[发明专利]堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置及其设计方法

说明书

混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，设置在混凝土面板堆石坝面板下的挤压边墙内，其特征在于，自动保护装置由三个部分组成：保护气囊、气体发生器及自动触发装置，其中的保护气囊安装于临近坝顶部位的预制混凝土挤压边墙内；所述的气体发生器通过通气管与该保护气囊相连；所述的自动触发装置中设有脱空量探测器电点火机构，该电点火机构和所述发气体发生器连接，控制该发气体发生器的启动。本发明弥补了现有技术的空白，在面板与垫层料之间发生脱空且脱空量达到危害混凝土面板安全的量值时，自动启动气囊式保护装置，使充气气囊支撑面板，从而改善混凝土面板的受力状态，防止出现表面裂缝和错台等继发病害。

技术领域

本发明涉及一种大坝面板的保护装置，具体涉及一种混凝土面板堆石坝面板脱空的气囊式自动保护装置，本发明还涉及这种气囊式自动保护装置的设计方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝因其对地形地质条件的适应性、就地取材的经济性以及施工和运行维护的便利性备受国内外坝工界青睐[1,2]。我国自1982年建成首座混凝土面板堆石坝以来，其设计、施工和监测技术均得到长足发展，现已成为已建、在建和拟建混凝土面板堆石坝数量最多的国家[3]。其中，已经建成投产的清江水布垭面板堆石坝最大坝高233m，居世界同类坝型之首[1,3]；拟建的茨哈峡和大石峡等混凝土面板堆石坝最大坝高甚至突破250m[4,5]。这类高坝工程一旦出现隐患或险情，将对下游居民生命财产和工农业安全生产以及生态环境造成重大威胁，故保障其长期、安全、稳定运行具有至关重要的意义。

面板堆石坝筑坝粗颗粒材料在荷载和环境因素作用下易于发生颗粒棱角破碎并表现出显著的流变特性，故大坝在竣工后将发生量值可观的后期变形[6]，使刚度较大的混凝土面板与垫层料之间出现脱空，从而使混凝土面板应力状态恶化，出现沿坝轴向的水平裂缝[7,8]。地震荷载作用下堆石料亦因颗粒破碎而收缩，大坝整体震陷并使混凝土面板与垫层料脱空[5,9]。紫坪铺面板堆石坝地震破坏机理的数值模拟研究结果表明，汶川地震中二、三期面板之间水平施工缝的剪切破坏亦由面板脱空所致[10,11]。可见，面板与垫层料脱空实为影响混凝土面板堆石坝长期安全的一大重要病害，一旦发生将对防渗体系安全造成严重威胁。

堆石料流变导致的面板脱空持续时间漫长，难以察觉；而堆石体震陷引起的面板脱空则在地震过程中瞬间发生，防范不及。因此，通常只能在面板表面出现裂缝等继发病害后进行修复处理。常规的做法是通过红外热成像、探地雷达和声波映像等无损检测方法，并辅以适当的钻孔检查脱空范围和脱空深度，然后对脱空区进行充填灌浆处理[12,13]。

目前，国内外的现有技术中尚未出现面板脱空后立即对其进行自动保护、防止防渗体系进一步损坏的装置。

参考文献

[1]Ma H Q,Cao K M.Key technical problems of extra-high concrete facedrock-fill dam.Science China Technological Sciences,2007,50(SM1):20-33.

[2]国际大坝委员会.混凝土面板堆石坝设计与施工概念.北京:中国水利水电出版社,2010.

[3]曹克明,汪易森,徐建军,刘斯宏.混凝土面板堆石坝.北京:中国水利水电出版社,2008.

[4]Fu Z Z,Chen S S,Wang T B.Predicting the earthquake-inducedpermanent deformation of concrete face rockfill dams using a strain potentialconcept in the finite element method.International Journal of Geomechanics,2017.

[5]陈生水.土石坝地震安全问题研究.北京:科学出版社,2015.