我国超高面板堆石坝的建设与技术展望
水利施工中面板堆石坝坝体填筑施工技术探讨
水利施工中面板堆石坝坝体填筑施工技术探讨摘要：20世纪90年代以来，我国水利水电建设进入了快速发展阶段。
这些工程多位于交通不便、经济不发达的西部地区，如黄河中上游、新疆高山峡谷等，适合建设超高混凝土面板堆石坝。
在水库建设中，由于高寒、高海拔、高地震、深厚覆盖层、重泥沙等特殊条件，形成了就地取材筑坝的趋势。
自1982年混凝土面板堆石坝施工技术引进以来，柯克亚水库混凝土面板堆石坝(坝高41.5米)已成为一支新生力量。
鉴于此，结合笔者多年的工作经验，对水利施工中混凝土面板堆石坝的施工工艺提出几点建议，仅供参考。
关键词：水利施工;面板堆石坝坝体;填筑施工技术引言随着社会的不断进步和发展，各界取得了巨大进步，同时对资源的需求也在增加。
水利水电项目大大缓解了目前的资源短缺，中国水资源的不平衡可以通过水利水电项目来解决。
对清洁能源的需求正在逐步增加，水利水电项目也可以提供更清洁的能源。
但是，水利水电工程建设较为复杂，施工时间较长，施工项目较多，增加了施工难度。
因此，有必要分析水利水电建设的困难和技术要点，以确保建设质量。
1面板堆石坝坝体填筑基本状况面板堆石坝是我国水利工程建设中常用的这种方法的资本相对较少，材料的实际应用和建造时间较短，有利于尽快建造水利项目。
在壁填方挡墙充填过程中，需要分割工作区域，并且每个区域的特定充填需求也不同。
在这种情况下，相应的填充作业将继续采用叠加模式来实现填充。
填充完成后，为了提高整体稳定性，需要采用路面和轴承。
基础施工后，为了保证质量能够满足应用要求，有必要确保质量检验程序符合技术要求。
可以说，填充墙坝项目是一个系统过程，其中每个施工环节都与以前的施工情况相关联，也会对下一施工环节产生影响。
2水利水电工程施工中的难点2.1废渣场地的选择在水利水电项目建设过程中，将产生大量废物残留物，如果废物残留物随意堆积，将导致土壤侵蚀。
废料倾倒河内时，会堵塞河道，降低河道的过滤能力，严重威胁洪水高峰时期人民的生命和财产安全。
中国水利水电科学研究院的面板堆石坝数值分析研究的回顾与展望
W a t e r R e s o u r c e s a n dh y d r o p o w e r E n g i n e e r i n gV o l .36N o .2中国水利水电科学研究院的面板堆石坝数值分析研究的回顾与展望徐泽平(中国水利水电科学研究院,北京 100044)【摘 要】 主要介绍中国水利水电科学研究院在面板堆石坝数值计算分析方面的一些经验,以及有关峡谷地区高面板堆石坝、利用软岩修筑面板堆石坝和深覆盖层上面板堆石坝等方面的研究成果,同时还对面板堆石坝数值计算分析中需进一步研究的问题进行了讨论.【关键词】 面板堆石坝;数值分析;应力;变形;中国水利水电科学研究院中图分类号:T V 641.43 文献标识码:A 文章编号:1000-0860(2005)02-0039-05R e s e a r c h w o r k s o f I WH Ro nn u m e r i c a l a n a l y s i s o f C F R D :r e v i e wa n dp r o s p e c tX UZ e -p i n g(C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r R e s o u r c e s a n dH y d r o p o w e r R e s e a r c h ,B e i j i n g 100044,C h i n a )A b s t r a c t :S o m e e x p e r i e n c e s o f I WH R o nt h en u m e r i c a l a n a l y s i s o f C F R D a r ei n t r o d u c e dh e r e i n .I na d d i t i o n ,s e v e r a l r e -s e a r c hp r o j e c t s s u c h a s :h i g hC F R Db u i l t i nn a r r o wv a l l e y ,C