氧化镁混凝土拱坝设计

由于贵 州 省年 温差 相对较 大 ，同时 因氧化镁 混 凝 土应 用研 究 时 Ｅ尚短 ，当前 氧 化镁 掺量 未有 更大 ｔ 突破 ，采取 适 当设缝 的设计 措施 ，在 工程 实践 证 明
是 必要 的。诱 导缝 和横 缝是 氧化 镁混 凝土 拱 坝最 为
重 要 的构造 措 施 ，设 缝 技术 的研 究发 展将 有利 于 氧 化 镁 混凝 土拱 坝在 更广 泛 的地 区推广 使用 。
规 的 常态混 凝 土拱坝 横缝 是立 模形 成 ，这适 合 柱状 浇 筑混 凝土 的施 工需 要 。但立 模成 缝方 法 不适 于氧 化 镁 混 凝 土 拱 坝 的通 仓 连 续 浇 筑 混 凝 土 的施 工 方
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２３ ・
法 。已建 的工程 均采用 混凝 土预制 板方 法成 缝 ，如
化镁微膨胀混凝土形成的预压应力补偿温降收缩拉
免采用坝身缺 口导流等，这样有利于实现拱坝混凝
土 的快速浇 筑 。
目前 ，贵州省内已建的氧化镁混凝土拱坝都采
用 了坝顶表 孔溢 流 的布置 形式 。 当然 ，这 些工 程 的
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收稿 日期 ：２ １ — ２ ２ ０２ ０—７ 作者简介 ：徐 江 （９ １－ ，男 ，贵州省盘县人 ，工程师 ，从事水 １８ － ） 工建筑物设计工作 ；杨卫 中（ ９ ３ ） １ － ，男 ，贵州省贵 阳 ４ 市人 ，研究员 ，贵州省水 利水电勘 测设计研究 院原总工 程师 ，从事水利水电工程设 计及 管理工作 。
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析。
２１ ０ ２年第 ３期
应 力有 利 。
２ ２ 坝体 设计 ．
（ ）仿 真分 析 。 混凝 土拱 坝 的应 力 分 析 计 算 ， ５ 目前 使用 最 多 的是 拱梁 分 载法 ，计算 是 考虑 坝体 布
（ ）体形 选 择及 断 面设计 。氧化 镁混 凝 土拱 坝 １ 与常规 混 凝 土拱坝 不 同之 处在 于温 控措 施设 计 的差
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图 ２ 横 缝 平 面 布 置 示 意 图 （ 位 ：ｍ 单 ｍ）
几 座坝 的原 型监测 数据 表 明 ，横缝 或诱导 缝不
一
２ ４ 坝体 混凝 土及 温控 ．
列 出 了几座 氧化 镁混 凝 土拱 坝 的设 缝情 况 。 从 表 ２中可 以看 出河 床坝 段缝 距较 大 ，两岸 坡 较小 ，这与 拱 坝拉应 力分 布状 态 有关 。
２ ３ ３ 缝 的构造 形 式 ．．
规范” 的有关 规定执行 的。坝体氧化镁混凝 土微 膨 胀产 生 的预 压应 力 主要 表现 为拱 圈 的轴 向力 ，对 拱座的稳定一般来说并非不利 。此外 ，该力在混凝
象 条件 相 似 的 已建 氧化 镁混 凝 土拱 坝 的建设 经 验进 行 设计 。但 是 ，如 果 要 按 坝 体 完 全 不 布 置 诱 导 缝 （ 或横 缝 ） 计 ，则 必须 进行 仿 真计 算 。 设 （ ）拱座 稳定 分 析 。 目前 ，已建 的氧 化 镁混 凝 ４ 土拱 坝 的拱座 稳定 分 析 的一 般 原则 、计 算 方法 、安 全 系数 控 制标 准 都 是 按 照 现 行 “ 凝 土 拱 坝 设 计 混
别 以及混凝土浇筑方式的不同，其体形选择及断面 设 计 按照 现行 的有 关 规定 执行 。 目前 ，已建 的氧化
镁 混 凝土 拱 坝也都 遵 循这 一做 法 。 （ ）荷 载及 其组 合 、应 力控 制标 准 。作 用 于 氧 ２ 化镁 混凝 土拱 坝 的荷 载 与 常 规 混 凝 土 拱 坝 基 本 一 致 ，主要 多了 一 个 氧化镁 的微膨 胀变 形作 用 ，这 也 是 氧化镁 混 凝土 拱 坝 的荷 载 特点 。在 采用 拱梁 分 载
