本發(fā)明屬于重力壩，具體為基于構(gòu)建應(yīng)變梯度的重力壩裂縫控制施工裝置及工藝。
背景技術(shù)：
1、重力壩作為水利工程中的關(guān)鍵設(shè)施，在調(diào)節(jié)水資源、防洪減災(zāi)、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水等方面發(fā)揮著重要作用。大壩裂縫一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，既有技術(shù)主要從三個(gè)維度進(jìn)行裂縫控制：
2、從材料角度：采用中低熱水泥，通過優(yōu)化混凝土配合比，減少膠凝材料的用量、調(diào)整混凝土骨料級配、運(yùn)用補(bǔ)償收縮等方法，從混凝土組成材料方面，降低混凝土溫升，減少混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)；
3、從施工工藝角度：對混凝土進(jìn)行分倉分層施工，在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻循環(huán)水管，降低拌和用水溫度，對骨料進(jìn)行預(yù)冷，降低混凝土中的熱量，減少混凝土的內(nèi)外溫差，改善溫度場分布，減少溫度應(yīng)力；
4、從混凝土養(yǎng)護(hù)角度：運(yùn)用智能噴淋和覆蓋保溫等方法，減少混凝土的內(nèi)外溫差。
5、研究與實(shí)踐表明，上述技術(shù)措施，在一定程度上減少了壩工混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，降低了大壩開裂風(fēng)險(xiǎn)。但是大壩結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土裂縫的根本原因，因此如何消除內(nèi)部應(yīng)力，是解決混凝土重力壩施工和運(yùn)行期間裂縫的關(guān)鍵。既有的研究方法，無論是降低混凝土溫度應(yīng)力，還是減少混凝土收縮應(yīng)力，難以從根本上消除大壩內(nèi)部應(yīng)力，具有內(nèi)部應(yīng)力調(diào)控不足的問題。
6、因此如何優(yōu)化大壩內(nèi)部應(yīng)力分布，減少應(yīng)力集中，開發(fā)一種可集成于壩體內(nèi)部、具有強(qiáng)界面結(jié)合能力且施工可行的具有梯度變化的應(yīng)力吸收施工裝置和方法，成為解決重力壩裂縫問題的關(guān)鍵突破方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了基于構(gòu)建應(yīng)變梯度的重力壩裂縫控制施工裝置及工藝。
2、第一方面，本技術(shù)方案提出了基于構(gòu)建應(yīng)變梯度的重力壩裂縫控制施工裝置，包括外管組件以及與外管組件配合使用的內(nèi)管組件，所述內(nèi)管組件包括第一管體，該第一管體的外壁纏繞有呈螺旋樣式的第一彈簧軟管；所述第一管體的底端開口；
3、外管組件包括第二管體，所述第二管體的底端具有封閉的封板，頂端開口；所述封板中心具有朝向第二管體頂端方向凹陷的定位孔，在混凝土澆筑后定位孔處形成定位凸臺(tái)，且第一管體的底端能夠與定位凸臺(tái)定位插接；所述第二管體在管壁上開設(shè)有至少一組孔陣，該孔陣包括沿著第二管體高度方向布設(shè)的若干間隔的通孔；所述第二管體的內(nèi)部空腔中設(shè)有豎向的條板，條板與第二管體內(nèi)部固定連接；條板上設(shè)有若干能夠與所述通孔適配插接的柱頭，柱頭與所述條板滑動(dòng)連接；所述柱頭上套設(shè)有壓簧，壓簧的一端與所述柱頭一端相連，另一端與所述條板相連；當(dāng)外力擠壓所述柱頭一端時(shí)，柱頭能夠移動(dòng)，柱頭另一端經(jīng)通孔向外伸出。
4、優(yōu)選的，外管組件還包括第二氣囊，多個(gè)條板之間圍繞形成有一安裝空間，所述第二氣囊能夠置入該安裝空間中；所述第二氣囊上設(shè)置有可充氣/放氣的閥門。
5、優(yōu)選的，在所述通孔的孔壁上設(shè)有密封圈，所述柱頭能夠與該密封圈密封滑動(dòng)連接。
6、優(yōu)選的，所述柱頭為圓柱形或圓錐形或多邊形。
7、優(yōu)選的，所述柱頭的一端連接有端板，所述壓簧的一端與所述端板相連。
8、優(yōu)選的，所述第二管體的外壁纏繞有第二彈簧軟管，所述第二彈簧軟管與所述柱頭之間互不干涉。
9、優(yōu)選的，所述第一彈簧軟管和/或第二彈簧軟管內(nèi)部填充有氣體或者液體介質(zhì)。
10、第二方面，本技術(shù)方案提出了基于構(gòu)建應(yīng)變梯度的重力壩裂縫控制施工工藝，采用基于構(gòu)建應(yīng)變梯度的重力壩裂縫控制施工裝置，包括如下步驟：
11、s1.施工準(zhǔn)備：導(dǎo)流、場地平整、備料；