F R Dc o n s t r u c t e dw i t hs o f t r o c k f i l l a n dC F R Dc o n s t r u c t e do n d e e p a l l u v i a l f o u n d a t i o na r e b r i e f l y i n t r o d u c e d .F u r t h e r m o r e ,s o m e p r o b l e m s t h a t n e e d t o b e f u r t h e r s t u d i e d a r e d i s c u s s e da s w e l l .K e yw o r d s :C F R D ;n u m e r i c a l a n a l y s i s ;s t r e s s ;d e f o r m a t i o n ;I WH R收稿日期:2004-07-11作者简介:徐泽平(1963—),男,教授级高级工程师,博士.1 概 述混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构、并在其上游表面设置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝形式.采用薄层碾压技术的现代面板堆石坝始于20世纪70年代,而中国于1985年也开始采用现代技术修建混凝土面板堆石坝.20多年来面板堆石坝的设计和施工技术取得了迅速的发展.在面板堆石坝的设计中,数值分析方法是一种有效的分析工具.通过数值计算分析,可以深入了解面板堆石坝在各种工况下坝体和面板的应力变形特性,预测坝体可能的变形与破坏形式,从而为坝体的结构设计与施工提供指导.伴随着中国面板堆石坝技术的发展,中国水利水电科学研究院(以下简称“中国水科院”)在面板堆石坝的数值计算方面进行了大量的研究工作.从中国第一座面板堆石坝———西北口面板堆石坝到目前在建的世界最高的面板堆石坝———水布垭面板堆石坝,中国水科院完成了大量实际工程的计算分析工作.表1所列为中国水科院参与计算分析的部分面板堆石坝工程.近些年来,在国家科技攻关项目和国电公司重点项目的资助下,中国水科院先后参加、完成了“200m 级高混凝土面板堆石坝关键技术研究”、“峡谷地区高混凝土面板堆石坝关键技术应用研究”、“利用软岩筑面板堆石坝关键技术应用研究”、“深覆盖层上面板堆石坝关键技术研究”、“超硬岩筑面板堆石坝关键技术应用研究”等项目的研究工作.同时,仍在继续进行“面板堆石坝长期变形特性研究”、“面板堆石坝湿化变形特性研究”、“面板堆石坝非连续变形分析方法研究”等项目的研究工作.39表1 中国水利水电科学研究院参与计算分析的部分面板堆石坝工程编号坝 名地点坝高/m筑坝材料1西北口湖北95灰岩2水布垭湖北233灰岩3天生桥一级贵州178灰岩4洪家渡贵州179.5灰岩5三板溪贵州185.56紫坪铺四川159砂岩、灰岩7吉林台新疆152凝灰岩8公伯峡青海130砂砾石9街面福建126重结晶坚硬泥岩、石英砂岩10芹山福建122凝灰岩11积石峡青海100黑云角闪片岩12龙首二级(西流水)甘肃146.5辉绿岩13九甸峡甘肃136.5灰岩14舍网浙江35.515溪口抽水蓄能电站上库浙江38.116溪口抽水蓄能电站下库浙江43.117张河湾抽水蓄能电站上库河北18西龙池抽水蓄能电站上库山西5219泰安抽水蓄能电站上库山东99.820十三陵抽水蓄能电站上库北京75安山岩21察汗乌苏新疆107.6砂砾石22云荞云南82.2灰岩23宜兴抽水蓄能电站上库江苏75石英砂岩夹泥岩24鱼跳重庆110砂岩25盘石头河南106砂岩、页岩26大坳江西90砂岩27柴石滩云南103白云岩2 数值计算分析方法2.1 堆石体的本构模型在面板堆石坝的设计施工中,堆石体的变形控制是影响坝体和面板工作性状的关键问题.就目前而言,有限元计算分析是进行面板堆石坝应力变形分析的主要手段,而材料的的本构关系又是有限元计算分析的核心问题之一,因此,堆石材料的本构模型对于面板堆石坝数值计算分析的结果有着至关重要的作用.在多年的计算分析实践中,中国水科院开发了基于多种本构模型的分析方法,其中主要包括:非线性弹性K-G模型、试验曲线插值模型和D u n c a n-C h a n g双曲线模型,目前正在进行基于剑桥弹塑性模型分析方法的开发.