一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构的制作方法

本实用新型涉及一种能适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，适用于水利水电工程，特别是高山狭谷大流量高水头的混凝土坝工程。

背景技术：

我国西部山区自然条件复杂，狭窄河谷高坝大库泄洪能量巨大，混凝土坝通过坝身泄洪，在坝后修建水垫塘(或消力池)形成水垫进行消能。当泄洪功率太大，水体产生的脉动上举力超过水垫塘底板混凝土自重及其锚固力时，底板将失稳而破坏。为避免消能结构失稳破坏，采用一种底部为反拱型的水垫塘(或消力池)结构，通过反拱底板的拱推力将荷载传递至两岸山体，可显著提高水垫塘(或消力池)的结构稳定性。

水库蓄水后，一些水电工程的库岸和大坝下游岸坡发生库盆沉降和往河谷方向的变形现象，这种山体谷幅收缩变形现象在高山峡谷中的高坝大库更为突出，对水工建筑物带来不利影响，有的工程因谷幅变形导致坝后水垫塘结构破坏，影响正常使用。

cn101555687a公开了一种高地应力窄河谷反拱水垫塘，主要是为了避免开挖触及河谷底部的高应力，反拱底板下端排布了大量锚筋桩限制了拱作用的发挥，虽有锚筋采用套管连接，但锚筋桩与拱推力的作用不能准确界定，而且也为未考虑谷幅变形的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：针对上述问题，提供一种能适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，既能通过拱作用有效增强水垫塘底板的稳定性，满足高坝泄洪消能安全要求；又能通过弹性结构缝使水垫塘适应蓄水后两岸山体的谷幅收缩变形。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种适应谷幅变形的反拱底板水垫塘结构，包括反拱底板、拱座、两岸边墙，拱座锚固于山体，反拱底板由多块板块紧密连接而成，反拱底板形成拱推力将荷载通过拱座传递至两岸山体；其特征在于所述反拱底板水垫塘结构设置能消除两岸山体的谷幅收缩变形而不影响所述荷载传递的弹性结构缝，所述弹性结构缝设置在拱座与边墙之间的接缝、两岸边墙马道结构缝处，弹性结构缝内充填可压缩可恢复的弹性材料，此弹性结构缝能够满足弹性受压变形性能并承受水流冲刷和脉动水压力作用。

进一步地，所述弹性材料包括球链状三元乙丙橡胶板，在缝的表面采用聚脲密封胶封缝，

进一步地，所述球链状三元乙丙橡胶板沿长度方向具有多道弧形凸起部位，所述凸起部位和板的主体同种材料并一体，凸起部位成对地布置在板的主体两侧。

进一步地，在聚脲密封胶封缝和球链状三元乙丙橡胶板的上端之间设置的空心橡胶棒，空心橡胶棒的直径略大于缝宽。

进一步地，所述反拱底板的各板块之间、以及板块与拱座之间并设键槽加强连接。

进一步地，所述反拱水垫塘的底板、拱座、边墙的各板块直接的接缝，均设两道止水铜片，防止水流下渗。

采用本实用新型所提出的结合新型弹性结构缝的反拱水垫塘结构，不仅能将泄洪产生的荷载有效通过拱推力传递给两岸山体，有效提高反拱水垫塘的稳定性，还可显著减少水垫塘的锚固工程量、节约投资；并且，可有效避免山体谷幅收缩变形对结构的影响，保证水垫塘运行安全，可推广应用于高山峡谷大流量高水头泄洪消能建筑物工程中。

附图说明

图1是本实用新型的反拱水水垫塘平面图。

图2是本实用新型反拱水垫塘结构纵剖面示意图。

图3是本实用新型新型反拱水垫塘结构横剖面示意图。

图4是本实用新型新型弹性结构缝大样图。

图5是图4中a1处的放大图，显示弹性结构缝的填缝及表面封缝材料详细结构。

图6为图3中a2处的放大图。

具体实施方式

如图1～图6所示，本实施例为一种适应谷幅变形的反拱底板水垫塘结构，布置在大坝1的下游，由反拱底板水垫塘2和二道坝3形成消能水垫消刹大坝泄洪能量。反拱水垫塘2为钢筋混凝土结构，由位于河床底部的反拱底板2-1、两岸坡脚的拱座2-2和岸坡边墙2-3组成主体结构。

所述反拱底板2-1由多个弧长15m左右的圆弧形板块连接成拱，各板块2-1之间、以及板块2-1与拱座2-2之间并设键槽2-6加强连接，抵抗径向剪切作用。反拱底板2-1与拱座2-2形成整体，反拱底板2-1对拱座2-2产生拱推力，并由拱座2-2传递至两岸山体5，同时拱推力的存在，也使各板块间结合紧密，稳定力提高。

