淺談堤壩建設技術的發展及創新

張美賢

摘 要：根據以往的工程經驗，再結合工程實際，文章主要針對堤壩建設技術，選擇具有代表性的幾大堤壩建設工程，從其發展歷程、設計原則、施工技術等方面作較全面分析，淺談近年來我國堤壩建設技術的發展及創新。

關鍵詞：堤壩；建設；發展；創新

1 概述

眾所周知，我國水資源極其豐富，其蘊藏量及技術可開發量均居世界第一位。我國改革開放以來，水利水電工程建設得到快速發展，工程技術也從一開始的引進、消化、吸收、再創新轉向自主創新的發展趨勢，同時也出現一批具創新代表性工程。隨著我國水利水電技術的快速發展，也進一步推動了堤壩建設技術飛速發展，出現了一批極具有標志性的壩工技術創新工程。文章主要結合我國堤壩工程建設技術，選擇混凝土重力壩、碾壓混凝土壩、面板堆石壩這三個極具標志性的壩型工程，淺析在進行堤壩工程的設計、施工及運行過程中的關鍵技術問題和堤壩的最新技術創新成果。

2 混凝土重力壩

我國大部分高壩中最常用的是常態混凝土重力壩，即使此壩不斷受到堤壩建設新技術的挑戰，然而，對其不斷進行創新，并且注入新的技術，仍能使其青春煥發。

2.1 動態溫控

要想控制混泥土重力壩內大體積混凝土的溫度，若想通過常規技術進行，不僅投資高而且難度大，效果不如意。采用動態溫控新技術，壩體不會有裂縫出現。其技術特點主要為：

2.1.1 動態控制入倉溫度。對混凝土溫差控制而言，一般傳統溫控要通過固定的控制標準來實現，控制混凝土的入倉溫度不超過20℃。而動態溫控結合混凝土壩的壩址，其壩址較狹窄，且不同壩塊的底寬及高度也有很大差別，所以要區分壩塊基礎約束性態的差異，結合混凝土自身長期以來混凝土松馳和約束的性態變化以及其體積變形效應，充分利用重力壩壩基巖石熱容量自身的調整潛力，再聯系澆筑混凝土過程中的環境因素等，達到混凝土入倉溫度的控制作用。

2.1.2 綜合考慮入倉溫度。由于新澆筑混凝土過程中熱容量交換因素的存在，不對溫控設置每立方米混凝土的入倉溫度界限，主要以每澆筑72小時的平均溫度或者每3米澆筑層為標準。充分利用夏季晝夜的大溫差，盡量安排在夜間低溫時段進行大部分的混凝土施工。

2.1.3 優化混凝土配比。我國某壩混凝土通過粉煤灰摻量的增加，降低水泥用量，減小水化熱的溫升，還加入了能夠使混凝土體積變形且有微膨脹特性的新型水泥，其抗裂效果十分明顯。

2.1.4 使用綜合簡易溫控措施。我國某壩使用上述方法后于高溫季節進行施工，其混凝土的入倉溫度還是超過了控制值，然而其差距大大縮小，也降低了溫控難度。在夏季高溫進行施工過程中，在混凝土生產時使用了簡易綜合溫控方法，同時還配置相應的冰屑制冷設備，最終效果十分理想。

2.2 摻氧化鎂微膨脹混凝土技術

某大壩中的7#～15#壩段基礎部位要求要在夏季進行澆筑工作，通過氧化鎂微膨脹混凝土技術的外摻，使得混凝土的澆筑溫度比原設計的溫度高6℃～8℃，這樣大大簡化了夏季混凝土的施工工藝、大大加快了堤壩的施工速度。

2.3 壓力鋼管設置壓縮墊層

我國某水電站壩里，其引水壓力鋼管設計的內水壓力為0.7MPa。因為鋼管的彎管段及下游水平段覆蓋的混凝土厚度只有2.25m～4.0m，要想進一步改善壩體的受力狀態，使壩體的抗裂安全度提高，需要在距離鋼管上游進口端大概20m處到蝸殼進口鋼管段的上半周的地方設置3cm厚度的軟墊層。通過設置壓縮墊層的方法，可確保管周壩體混凝土結構安全的同時，還大大節約鋼管周圍壩體的很多配筋。此成果榮獲科技部科技進步二等獎。

2.4 預應力閘墩

我國某水電站的溢流壩引進12扇15m×22m的弧形閘門設計，而每一個閘墩都承受4320噸的推力。其閘墩使用的是預應力結構，不僅保證其結構的安全度，而且還節省了投資，給我國以后閘墩大噸位預應力設計帶來了經驗。此成果榮獲科技部科技進步三等獎。