对于试验曲线插值模型,其模量的计算基于常规三轴试验的实测数据,通过插值计算的方法,由应力不变量、轴应变和八面体剪应变算出.模型的主要计算公式为 G=(Δτo c t/Δε1)/(Δγo c t/Δε1)(1)ν=(3/22)(Δγo c t/Δε1)-1(2)K=G(2/3)(1+ν)/(1-2ν)(3)σo c t=(σ1+2σ3)/3(4)J3=σ1(σ3)2(5)τo c t=(2/3)(σ1-σ3)(6)γo c t=(2/3)(3ε1-εν)(7)对于D u n c a n-C h a n g双曲线模型,在实际的计算中曾尝试了使用其E-ν模式和E-B模式.经计算分析比较,E-ν模式由于模量估算失真,计算结果与实测相差较大,因此,在堆石坝的分析中一般宜采用E-B模式.D u n c a n模型E-B模式的主要计算公式如下.切线弹性模量E t=K·P a·(σ3P a)n[1-R f(1-s i nφ)(σ1-σ3)2c c o sφ+2σ3s i nφ]2(8)切线体积模量B=K b·P a·(σ3P a)m(9)卸荷时,采用卸荷弹性模量E u r=K u r·P a·(σ3P a)n(10)式中,σ1和σ3为最大和最小主应力;P a为大气压力; c和φ为强度指标;R f为破坏比;K为弹性模量数;n为弹性模量指数;K b为体积模量数;m为体积模量指数; K u r为卸荷弹性模量数.在采用非线性弹性模型进行面板堆石坝的计算分析时,程序的处理上要注意各弹性常数间的相关关系.对于D u n c a n E-B模型,尤其要注意泊桑比ν的控制,过大或过小的ν值都将对计算结果的精度产生不利的影响.从大量计算分析的结果上看,由于堆石材料应力应变关系具有明显的非线性,因此,其本构模型必须准确反映这种非线性关系,线弹性模型对于堆石变形的计算是不适用的.另外,堆石料的剪缩特性对面板的应力有一定的影响,对于堆石剪缩特性的合理考虑,宜采用弹塑性模型.采用多屈服面、非关联流动法则的弹塑性模型将是未来面板堆石坝计算分析的发展方向,但这一类模型目前仍面临着试验方法特殊、计算参数类40水利水电技术 第36卷 2005年第2期水利水电技术 第36卷 2005年第2期比性差、以及计算复杂等问题.就目前而言,采用邓肯的E -B 模型并结合一些适当的修正,其计算分析的结果基本上是可信的,就工程实用的角度而言,其计算结果的精度也可以满足工程的要求.2.2 接触面及接缝系统的模拟在面板堆石坝的结构中,涉及到刚性的混凝土面板与散粒体堆石的相互作用面,以及面板纵缝、面板周边缝等接缝系统,因此,在面板堆石坝的数值计算分析中,需对坝体结构中各类不同材料的接触面和面板的分缝进行有效地处理.由于接触面两侧材料性质相差悬殊,在外力作用下,通常都会表现出与连续体不同的剪切滑移、脱开分离等特殊的变形特征,因此,在计算分析中需要采用特殊的单元来加以模拟,以准确、真实地反映坝体各部位相互作用的特性.在以往的计算分析中,接触面的模拟常采用无厚度的G o o d m a n 单元来模拟,其单元的受力变形与接触面两边节点的相对位移直接相关,对于G o o d m a n 单元,由于其无厚度的特性,在实际计算分析中,很难保证单元两侧的节点不发生相互嵌入的现象,而且法向劲度取值过大或过小对于计算的精度也会产生不利的影响.事实上,从实际工程的观测和试验室的试验中均可发现,在两种材料性质相差悬殊的介质之间,一般都会在材料性质相对较弱的一面形成一个薄层的剪切带,因此,采用薄层接触面单元来模拟不同材料之间的接触情况可能会更接近实际.对于薄层接触面单元,接触面上的变形可以分为基本变形和破坏变形两部分.在正常受力情况下,单元产生基本变形(ε′),其材料的本构关系与垫层料一致,薄层单元在计算过程中按普通实体单元参与计算.当剪应力达到抗剪强度产生了沿接触面的滑动破坏或接触面受拉产生了拉裂破坏时,单元产生破坏变形(ε″),破坏变形采用刚塑性假定,即假定接触面单元破坏前,接触面上无相对位移,当接触面发生张裂和剪切变形时,则相对位移将不断发展.对于接触面上的破坏变形(ε″),可以用下式表示Δε″s Δε″n Δγ″s n=0001E ″001G ″ΔσsΔσnΔτs n=C ″(Δσ)(11)式中,E ″和G ″分别是反映拉裂破坏变形和滑动破坏变形的模量参数.