關于混凝土面板堆石壩建設技術進展研究

張國泉 冀陸奇

【摘要】我國水資源和水能資源的開發利用中，需要修建一些水庫來調節洪水和徑流，面板堆石壩由于其優越的技術經濟特性，表現出強大的生命力。本文闡述了面板堆石壩建設方面的發展狀況及研究成果，著重從施工技術方面和筑壩材料兩個方面描述了現代面板堆石壩建設進展狀況。

【關鍵詞】混凝土；面板堆石壩；技術發展；施工；筑壩材料

中國自1985年開始學習和引進國外的技術和經驗，同時重視自主創新的科學研究和技術開發，以西北口壩為試點工程開始混凝土面板堆石壩的建設，自國家“六五”計劃開始，高面板堆石壩筑壩關鍵技術就被列入國家重點科技攻關項目、國家自然科學基金重點課題和水利水電行業重點科技項目，組織全國科技力量，勘測設計單位、科研院所、施工企業和高等院校聯合起來，對現代混凝土面板堆石壩建設中的關鍵技術問題，進行了大量的系統的科學研究，取得的科技成果不斷應用于工程實踐，解決了一系列重大技術難題，編制了設計規范和施工規范，及時總結工程經驗和教訓，推動了水利水電行業科技進步和混凝土面板堆石壩工程的建設。本文就面板堆石壩建設的關鍵技術進行了論述。

1、施工和監測技術進展

1.1 施工技術

中國自主建設了270多座混凝土面板堆石壩，形成了一支高水平的施工隊伍和高面板堆石壩優質快速施工技術，主要包括：①做好料場規劃和料源平衡，使料場開采與大壩填筑在規模和強度上相適應；②分別采用枯期圍堰、過水圍堰和全年圍堰導流渡汛方式和全斷面均衡填筑快速施工技術；③開發32t重型振動碾；④采用沖擊碾壓施工技術；⑤開發墊層區翻模固坡技術和噴乳化瀝青技術；⑥開發面板混凝土澆筑布料器、趾板混凝土滑動模板和防浪墻混凝土移動式模板臺車等專業機具和配套技術等。

1.2 質量檢測與質量控制技術

中國混凝土面板堆石壩壩體填筑質量監測采用壓實效果與施工參數雙控，壓實效果是指用試坑法在現場檢測壩體堆石料的顆粒級配、干密度或孔隙率和滲透系數；施工參數是指鋪層厚度、加水量、碾壓機械、碾壓遍數等。為了實時和全面控制施工質量，開發了大壩填筑GPS高精度實時監控技術、附加質量法快速檢測堆石體密度的方法、擠壓邊墻質量檢測方法和趾板灌漿抬動變形監測方法等。

1.3 安全監測設備與資料分析技術

通過“六五”、“七五”、“八五”、“九五”國家科技攻關項目開發了混凝土面板堆石壩安全監測儀器設備，廣泛應用于國內外工程，主要包括：①堆石壩體內部變形監測儀器一一水管式沉降計、電磁式分層沉降計和引張線式水平位移計、電位器式位移計。②面板變形監測儀器—固定式測斜儀。③周邊縫位移監測儀器—三向測縫計。“九五，攻關項目開發了N2000型遙測遙控水平垂直位移計，主要性能達到國際領先水平，己應用于水布婭面板堆石壩工程。④形成了混凝土面板堆石壩安全監測資料分析技術，建立了壩體變形、面板應力和面板撓度等的統計分析模型。

2、筑壩材料和防滲結構技術成果

2.1 軟巖堆石料筑壩技術

在堆石壩體下游干燥區采用砂泥巖等軟巖堆石料最高的是天生橋一級壩，壩高178 m，除墊層區、過渡區和排水區以外堆石壩體都用砂巖和泥巖混合料最高的是董菩壩，壩高150 m。軟巖筑壩技術進步主要是：①設置有足夠排水能力的排水區，豎向排水盡量靠近上游，使軟巖堆石區處于非飽和狀態，有足夠的抗剪強度和變形模量；②重視壩體分區的變形協調，提高軟巖堆石區的壓實標準，使軟巖堆石區的變形與其他各區的變形比較協調；③研究軟巖堆石料的壓實特性和變形特性，針對不同巖性的軟巖堆石料采取相應的壓實施工參數和施工方法；④頂部面板最小厚度增加至40 cm、減小底部止水凸起肋條高度、增設抗擠壓鋼筋等面板抗擠壓破壞措施。

2.2 砂礫石料筑壩技術

在分析溝后面板砂礫石壩潰決原因的基礎上進行了面板砂礫石壩筑壩技術的系統研究，相繼建成了吉林臺一級、烏魯瓦提（壩高133 m）和黑泉（壩高123.5 m）等面板砂礫石壩，取得的技術進步主要是：①設置有足夠排水能力的排水區，豎向排水盡量靠近上游，使砂礫石區處于非飽和狀態；②通過大型足尺滲透變形試驗等來研究砂礫石料的顆粒組成、滲透系數和滲透變形特性，合理設計墊層區、砂礫石區和排水區，使砂礫石壩體不發生滲透變形破壞；③吉林臺一級、黑泉等多座面板砂礫石壩下游設置堆石區以利抗滑穩定安全。

2.3 面板防裂技術

針對建設初期面板混凝土產生裂縫的技術難題，從面板混凝土材料、面板混凝土施工技術和面板工作條件全面地進行了混凝土面板防裂技術研究，取得的技術進步主要是：①復合外加劑與混凝土配合比優化；②摻加粉煤灰；③合成材料纖維混凝土，主要是摻加聚丙烯睛纖維；④鋼纖維混凝土；⑥合理配筋；⑥合理分期澆筑；⑦噴乳化瀝青、切斷架立筋等措施，降低墊層區對面板的約束；⑧及時保濕、科學保溫養護；⑨合理選擇面板混凝土澆筑時機和環境；⑩減免面板脫空。

2.4 止水結構與止水材料

國家“七五，、“八五，、“九五”科技攻關項目都將接縫的止水結構與止水材料立項進行了系統的試驗研究，其中具有代表性并廣泛應用的是GB系列的止水材料與結構和SR系列的止水材料與結構，主要性能都超過國際同類止水材料與結構。中國面板堆石壩除早期建設的株樹橋壩和溝后壩以外都沒有因止水結構發生破壞而產生嚴重滲漏。取得的技術進步主要是：①形成了動態穩定止水設計理念；②高面板堆石壩普遍重視頂部止水，三板溪、洪家渡、吉林臺一級等采用有波形止水帶的塑性填料頂部止水。

3、結論

我國水資源和水能資源的開發利用中，需要修建一些水庫來調節洪水和徑流，面板堆石壩由于其優越的技術經濟特性，表現出強大的生命力。我國面板堆石壩建設方興未艾，對面板堆石壩筑壩技術要求十分迫切，先進的施工技術有待進一步的研究。

參考文獻：

[1]鐘良紅， 張海英， 劉祥恒. 混凝土面板堆石壩趾板施工技術[J]. 施工技術，2010，06.

[2]莫大源， 李麗. 梨園水電站混凝土面板堆石壩施工技術的幾點思考[J]. 水利水電技術，2014，05.

作者簡介：

張國泉（1984.06--）男，寧夏回族自治區銀川市人，本科學歷，工程師。

冀陸奇（1989.02--）男，河南省周口市人，碩士研究生學歷，助理工程師。