超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题

超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题

发表时间：2018-09-03T09:01:20.890Z 来源：《红地产》2017年9月作者：魏为

[导读] 我国的现代混凝土面板堆石坝技术正在不断的发展，经济社会的发展对现代混凝土面板堆石坝技术提出了更高的要求混凝土面板堆石坝技术的不断发展，给中国的社会经济发展带来了良好的影响，而且混凝土面板堆石坝的建设和发展经历了一个非常长的过程，经过发展混凝土面板堆石坝的设计和施工方法也更加成熟，但是要想获得长久的发展，必须要深入的研究超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术。

一、中国高混凝土面板堆石坝的发展

中国以现代技术修建混凝土面板堆石坝始于 1985 年。第一座开工建设的是湖北西北口水库大坝，坝高为 95m，第一座建成的是辽宁关门山水库大坝，高度为 58.5m。中国的现代混凝土面板堆石坝建设与国外相比，起步虽晚，但起点高、发展快。根据中国大坝委员会的统计，截止到 2005 年底，中国已建成或在建的混凝土面板堆石坝有 150 多座，其中，坝高大于 100m 的混凝土面板坝有 37 座。2000 年建成的天生桥一级水电站大坝，坝高为 178m，在当时同类坝型中列居亚洲第一，世界第二，其库容、坝体体积、面板面积、电站装机容量等指标均居世界同类工程之首。近些年来，中国又相继建成了高 179.5m 的贵州洪家渡混凝土面板堆石坝和坝高 185m 的贵州三板溪混凝土面板堆石坝等一批高混凝土面板堆石坝工程，而即将建成的湖北清江水布垭混凝土面板堆石坝，则是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝，坝高达到了 233m。就目前的发展而言，中国的面板堆石坝建设无论是规模、数量和技术发展的程度都走在了世界的前列。

二、超高混凝土面板堆石坝的技术难点与研究方向

随着我国西部水电开发进程的加快，未来将在金沙江、澜沧江、怒江、雅砻江、大渡河和黄河上游以及西藏的雅鲁藏布江修建一批高坝工程。由于这些地区地形、地质条件复杂，交通运输困难，缺乏防土料等因素，混凝土面板堆石坝坝型将可能是最为经济的选择，如古水、马吉、松塔和茨哈峡等工程。这些工程的坝高一般都在 250 ～ 300m 左右，如选择混凝土面板堆石坝方案，则需要在 300m 级高面板堆石坝的工程特性及关键技术问题和运行特点方面进行深入细致的研究。随着面板堆石坝坝高的增加，坝体的应力和变形以及大坝的运行性态将不可避免地产生一些迥异于百米级坝高的新特性。混凝土面板堆石坝是未来特高坝的一种适宜的坝型，对于采用常规堆石材料的300m 高的面板堆石坝，其运行特性可以根据对已有的面板堆石坝观测数据的适当外推而进行预测。就坝高的发展趋势而言，由于混凝土面板堆石坝自身的安全特性和适应性，上述论断的前半部分无疑是正确的。但是，对于 200m 级甚至 300m 级坝高的面板堆石坝，其运行特性不可能简单地通过对已建工程观测数据的适当外推而进行判断，而必须对已有的设计准则和一些常规的做法进行适当的调整，以适应超高坝的情况。对于 300m 级的超高混凝土面板堆石坝，应特别研究以下几方面的关键技术问题。

2.1 超高混凝土面板堆石坝的边坡稳定研究

早期混凝土面板堆石坝的上、下游边坡坡比一般为1∶1.4，目前，国内的大部分面板堆石坝工程也都采用了 1 ∶ 1.4 的坡比( 砂砾石面板坝除外 )。而国外的工程一般倾向采用较陡的边坡，如近期巴西和墨西哥修建的几座高面板堆石坝，其上下游坡比均采用了 1 ∶ 1.3 的坡比。从坝体的运行情况看，大坝坝坡稳定、安全。从国内外 200m 级高混凝土面板堆石坝的建设经验看，当采用硬岩堆石筑坝时，高面板堆石坝采用1∶1.3的边坡是可行的。从定性的分析看，常规堆石体一般均具有较高的强度，可以维持较陡的边坡，坝体的边坡稳定问题应该不是 300m 级超高混凝土面板堆石坝坝型是否成立的制约性因素。但是，随着坝高的增加，堆石体的应力水平将随之增大，堆石的强度指标也会随应力水平的增大而变化。因此，对于超高面板堆石坝，仍需针对具体工程的堆石材料情况，研究堆石强度特性在高应力水平下的变化规律，同时，研究采用合理的指标对坝体边坡进行稳定分析的方法，为超高面板堆石坝坝体边坡坡比的选择提供理论依据。此外，还应研究坝坡非线性指标稳定分析的方法和评价准则，研究提出 300m级高面板堆石坝的坝坡稳定控制标准。

2.2 超高混凝土面板堆石坝的渗透稳定研究

对于采用堆石材料修建的面板堆石坝，由于经过碾压的堆石粗颗粒所形成的骨架能够较好地保持其渗透稳定性，因此，总体而言，堆石的渗透稳定问题也不会成为建设 300m 级超高混凝土面板堆石坝的制约因素。但是，由于坝高的增加，相应的上游水头也会随之增大，在高水头压力的作用下，坝体上游垫层区和过渡区的渗透稳定将是设计与施工中的关键技术问题。目前的面板堆石坝实践中，垫层区的设计常采用半透水级配设计，垫层区的宽度一般为 3 ～ 4m。对于未来的超高面板堆石坝，需要细致研究在300m 的高水头压力情况下，现有垫层区和过渡区反滤设计准则的适应性，通过试验与计算分析研究，确定垫层区与过渡区的颗粒极配 ( 最大粒经、小于 5mm 和小于0.075mm 颗粒含量 ) 准则，以及垫层与过渡区的反滤保护关系。同时，还应研究在高水头情况下垫层料对粉砂土等淤堵材料的反滤作用。在此基础上，研究提出 300m 级高面板堆石坝抗渗稳定控制标准。

2.3 混凝土面板堆石坝接缝系统设计与面板应力改善的工程措施

对于混凝土面板堆石坝，混凝土面板是挡水防渗的主要防线，面板接缝的止水系统也是大坝防渗屏障的重要组成部分。保证接缝系统的安全可靠和混凝土面板应力的合理分布，是高混凝土面板堆石坝设计中的重要课题。目前的材料和止水结构水平已经能够满足 200m 坝高的接缝变形和 200m 的高压水头。在今后的高面板堆石坝技术发展中，还应研究高效、可靠的新型止水结构方案，根据高混凝土面板堆石坝的变形特点和高水头作用的荷载条件，开发新型止水材料。同时，要探讨通过合理的分缝措施，研究改善混凝土面板的应力分布，减少面板结构性裂缝的工程措施。

三、总结

在本篇文章中首先研究了中国高混凝土面板堆石坝的发展，其次研究了超高混凝土面板堆石坝的技术难点与研究方向，第一对超高混凝土面板堆石坝的边坡稳定进行研究，第二对超高混凝土面板堆石坝的渗透稳定进行研究，第三研究了混凝土面板堆石坝接缝系统设计与面板应力改善的工程措施。

参考文献：

[1] 张再望 . 超高镶嵌面板堆石坝应力变形特性研究 [J]. 西安理工大学 .2017(06).

[2] 陈丽萍 . 西藏某水电站面板堆石坝应力变形非线性分析[J]. 贵州大学 .2016(05).