平行于接触面方向上的正应变由于受到混凝土的约束不会发生破坏,因此可取Δεs″=0,对应的,C ″矩阵中的相应元素取为0.接触面的总变形为基本变形和破坏变形的叠加(Δε)=(Δε′)+(Δε″)=C ′(Δσ)+C ″(Δσ)=C (Δσ)(12)对于面板之间的接缝,采用在分缝处设置双节点的分离缝单元模拟,缝单元采用无厚度形式.当接缝呈受拉趋势时,缝节点分离,两缝节点各自随垂直缝两边的面板单元位移;当接缝受压时,缝节点重合.对于趾板与面板之间的周边缝,则采用软单元的方式进行模拟.即在面板单元与趾板单元之间设置一个薄层软单元,当单元受压时,此软单元取混凝土材料的力学特性;当接缝受拉或受剪时,软单元则取为较低模量的柔性材料特性.需要指出的是,尽管薄层接触面单元在模拟接触面的剪应力传递和避免接触面两边介质的互相嵌入上具有一定的优势,但是,它对于接触面相互脱开的模拟仍存在缺陷.在未来的计算分析中,我们将进一步研究能够反映接触面非连续变形特性的界面单元的应用.2.3 施工及蓄水过程的仿真从大量的计算分析中可以发现,面板堆石坝的施工顺序及蓄水过程对于坝体的变形以及面板的应力有着明显的影响,因此,在计算分析中应真实地模拟坝体的实际填筑过程和面板的分期浇筑,尤其是坝体临时挡水断面及其后续填筑层的施工过程模拟.计算中每一填筑施工层作为一个增量荷载步进行迭代计算,水库蓄水的过程也应分成多个荷载步进行计算.计算分析的结果表明,在每一填筑施工层计算结束后,采用填筑层表面位移归零的处理方式,将会得到与观测结果较为一致的成果.在蓄水期,坝体堆石的上游侧由于水荷载的作用,主应力方向发生偏转,σ3数值明显增加,(σ1-σ3)数值减小,产生偏应力卸载现象.在蓄水期的计算中,应充分考虑这一卸荷过程,对相应的单元采用卸荷模量进行计算,以准确计算蓄水期面板的应力.3 工程应用研究在长期的面板堆石坝数值计算分析的实践过程中,中国水科院逐步形成并完善了一套完整的面板堆石坝应力变形分析技术,并进行了大量实际工程的计算分析和方案论证工作.其中包括面板堆石坝施工过程的仿真分析、岸坡地形对面板坝应力变形特性的影响分析、次堆石区坝料特性对坝体和面板应力变形特性的影响分析、面板堆石坝与坝基覆盖层的相互作用41分析、面板的温度应力与干缩应力分析、特殊结构形式(高趾墙、挤压式挡墙)的面板堆石坝应力变形分析等.以下所列为中国水科院近些年完成的部分面板堆石坝数值分析项目成果简介.3.1 利用软岩筑面板堆石坝对于坝高小于120m的面板堆石坝,采用软岩堆石(饱和抗压强度小于30M P a)作为筑坝材料,充分利用开挖料并提高料场的利用率,是面板坝工程中节约投资、缩短工期的重要途径.这项研究工作主要是通过对江西大坳面板堆石坝、重庆鱼跳面板堆石坝和河南盘石头面板堆石坝的数值计算研究,就软岩堆石分区对坝体应力变形特性的影响进行分析,并在此基础上提出软岩堆石分区布置和优化的一般原则.研究结果表明,对于软岩堆石料的利用,应保证软岩料区的下边界线在大坝运行时处于干燥区,以便坝体排水畅通,并避免软岩遇水产生湿化变形等;上边界线应保证其上游有不小于2m的新鲜硬岩填筑层;下游边界线应保证坝体下游边坡的稳定,且在其外侧留有不小于2m新鲜硬岩填筑区,以防止软岩料的继续风化;软岩堆石区的上游边界线应通过应力变形计算分析,在保证坝体施工期、运行期的沉降量以及面板的应力在合理范围内的前提下,尽量往坝体上游侧靠近,以期能够最大限度的利用软岩材料.3.2 峡谷地形下的面板堆石坝应力、变形特性研究对于峡谷地形条件下修建的高面板堆石坝,岸坡的约束和坝肩边坡的地形对于坝体和面板的应力和变形特性有着直接的影响,因此,在计算分析中,必须在综合考虑坝址地形条件的情况下,对坝体进行整体三维有限元计算分析.这项研究主要是通过数值计算的方法,结合179.5m高的洪家渡面板堆石坝工程,研究峡谷地形条件下高混凝土面板堆石坝的应力、变形特性.在计算分析中,通过考虑河谷地形和施工顺序对坝体及面板应力变形的影响,深入研究了洪家渡面板堆石坝在狭窄、不对称河谷地形条件下的应力、变形分布规律,以及面板周边缝的变形特点,并为坝体材料的合理分区及断面的优化设计提供依据.3.3 深覆层上的面板堆石坝对于修建于深覆盖层上的面板堆石坝,采用混凝土防渗墙构筑一道垂直防渗体系是工程中经常采用的有效方法.