12、s2.基礎(chǔ)處理：壩基開挖、基巖處理與灌漿；
13、s3.安裝模板鋼筋：立模、綁扎鋼筋；
14、s4.安裝外管組件：將外管組件定位安裝于設(shè)計(jì)位置；
15、s5.混凝土澆筑：分塊分層澆筑，控溫振搗、養(yǎng)護(hù)；
16、s6.孔腔構(gòu)建：待混凝土初凝，拔出外管組件形成具有凹凸不平式界面的孔腔，此界面記為外層咬合邊界；
17、s7.檢查孔腔符合設(shè)計(jì)要求后，在孔腔內(nèi)部同軸定位安裝內(nèi)管組件；
18、s8.填充外層應(yīng)力吸收材料：在孔腔與內(nèi)管組件之間的區(qū)域中填入外層應(yīng)力吸收材料，外層應(yīng)力吸收材料與孔腔的內(nèi)壁連為一體，邊界處形成嵌合式結(jié)構(gòu)；
19、s9.待外層應(yīng)力吸收材料初凝后，將內(nèi)管組件上提拔管，拔出后形成有螺旋槽式界面的中心孔，此界面記為內(nèi)層咬合邊界；
20、s10.在中心孔內(nèi)填充內(nèi)層應(yīng)力吸收材料，填充后內(nèi)層應(yīng)力吸收材料與外層應(yīng)力吸收材料之間形成咬合式界面；同時(shí)，在孔腔中構(gòu)建出同心圓式的應(yīng)變梯度結(jié)構(gòu)；多個(gè)孔腔形成分布的具有應(yīng)變梯度的應(yīng)力吸收孔群。
21、優(yōu)選的，s6中孔腔構(gòu)建的方法為：
22、在施工時(shí)，將未充氣的第二氣囊放入條板安裝空間中，后續(xù)對第二氣囊充氣，第二氣囊充氣鼓起，擠壓柱頭一端，壓簧壓縮，柱頭另一端經(jīng)通孔伸出，在澆筑混凝土后，外露在第二管體外面的柱頭被埋在混凝土中；
23、待混凝土初凝后，對第二氣囊放氣，第二氣囊變癟，柱頭在壓簧的彈力作用下后退移動(dòng)至第二管體中；柱頭退出后，在混凝土中形成凹陷部；后續(xù)將第二氣囊、第二管體拔出即形成帶有孔陣的孔腔。
24、優(yōu)選的，s7中內(nèi)管組件的具體安裝方法為：
25、第二管體脫模后，在孔腔的底部形成定位凸臺(tái)，將第一管體的底端插入孔腔中并與定位凸臺(tái)插接固定，在孔腔底部強(qiáng)制對中限位；后續(xù)對第一管體頂部進(jìn)行固定，形成頂部限位，確保第一管體與孔腔的同軸度；
26、s9中內(nèi)管組件的具體拔管方法為：
27、將第一彈簧軟管的頂部與第一管體拆卸分離，上提第一管體，第一管體能夠沿著相對滑動(dòng)，且第一管體相對第一彈簧軟管也能夠滑動(dòng)；由于第一彈簧軟管的底端與第一管體的底端固定連接，隨著第一管體的上移，第一管體同時(shí)拉動(dòng)第一彈簧軟管移動(dòng)，將第一彈簧軟管在混凝土中抽離；
28、隨著第一管體的不斷上移，第一彈簧軟管不斷與混凝土分離，分離后即形成螺旋槽；當(dāng)?shù)谝还荏w完全拔出后，帶有螺旋槽的中心孔即成。
29、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
30、1.本發(fā)明突破了傳統(tǒng)“強(qiáng)約束”抗裂思路，轉(zhuǎn)向“應(yīng)力吸收+梯度緩沖”的主動(dòng)抗裂模式，尤其適用于高壩、復(fù)雜地質(zhì)條件下的重力壩建設(shè)，具有顯著的工程應(yīng)用價(jià)值。
31、2.本發(fā)明設(shè)計(jì)的施工裝置，在拔管后界面處形成外層咬合邊界和內(nèi)層咬合邊界，使外層應(yīng)力吸收材料與混凝土、外層應(yīng)力吸收材料與內(nèi)層應(yīng)力吸收材料之間分別形成咬合式界面，增大了界面粗糙度和接觸面積，增強(qiáng)了整體的協(xié)同作用，通過機(jī)械咬合作用顯著提升抗剪強(qiáng)度，相比平直界面能夠有效抑制層間滑移開裂，有效提高界面力學(xué)性能。
32、3.本發(fā)明采用分階段拔管和填充的工藝，確保應(yīng)力吸收材料分層清晰、密實(shí)度高，避免混合或填充不勻，確保應(yīng)變梯度精準(zhǔn)形成。
33、4.本工藝構(gòu)建了應(yīng)變梯度式的主動(dòng)應(yīng)力吸收體系，兩層材料形成梯度，逐步吸收應(yīng)變，這種材料性能梯度分布的設(shè)計(jì)避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中應(yīng)力突變導(dǎo)致的集中開裂，使應(yīng)變沿徑向逐步釋放，降低裂縫萌生概率。應(yīng)變梯度結(jié)構(gòu)的梯度傳導(dǎo)機(jī)制能讓兩層材料更均勻地分擔(dān)荷載提升整體耗能效率，通過材料變形與界面耗能，從根本上降低應(yīng)力水平，抗裂效果更顯著，可適應(yīng)動(dòng)態(tài)荷載和環(huán)境變化，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。