筛选了可行的方案。以下对方案论证进行简要说明。
1)分缝方案主要考虑的原则：
(1)浇筑仓面面积满足施工机械的施工能力，分缝时控制最大仓面面积在2300m²以内。
(2)有利于垫座温控防裂；
(3)有利于垫座在拱坝推力的长期作用下能保持结构的整体性，不会在拱推力作用下沿分缝面裂开；
(4)有利于施工期对分缝面进行有效地接缝灌浆。
2)分缝方案拟定
根据上述原则，拟定分缝方案时主要根据两方面因素拟定了多个分缝方案：
(1)分缝方向的考虑
①径向分缝
径向分缝就是指在俯视角度上，分缝面方向与拱坝的径向相同。径向分缝方案，分缝与拱坝推力大角度相交，缝面主要受压，有利于垫座在拱坝推力的长期作用下能保持结构的整体性，不会在拱推力作用下沿分缝面裂开。径向分缝的仓面面积最大约2000m²，如采用薄层浇筑，满足混凝土施工能力的要求。由于垫座的上下游方向尺寸较大，最大浇筑块长度接近100m，最大长宽比接近5，在温控防裂上难度比较大。
②切向分缝
由于径向分缝的浇筑块长宽比较大，为减小长宽比，提出了大致按拱端切向分缝的方案。切向分缝就是指在俯视角度上，分缝面方向与拱坝的切向相同。虽然切向分缝得到的浇筑块的形状比较规则，也便于施工，但拱推力的方向与分缝的方向夹角比较小，缝面会产生较大的剪应力，垫座混凝土在承受到拱坝传来的巨大的拱推力作用下，垫座有可能沿分缝面错动而裂开。
③径向+切向分缝
径向+切向的分缝方案将混凝土垫座分成较小的浇筑块，解决了混凝土施工能力方面的问题；浇注块长宽比适度，形状较好，对混凝土的温控有利；分缝为径向+切向，同时其中的切向分缝应避免设置在拱端下游坝趾的高压应力区，降低了垫座在拱坝推力作用下沿分缝面错动裂开的风险。径向+切向的分缝方案混凝土施工能力较易满足，温控难度小，但是划分的块体太多，对垫座的整体性有一定影响，同时，过多的块体使得混凝土冷却水管的布置、径向+切向分缝的布置及并缝、接缝灌浆等相当复杂，施工难度相对较大。
(2)接缝灌浆方面的考虑
①分缝为直缝，缝面为铅直面
分缝为直缝，，缝面为铅直面。由于垫座为斜向布置的，无法采用一条直缝将垫座分开，只能采用分段直缝，分段高度采用9m(一个灌区高度)～27m(3个灌区高度)，各分段的直缝错开布置，采用错缝形式。为降低分缝导致相邻混凝土开裂的风险，在与裂缝相邻的混凝土中布置并缝钢筋。该方案的优点是分缝为直缝，有利于接缝灌浆施工。方案的缺点是，分缝受上下层混凝土的约束，缝面开度将受到一定的影响，影响接缝灌浆效果；同时，分缝处的上下层混凝土受分缝的影响，在分缝处容易产生应力集中，导致混凝土开裂。
②分缝为斜缝，缝面为斜面
由于垫座为斜向布置，采用斜缝可以贯通垫座顶部和底部，按灌浆分梯段高程布置接缝灌浆系统，该方案避免了错缝布置带来分缝处应力集中导致的混凝土开裂风险。该方案的缺点是分缝面为斜面，由于垫座混凝土自重导致的压重，缝面张开度会受到影响，接缝灌浆效果会收到一些影响。
3)最终采用的方案
最终采用的分缝方案为：分缝方向采用径向，采用一条斜缝贯穿垫座顶部和底部，在保证缝面尽可能与拱推力方向大角度相交的条件下进行调整，尽可能降低浇筑块的长宽比，并尽量避免出现尖角，
本发明的方案优势就在于，缝面为斜曲面，可通过各高程的分缝位置的灵活调整，合理分隔混凝土垫座3，达到各高程分缝位置最优，使分缝与拱坝推力大角度相交，最大限度的减小了缝面可能产生的剪力导致的垫座沿缝面错开的风险；避免了错缝布置带来分缝处应力集中导致的混凝土开裂风险；同时，由于只分了一条缝，有利于保证垫座的整体性。
4)垫座施工方法
混凝土垫座采用斜缝分成两块，山内侧块应先于临河侧块浇筑。混凝土浇筑中，两分块应均匀上升，高差不应大于12m，相邻浇筑块浇筑时间的间隔宜小于21d，即21天。
混凝土垫座采用斜缝分缝方案，临河侧分块的自重对缝面有挤压效应，对斜缝接缝灌浆时缝的开度有比较大的影响，斜缝的开度小，浆液无法顺畅地在缝面流动，将影响斜缝接缝灌浆质量，垫座无法有效地连接成为整体。通过研究，为保证斜缝接缝灌浆质量，作如下规定：
(1)垫座、大坝浇筑及灌浆的施工时序为：垫座浇筑→垫座斜缝接缝灌浆→垫座固结灌浆→大坝浇筑→大坝横缝接缝灌浆→大坝与垫座接触面接缝灌浆→垫座与基岩接触面接触灌浆→帷幕灌浆，且垫座应先于相同高程大坝混凝土浇筑180d以上。
(2)加密垫座斜缝灌浆系统的升浆管间距，该工程拱坝横缝接缝灌浆升浆管间距2m，垫座斜缝灌浆升浆管间距加密至1m。
(3)为提高接缝灌浆质量，该工程拱坝横缝接缝灌浆系统采用了创新性的线面结合灌浆系统，接缝灌浆系统为灌浆槽+升浆管的形式，升浆管顶部据排气槽的距离为3.0m。为降低浆液上升难度，垫座斜缝灌浆系统加长升浆管，将升浆管顶端距离灌区顶部排气槽的距离由3.0m调整为0.5m。
(4)适当加大接缝灌浆压力。
(5)斜缝采用超冷接缝灌浆，增大斜缝开度，以保证灌浆质量。