采用这样的防渗体系,防渗墙与上部坝体防渗体(面板)的连接将是整个防渗体系的关键部位.在这项专题的研究中,主要是通过对坝体和坝基整体结构在不同工况下应力变形的数值计算分析,深入研究覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性、深覆盖层对上部坝体变形的影响规律以及坝体—面板—趾板—连接板—防渗墙—覆盖层之间的静力相互作用性态,对工程的结构形式和设计方案作出论证.4 今后的研究工作4.1 面板堆石坝的长期变形研究近些年来,随着面板堆石坝坝高的不断增长,以及所采用的筑坝材料日益广泛,坝体的长期变形问题也日趋突出.对于面板堆石坝,其长期变形主要包括水库运行期蓄水荷载变化引起的变形以及堆石体的流变变形等.目前,关于坝体堆石流变变形的机理研究尚不成熟.一般认为,在堆石坝中,堆石颗粒之间接触紧密,颗粒接触点处的局部应力集中将可能导致颗粒的局部破坏,从而引起周围堆石体的应力重新分布,同时也可能会引起颗粒的重新排列.所有这些调整的过程,均需要一定的时间完成,因而就会造成变形随时间不断发展的过程.另外,随着时间的推移,堆石体内理、化条件的变化,也可能会导致堆石变形的发展.就工程实践而言,目前最为关心的还是工程竣工后,坝体的后期变形量及其对面板应力和位移形态的影响.对于蓄水荷载变化引起的变形,可以通过常规的方法进行计算分析.对于坝体堆石流变变形量的确定,则取决于计算分析中采用什么样的流变模型.目前,对于堆石的流变分析,主要有两种方法,一种是采用理论模型,如M a x w e l l模型、V o g i t模型和M e r c h a n t模型等;另一种是采用经验函数模型,如指数衰减函数、幂函数、双曲函数和对数函数等.采用不同的流变模型可以得出不同的流变变形,即使是对于同一种流变模型,不同的参数取值也会导致不同的流变计算结果.因此,在堆石的流变变形研究中,材料特性试验不可或缺.目前,中国水科院的大型高压蠕变试验仪即将投入使用.今后的数值计算分析研究中,将充分结合试验研究的相关成果,研究开发堆石流变分析模型及相关参数的测定方法,对面板堆石坝的长期变形特性进行深入地研究.4.2 堆石材料的湿化变形研究堆石材料由干燥状态遇水变为湿态时所产生的变42水利水电技术 第36卷 2005年第2期形称为堆石的湿化变形.堆石在湿化过程中所产生的附加变形将会使坝体位移和应力重新分布,在大多数情况下,它将会导致坝体的不均匀变形,从而对面板的应力产生影响.由于面板堆石坝的防渗层位于坝体上游面,在面板未发生大的裂缝和止水系统完好的情况下,水库蓄水的升降不会造成堆石的湿化,因此,常规的数值计算分析中一般不考虑堆石的湿化变形.但是,当因面板裂缝或止水破坏而导致库水渗漏时,在一定的条件下,堆石的湿化变形将有可能导致面板的进一步损坏.另外,对于高面板堆石坝,由于雨水入渗和下游尾水位变化所引起的堆石湿化变形也有可能对坝体的整体变形和面板的应力造成不利的影响.在今后的研究中,中国水科院将通过应力控制式的三轴试验仪,对各种堆石料的湿化变形特性进行研究,并在此基础上建立堆石坝湿化变形的计算模型和分析方法,以深入研究堆石湿化变形对面板堆石坝(尤其是高面板堆石坝)应力变形特性的影响.5 结 语本文结合中国水科院从事面板堆石坝数值计算分析的实践,针对面板堆石坝应力变形分析中的主要问题进行了简要的分析.随着面板堆石坝技术的发展,未来的工程设计与施工中所面临的问题也日趋复杂.尤其是随着坝高的增长,对以往的一些工程经验和设计准则需要予以重新考虑与分析.在今后的研究工作中,对于复杂工程条件下的面板堆石坝工程,数值分析方法将在迎接新的挑战的基础上不断发展,与此同时,数值分析方法与物理模型分析方法的结合,也将会成为新的发展方向(限于篇幅,本文中未包括动力数值计算方面的内容).参考文献:[1] 蒋国澄,傅志安,凤家骥.混凝土面板坝工程[M].武汉:湖北科学技术出版社.[2] 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版)[M].北京:水利电力出版社,1994.