所述拱座2-3由预应力锚索2-4锚固在两岸山体5，以抵抗的拱推力向上的分量，并与山体5共同受力。

所述反拱水垫塘2各板块之间设两道止水铜片2-7，防止水流下渗；反拱底板2-1基础设置排水系统7，排水系统7由纵横交错的排水廊道7-1和排水暗沟7-2和系统排水孔7-3组成，减小底部扬压力，提高底板的稳定。

在拱座2-2与边墙2-3、边墙马道2-5接缝处设置弹性结构缝6，此弹性结构缝6预留一定的缝宽，缝内充填可压缩可恢复的弹性材料，可适应山体5的谷幅变形，并能承受水流冲刷和脉动水压力作用。

所述弹性结构缝6的缝宽b，根据谷幅变形计算成果，并类比同类工程监测成果确定，取2～3cm。

所述弹性结构缝缝内充填与缝宽b等厚度的球链状三元乙丙橡胶板6-1，所述球链状三元乙丙橡胶板6-1沿长度方向(也即缝的高度方向)具有多道弧形凸起部位6-11，所述凸起部位6-11和板的主体6-10同种材料并一体，凸起部位6-11成对地布置在板的主体6-10两侧，可压缩的球链状三元乙丙橡胶板6-1既能保证板6-1具有足够的弹性和韧性，适应两侧缝壁的形变差，且两侧缝壁受力均匀，避免边墙因山体谷幅变形影响导致结构缝处混凝土挤压破坏。

所述弹性结构缝表面采用3cm厚的高强度弹性聚脲密封胶封缝6-3，高强度弹性聚脲密封胶，具有较高抗拉强度、与混凝土的粘结强度大于3mpa，和断裂延伸率大于200％，保护缝内填充材料免受水流冲刷并防止老化。

聚脲密封胶6-3下部和球链状三元乙丙橡胶板6-1之间再设置空心橡胶棒6-2，直径需略大于缝宽b，能适应缝的宽窄变化，起辅助防渗和防止聚脲密封胶渗入缝内的作用。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，包括反拱底板、拱座、两岸边墙，拱座锚固于山体，反拱底板由多块板块紧密连接而成，反拱底板形成拱推力将荷载通过拱座传递至两岸山体，其特征在于所述反拱底板水垫塘结构设置能消除两岸山体的谷幅收缩变形而不影响所述荷载传递的弹性结构缝，所述弹性结构缝设置在拱座与边墙之间的缝、两岸边墙马道结构缝处，弹性结构缝内充填可压缩可恢复的弹性材料。

2.如权利要求1所述的一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，其特征在于所述弹性材料包括球链状三元乙丙橡胶板，在缝的表面采用聚脲密封胶封缝。

3.如权利要求2所述的一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，其特征在于所述球链状三元乙丙橡胶板沿长度方向具有多道弧形凸起部位，所述凸起部位和板的主体同种材料并一体，凸起部位成对地布置在板的主体两侧。

4.如权利要求2所述的一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，其特征在于在聚脲密封胶封缝和三元乙丙橡胶板的上端之间设置的空心橡胶棒，空心橡胶棒的直径略大于缝宽。

5.如权利要求1、2、3或4所述的一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，其特征在于所述反拱水垫塘的底板、拱座、边墙的所有板块之间设两道止水铜片，防止水流下渗；反拱底板各板块之间、以及板块与拱座之间并设键槽加强连接。

技术总结
本实用新型提供了一种适应谷幅变形的反拱水垫塘结构，包括反拱底板、拱座、两岸边墙，拱座锚固于山体，反拱底板由多块板块紧密连接而成；所述反拱底板水垫塘结构设置能消除两岸山体的谷幅收缩变形而不影响所述荷载传递的弹性结构缝，所述弹性结构缝设置在拱座与边墙之间的接缝、两岸边墙马道结构缝处，弹性结构缝内充填可压缩可恢复的弹性材料，此弹性结构缝能够满足弹性受压变形性能并承受水流冲刷和脉动水压力作用。本实用新型能有效增强水垫塘底板的稳定性，满足高坝泄洪消能安全要求；又能使水垫塘适应蓄水后两岸山体的谷幅收缩变形，可显著减少水垫塘的锚固工程量、节约投资，可推广应用于高山峡谷大流量高水头泄洪消能建筑物工程中。

技术研发人员：徐建荣;彭育;陶俊佳;薛阳;都辉;王建新
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2019.05.31
技术公布日：2020.07.28