沙 老 河 、三 江 、鱼 简 河 、落 脚 河 、马 槽 河 、老 江
起的温降收缩进行补偿 ，简化 或取消传统 温控措 施 ，从 而实 现快速 筑坝 的一 种新 型混凝 土 坝工 应用
技术。 ’
底 、黄 花寨 等氧 化镁 混凝 土拱 坝 ，均取 得 了 良好 的
社会 效 益和 经济 效益 ，见 表 １ 除黄 花 寨拱 坝 因某 。
置横缝、柱状浇筑混凝土 、混凝土水化热温升降低 到设 计封 拱 温度 时进行 封拱 灌 浆形 成拱 壳等 施工 因
素 的 。氧化镁 混凝 土 拱坝 一般 不设 或不 按 常规混 凝 土拱 坝要 求 布置 横缝 或诱 导缝 ，采 取通 仓连 续浇 筑 混凝 土 自然 形成 拱壳 的施 工方 法 ，有 的拱 坝诱导 缝 未灌 浆 就开 始 蓄水 。因此 ，采 用拱 梁分 载法 计算 不
范 ” 的有 关 规 定 进 行 控 制 是 必 然 的 。采 用 三 维 有 限元 法计 算 时 ，其应 力计 算 结果 将在 角 缘 附近引 起 应力 集 中 ，局 部 应 力 一 般 较 大 ， 目前 ，现 行 “ 混 凝 土拱 坝设 计 规 范 ” 采 用 “ 限元 等效 应 力 ” 的 有 方 法制 定 了应 力 控 制 标 准 ，根 据 多 年 来 “ 限 元 有 等效 应 力 ” 的应 用 情 况 来 看 是 合 适 的 。结 合 省 内 氧化 镁 混 凝 土 拱 坝 的 应 用 实 践 来 看 ，是 满 足 要 求 的 ，其 工程 实践 也证 明是合 适 的 。 （ ） 力计 算 方法 。根 据设 计 实践 ，不 同 的设 ３ 应 计 阶段 提 出 了采 用 拱梁 分载 法 与三维 有 限元 法进 行 拱 坝 的应力 分 析计 算 。氧化 镁混 凝 土拱 坝 的应力 分 析 计算 ，初 步设 计 以前 一 般 都 采 用 拱 梁 分 载 法 计 算 ，主要 是满 足选 定 拱 坝 的体 形 和 断 面 设 计 要 求 。 在 施工 图设 计 阶段 ，也 采用 拱 梁分 载法 进行 应力 复
氧化镁混凝土拱坝施工时，其水平拱圈整体上
升 ，坝 体不分 缝 或少分 缝 。因此 ，可简 化拱 坝坝 身
口导流。这除了有利于混凝土连续浇筑外 ，还有利
于坝 体连续 成拱 ，尤 其下 部坝 体厚 度较 大 时 ，由氧
的结构布置，如将拱坝与引（ ） 输 水建筑物分开布
置 、优 先采 用溢 流表孔 、施 工导 流采 用隧 洞导 流避
中图分 类号 ：Ｔ ２ ２ Ｖ Ｖ ２ ；Ｔ ４ 文献 标志码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ － １３ ２ １ ）３０ ２ － ４ ０ ７ ０ ３ （０ ２ ０－０ ２ ０
１ 概 述
全坝 外掺 氧化镁 混凝 土拱 坝技术 是 利用 氧化 镁 ７凝 土延 迟性微 膨胀 特性 ，对 大坝 混凝 土水 化热 引 昆
第２ ６卷第 ３期
Ｇ ＩＨ０ Ｔ Ｒ Ｐ ＷＥ ＵＺ ＵＷＡ Ｅ ０ Ｒ
贵州水 力发电
２１ ０ ２年 ６月
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水 工建 筑物设 计 与施工 ・
氧化镁 混凝 土拱坝设计
徐 江 ，杨卫 中，熊 杰
贵阳 ５０ ０ ） ５ ０ ２ （ 贵州省水利水 电勘测设计研究 院 ，贵州
摘要 ：本文结合贵州省地方标准 《 全坝外掺氧化镁 混凝 土拱坝技 术规范》 （ Ｂ ２ Ｔ７ ０ Ｏ １ ，介绍 了贵州省 Ｄ ５／ ２ —２ １ ） 中小型水利水 电工程氧化镁混凝土拱坝设计 中枢 纽布置 、坝体设计 、坝体构造 、坝体混凝 土及温控 等关键 内容 ， 其设计经验供相关设计人员探讨 、参考 、借鉴 。 关键词 ：水工结构 ；全坝外掺氧化镁 ；混凝 土拱 坝 ；地方 标准 ；设 计
２ ４ １ 坝 体 混 凝 土 ．．
表 １ 贵州省 已建 氧化镁 混凝土拱坝统计
２ 氧化 镁 混凝 土拱 坝设 计
２ １ 枢纽 布置 ．