[3] I n t e r n a t i o n a l C o m m i t t e e o nL a r g eD a m.R o c k f i l l D a m s w i t hC o n c r e t eF a c i n g,S t a t eo f t h e A r t[R].I C O L DB u l l e t i n70,1989.[4] J u s t oJ L,e t a l.T h e U p s t r e a mF a c i n g o f M a r t i n G o n z a l o 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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。
高混凝土面板堆石坝施工技术
高混凝土面板堆石坝施工技术摘要：随着现代社会经济和科学技术不断发展，人们开展生产和生活活动对各项能源资源需求也不断提升，为更好满足现代人们需要，我国也加大了基础设施建设和完善力度，水利水电工程建设也获得进一步发展。
高混凝土面板堆石坝作为应用比较广泛的一种坝型，具有造价低、安全性高和适应强等优势特点，在工程建设中应用前景十分广阔。
但是想要取得理想应用效果，还需要对高混凝土面板堆石坝施工技术进行有效把握，才能够确保施工质量。
基于此，结合工程案例，对高混凝土面板堆石坝施工技术进行研究和分析。
关键词：高混凝土面板堆石坝；施工技术；实际应用；分析高混凝土面板堆石坝主要是以堆石体作为支承结构，在上游表面浇筑混凝土面板将其作为防渗结构的堆石坝，属于土石坝中的一种。
并且还具有坝坡稳定性好、承受水压力强、施工导流和度汛方便、施工受气候条件影响较小等特点，现已发展成为应用最为广泛的新坝型[1]。
然而在实际施工过程中，如果没有对高混凝土面板堆石坝施工技术进行有效把握，也就不能够充分发挥提高大坝防渗效果和保障大坝安全稳定的作用。
在本文中，结合工程实际案例，对高面板堆石坝施工主要技术进行研究，并对这些技术实际应用进行详细探讨。
1工程概况某水电站大坝坝高180m，坝顶长1000m，整个坝体分为半透水垫层料区、过渡料区、主堆石区等填筑料区，坝体进行填筑施工的总量达到1200万m3，具体如下图1所示。
图1 大坝填筑料分区剖面图2坝体填筑技术2.1填筑分期进行高面板堆石坝填筑施工时，需要采取分期方式，以达到安全度汛和挡水发电目的，然而在整个施工中，也容易导致坝体出现沉降不均匀情况，进而导致面板出现拉伸性和弯曲新性裂缝，因此需要对坝体填筑分期引起高度重视。
该坝体工程总共分成了8期，在实际施工过程中一期面板施工完毕后，立即开展二期面板施工，也导致面板脱空、裂缝等问题频频出现[2]。
针对出现的这些问题，也要求根据坝体施工实际情况，在每期面板施工之前，给予填筑体充足的沉降时间，对上下作业面也要进行严格控制，使其不得超过40m。
浅议中国面板堆石坝发展与展望
价值工程1混凝土面板堆石坝的发展混凝土面板堆石坝（CFRD，或简称面板堆石坝）是以碾压堆石体（含垫层区、过渡层区、主堆石体和次堆石体）为支承结构，并在其上游表面设置混凝土面板（含面板下的趾板和灌浆帷幕）为防渗结构的堆石坝。
这种坝型与一般土坝相比，具有抗滑、抗渗稳定性好，施工方便，坝体经济等特点，因而是一种极具竞争力的坝型。
混凝土面板堆石坝的问世要追溯至19世纪中叶修建与美国加利福尼亚州金矿地区，它的发展经历了三个阶段：第一阶段（1850-1940年），为抛填石阶段，这个时段坝高未超过60米；第二阶段（1940-1965年），是抛填石向碾压堆石的过渡阶段，由于抛填堆石的变形很大，导致混凝土面板裂缝和大量漏水，因此，面板堆石坝的发展没有得到更多推广普及；第三阶段（1965年以后至今），主要是以碾压堆石为特征，将大型振动碾运用于坝体堆石体碾压，从而大幅降低了坝体的变形，防止了面板破坏形成渗漏的破坏。
2我国混凝土面板堆石坝的发展我国最早的抛填式混凝土面板堆石坝是1966年建成猫跳河二级百花水电站大坝，高48.7m，系抛填堆石，坝轴线上游有干砌石垫层，上游坡1：0.6，混凝土面板支撑在埋入基岩的混凝土基座上。
由于抛填堆石的变形很大，导致混凝土面板裂缝和大量漏水，因此这种坝型没有得到发展。
1985年开始，我国开始建设现代碾压式混凝土面板堆石坝。
最早开工建设的是西北口水库大坝，坝高95m，而最早建成的是关门山水库大坝，高58.5m，1988年建成。