3 碾壓混凝土壩

在上世紀八十年代，有了通過振動碾壓實及超干硬性混凝土方式的堤壩建設技術，進一步推動了混凝土重力壩發展。此類新壩型，在工程造價及施工速度上都比常規的混凝土重力壩有優勢，因此，得到廣泛應用。對于碾壓混凝土壩而言，其壩體與上游面防滲層間的結合強度是難點也是重點。歷經30年的實踐及發展，我國科技工作者研究了變態混凝土，其代替了常態混凝土高摻合料、防滲、低水泥用量、高效減水劑、大倉面連續澆筑、斜坡碾壓、低Vc值等一系列具有我國建筑特點的堤壩建設技術。近幾年還成功研發了振搗一體化及變態混凝土注漿技術。

以龍灘碾壓混凝土重力壩為例。龍灘大壩是世界最高的碾壓混凝土重力壩之一，如圖1所示。龍灘大壩的特點是：日溫差超過20℃，且在雨季暴雨十分頻繁，在冬天或夏天，太陽輻射十分強烈；且施工倉面很大；施工強度很高。所以龍灘工程建設的難點之一就是溫控防裂技術，進一步的創新技術如下：（1）快速入倉方式。對龍灘大壩而言，其碾壓混凝土低高程需要采用的是汽車入倉方式，通常通過皮帶機運輸。從11公里以外的料場利用皮帶機將灰巖骨料直接運送到拌合摟，經過一、二次骨料風冷以及加冰拌制的混凝土出機口可將其溫度控制小于12℃，其皮帶機上方設置保溫隔熱設及施遮陽防雨蓋板，把混凝土轉運至塔帶機接著入倉，其塔帶機的最高運輸強度達到320m3/h，因而達到了一萬平米級的大倉面4h到6h的快速澆筑覆蓋技術，突破了年澆筑大壩混凝土318萬平方米的紀錄。（2）溫控防裂技術。對龍灘大壩碾壓混凝土而言，其通過預冷混凝土、倉面噴霧、高溫季節時埋冷卻水管、表面保溫、上游壩面死水位以下回填黏土等一系列溫控防裂措施，給高溫地區全年建設施工的提供了寶貴的經驗。

4 混凝土面板堆石壩

因為有良好的抗震性、安全性、經濟性機適應性，混凝土面板堆石壩在我國的發展十分迅速。圖2是已建成的面板堆石壩。得到的建設經驗如下。

合理的堆石分區：將主堆區范圍擴大，向壩軸線下游擴展主堆石區，占2/3左右的底寬如圖3所示。同時在下游洪水位以下裝設水下堆石區，且要求其滲透系數，抗沖蝕性好，級配良好。在上部合理范圍增設增模區，在兩岸壩坡增設變模過渡區，有利于協調壩體的變形。

改變壩體填筑程序：為了避免上下游堆石不均勻出現沉降現象，造成混凝土面板有結構性裂縫產生，因此，要從下游往上游進行依次填筑施工工作，盡量做到平起填筑。

設置堆石預沉降時間：要在拉面板前預留六個月的沉降周期，在沉降速率不超過5mm/月才能拉面板，且分期施工面板的頂高程要比堆石體低20m。

選用大型碾壓設備：為了得到更高的干密度和更小的孔隙率，使壓縮變形不容易發生。要想辦法將上下游堆石的壓縮模量比減少，避免上下游堆石出現不均勻沉降的現象。

面板混凝土防裂技術：將面板混凝土的強度等級提高。于水布埡面板的上部1/3壩高處增加水平永久縫。在混凝土中摻入鋼纖維，并使用雙層布筋。

壓縫面板預留寬縫：于縫內填充彈性墊料，來適應面板的撓曲變形，同時改進壓縫面板底部的銅止水結構，保證面板厚度超過40cm。

延長蓄水時間：把大量有害變形轉化成為“無害”變形，這樣可防止面板沿垂直縫的擠壓破壞和面板水平拉伸裂縫。

5 結束語

以后我國的水電開發會轉移向西部高海拔及高寒山區，其地質條件復雜，生態環境也愈加脆弱，自然條件也愈加惡劣，社會環境愈加敏感，很多300m級大壩以及大型的地下廠房將被建起，水電建設工作者面臨的挑戰也更大。然而只要我們充分利用產學研結合的科技進行創新，我國的堤壩建設技術也將有更大突破。

參考文獻

[1]馬洪琪.300m面板堆石壩適應性及對策研究[J].中國工程科學，2011，13（12）：173-175.

[2]張超然，李晶華.溪洛渡水電站建設中重大技術問題的突破[A]大連理工大學.第167場中國工程科技論壇暨2013水安全與水利水電可持續發展高層論壇論文集[C]大連，2013：218-219.

[3]馬洪琪.小灣水電站建設中的幾個技術難題[J].水力發電，2009，35（9）：17-21.