泄 洪流 量相 对都 不大 ，从 坝身 布置 泄洪 孔 的情况 分
析 ，在 洪水 流量 大 时也是 可 以布置 泄洪 中孔 的 。 规 范要 求采 用 隧洞导 流 ，在 于避免 采用 坝身 缺
全 坝外 掺氧化 镁混 凝土 拱坝 技术 可应 用于 任意 体 形 的拱坝 ，以加快拱 坝施 工 速度 。该技 术 与传统
柱 状 浇筑 常 态 混 凝 土拱 坝 相 比较 ，温 控 措 施 更 简
些 原 因 中间二次 停工 耽误 工期 外 ，其余 工程 建 坝速
度 均较 快 。
化 ，施 工更 简便 ，建 坝速 度更 快 ；与碾 压混凝 土 技
术 相 比较 ，对 于坝 体偏 薄 、体形 复杂 的拱 坝适 应性 更 好 。该 技术 在碾 压混凝 土 拱坝 中的应用 ，对 温控
更 为 有利 。
氧化 镁混 凝土 拱 坝 建 设 始 于 １９ ９９年 广 东 省建 设 的长沙 拱 坝 ，贵 州 省 自 ２０ ００年 起 ，先 后 建 设 了
缝 。对 于坝址 处 年温 差 不 大 ，坝 体 混 凝 土 量 不 大 ，
可以在 １ 个低温季节将 坝体混凝土基本浇筑完成 ， 不在 高 温季 节浇 筑 的拱坝 ，经 分 析计算 研究 全 坝不
设缝 时氧化镁 混 凝土 拱 坝 的拉 应 变不超 过混 凝 土 的 极 限拉 伸值 时 ，可 以不设 诱导 缝 或横缝 。
根 据不设 缝 时拱 坝仿 真计 算 的应力 成果 ，将 诱 导缝 或 横缝 布置 在坝 体局 部 高拉应 力 区 ，以释放 高 拉应 力 使得 拉应 力满 足规 范要 求 。 当施 工 工期 或材 料性 能 发 生 变 化 时 ，应 通 过 仿 真 分 析 计 算 进 行 复
核 ，必 要 时对诱 导缝 或横 缝 的布 置进 行 调 整 。表 ２
图１ 、图 ２所示 。
及横 缝所 采用 的混凝 土预 制板 断面 尺寸 较常 态氧化
镁混凝土拱坝的要大，且在安装时必须采用插筋定
值得 注意 的是 ，碾压氧 化镁 混凝 土拱坝 诱导缝
位以避免混凝土碾压时产生移位。
图 １ 诱导缝平面布置示意图 （ 单位 ：ｍｍ）
止水铜 片
Ｐ Ｃ Ｖ 板
２ ３ ２ 缝 的 位 置 与 间 距 ．．
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核及给出坝肩抗滑稳定分析计算的作用力系。对 于 中 、高坝 ，提 出采 用 三维有 限元法 计算 的要 求 ，实 质上是结合仿真计算需要而提出的。对于低坝 ，由 于浇筑 坝体 混凝 土 可 以在 １个低 温 季节 完成 ，在 条 件 不具 备 时 ，不强 求进 行 三维 仿真 计算 ，可参 照气
尽符合施工实际而需进行仿真计算 ，分析拱坝各计
算 时期 的应 力 ，确定 是 否分缝 或 分缝位 置 ，以及 必 要 的其 他辅 助 温控措 施 。
２ ３ 坝 体构 造 ．
法计算时 ，可不考虑微膨胀变形作用 ，但在进行三 维有 限元 计 算 时 则 应 考 虑 氧 化 镁 的微 膨 胀 变 形 作 用。采用拱梁分载法计算时没有考虑氧化镁的微膨 胀 变形 作 用 ，其 应 力 按 现 行 “ 凝 土 拱 坝 设 计 规 混
２ ３ １ 设 缝 原 则 ．．
对于 中小 型混 凝土 拱 坝来说 ，不 设纵 缝 是必然 的 。根据 贵州 地 区 已建 氧化 镁混 凝 土拱 坝 的分析研
究 表 明 ，所使 用 氧化镁 掺量 形成 的微 膨胀 产 生 的预
压应力还未能达到完全补偿混凝土的温降应力 ，要 研究并实际使用更高的氧化镁掺量还需时 日，因而 需要 在 坝体 局 部 高 拉 应 力 区布 置 少 量 诱 导 缝 或 横
土 收缩 补偿 后 ，将 会减 小 或消 失 ，对 于 中小型 工程 来 说 ，可 以忽 略其 对拱 座稳 定 的影 响 ；对 于大 型工 程 拱 座 的稳 定 影 响 可 以通 过 三 维 有 限元 法 进 行 分
诱 导缝 为 释放坝 体混 凝 土拉应 力 而专 门设 置 的
一
种结构弱面 ，横缝则基本形成一个结构冷面。常