随后，我国的面板堆石坝得到了快速发展。
其中代表性的有成屏一级（高74.6m），洪家渡（高182.3m）、乌鲁瓦提（高135m）、紫坪铺（高159m）,天生桥一级（178m）和水布垭等（233m），其中水布娅是世界上最高的面板堆石坝。
本文总结了几点我国混凝土面板堆石坝的明显进步：2.1坝体材料的合理分区早期经验认为下游堆石的变形对面板性状没有影响，因而在坝体材料的分区上，凭经验，做出分区。
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术摘要：目前，在所有水利施工中，混凝土面板堆石坝是一种主要的施工技术。
水利的修建与很多产业息息相关，它既关系着畜牧业、农业又关系着防汛抗旱等工作，因此，我们应该高度重视水利的修建。
堆石坝施工技术是经过多年的发展才逐渐形成的，现在已经广泛应用于我国的水利建设中。
然而，在很多面板坝中会出现不同种类的损坏，具体可以分为挤压破坏和裂缝两种，有的大坝可能突然出现渗漏，对大坝的安全造成威胁。
我们按照面板堆石坝本身的特点，加上长期的探索总结，了解到了面板堆石坝施工技术加固方面的一些措施。
例如，修补以及处理破损或开裂的面板，从而有效的解决加固除险等问题。
关键词：水利工程；面板；石坝；填筑目前面板堆石坝一般采用水管式沉降仪进行坝体内部沉降变形监测，本文通过采用统计对比分析法，从时间上和空间上两个方面对坝体内部沉降变形进行了分析，得到了不同高程坝体变形规律和最终大坝的总体沉降量，与其他类似工程相比，本工程大坝总体沉降较小，一定程度上反映了该大坝填筑工艺质量控制较好。
1面板堆石坝的相关概述1.1面板堆石坝结构面板堆石坝是一种新型的大坝类型，其结构特点和施工工艺与传统的重力式混凝土大坝有很大的不同。
面板堆石坝采用钢筋混凝土面板作为主体结构，以石块为填料进行填筑，具有以下结构特点：第一，面板堆石坝的主体结构是钢筋混凝土面板，其具有较高的抗拉强度和弯曲强度，能够有效抵抗大坝产生的水压力和地震力，具有较好的抗震性能和耐久性能。
第二，面板堆石坝的填筑材料是石块，填筑面板与面板之间的空隙，形成了坝体内部的排水系统，能够有效排除坝体内部的渗漏水，提高了大坝的稳定性和安全性。
第三，面板堆石坝的坝顶宽度较窄，一般为3~5m，相对于传统的混凝土大坝，其占地面积较小，可以节省大量的土地资源。
1.2面板堆石坝施工特点面板堆石坝的施工特点与传统的混凝土大坝有很大的不同，具有以下施工特点。
第一，面板堆石坝的施工工艺相对简单，施工速度较快。
水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状
水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状摘要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，水利水电工程在全球范围内发挥着越来越重要的作用。
混凝土面板堆石坝作为一种经济、实用的坝型，在全球范围内得到了广泛的应用。
本文将探讨水利水电施工混凝土面板堆石坝技术的现状及发展趋势。
关键词：水利水电；混凝土面板堆石坝；施工技术；现状引言混凝土面板堆石坝以其独特的结构和多功能性在各种水文条件下得以广泛应用。
它们不仅可以有效控制河流水位，减轻洪水的危害，还能为供水、灌溉和发电等方面提供重要支持。
然而，混凝土面板堆石坝的建设和维护涉及复杂的工程技术和科学原理，需要综合考虑地质、水文、结构等多个因素。
1.水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状1.1 施工工艺和设备混凝土面板堆石坝的施工工艺和设备在现代建筑中扮演着至关重要的角色。
目前，施工主要采用半机械化或机械化方法，这在提高效率和减少人力成本方面发挥了重要作用。
在堆石体填筑方面，大型挖掘机和自卸车等设备的广泛应用，不仅加速了填筑的进度，还提高了施工的精度和稳定性。
这些机械设备能够迅速处理大量的石块和土壤，从而降低了施工周期，并减少了劳动力的需求。
此外，在混凝土面板的浇筑方面，滑模技术和泵送混凝土技术的应用也起到了关键作用。
滑模技术使得混凝土可以以一种均匀而高效的方式流动到指定位置，确保了面板的质量和一致性。
泵送混凝土技术则通过泵送装置将混凝土输送到远距离或高难度的施工区域，避免了传统浇筑方式的限制。
这些技术的运用不仅提高了施工效率，还减少了废料和浪费，有助于保护环境。
1.2 防渗技术刚性防水主要涉及混凝土面板本身的防水性能。
通过严格的混凝土配方和施工工艺，确保混凝土面板具有高度的密实性和耐水性。
这有助于减少渗漏风险，同时增加了坝体的结构强度，提供了可靠的水密性。
此外，坝面板的表面也可以涂覆防水材料，如特殊的涂层或密封剂，以提高其防渗性能。
柔性防水则主要依赖于防水材料，如土工膜。
土工膜是一种高分子聚合物材料，具有出色的防渗特性。
面板堆石坝大坝填筑施工技术分析
面板堆石坝大坝填筑施工技术分析摘要：我国的水利工程建设中面板堆石坝因其安全性好、适应性强、施工速度快、工期短、造价低、施工机械化程度高、绿色环保等优点，成为一种富有竞争力的坝型，被广泛应用于国内外水利水电工程中。
其中面板堆石坝的坝体填筑是保障坝体安全有效运行的关键环节之一，文章通过梳理该技术在应用期间管理要点，明确各作业环节要点，为相关工作者提供借鉴。
关键词：面板堆石坝；大坝填筑；施工技术1填筑规划面板堆石坝一般填筑量都比较大，在开始施工前期要做好相关的填筑规划，包括：施工分期方案的选择、施工方法的确定。
确定各阶段的坝体填筑断面及各坝区料的工程量。
根据各阶段坝体填筑的起止时间、计算填筑强度。
确定坝区施工道路的布置。
料源挖填平衡。
施工机械和人员组合。
质量保障措施。
同时坝体填筑的分期有导流度汛方式确定，并决定总进度中其他控制节点。
马来西亚某在建面板堆石坝填筑材料分区图及填筑断面分期图上坝道路的布置。
施工道路的布置及标准，与车速、循环时间、运输能力、车辆和轮胎使用寿命、运输成本费用、行车安全等直接相关。
马来西亚某在建面板堆石坝开挖与填筑道路布置采用岸坡与坝坡相结合的布置方式，充分利用开挖期已经形成的边坡道路与坝后边坡永久道路相结合。
直接进入坝体填筑的施工道路主要有三条：左岸L1道路，右岸R4和R6道路。
为解决填筑期间填筑料运输跨趾板问题，在左右坝肩EL110高程均设计了跨趾板道路，另外进水口道路和坝后“之”形爬坡道路做为坝体回填辅助道路。
马来西亚某在建面板堆石坝道路布置图碾压试验。
根据初定的压实机械和时间选定的大坝填筑料，在现场进行不同参数的碾压试验。
碾压试验的内容包括：①测试岩石的密度、容重。
抗压强度、软化系数、级配料的视比重；②测试压实机械性能；③复核设计提出的压实标准；④确定适宜、经济的施工压实参数，如碾压设备、铺层厚度、碾压遍数、行驶速度、加水量等；⑤研究和完善填筑的施工工艺和措施，并制定填筑施工的实施细则。
关于混凝土面板堆石坝建设技术进展研究
关于混凝土面板堆石坝建设技术进展研究我国水资源和水能资源的开发利用中，需要修建一些水库来调节洪水和径流，面板堆石坝由于其优越的技术经济特性，表现出强大的生命力。
本文阐述了面板堆石坝建设方面的发展状况及研究成果，着重从施工技术方面和筑坝材料两个方面描述了现代面板堆石坝建设进展状况。
标签：混凝土；面板堆石坝；技术发展；施工；筑坝材料中国自1985年开始学习和引进国外的技术和经验，同时重视自主创新的科学研究和技术开发，以西北口坝为试点工程开始混凝土面板堆石坝的建设，自国家“六五”计划开始，高面板堆石坝筑坝关键技术就被列入国家重点科技攻关项目、国家自然科学基金重点课题和水利水电行业重点科技项目，组织全国科技力量，勘测设计单位、科研院所、施工企业和高等院校联合起来，对现代混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题，进行了大量的系统的科学研究，取得的科技成果不断应用于工程实践，解决了一系列重大技术难题，编制了设计规范和施工规范，及时总结工程经验和教训，推动了水利水电行业科技进步和混凝土面板堆石坝工程的建设。
本文就面板堆石坝建设的关键技术进行了论述。
1、施工和监测技术进展1.1 施工技术中国自主建设了270多座混凝土面板堆石坝，形成了一支高水平的施工队伍和高面板堆石坝优质快速施工技术，主要包括：①做好料场规划和料源平衡，使料场开采与大坝填筑在规模和强度上相适应；②分别采用枯期围堰、过水围堰和全年围堰导流渡汛方式和全断面均衡填筑快速施工技术；③开发32t重型振动碾；④采用冲击碾压施工技术；⑤开发垫层区翻模固坡技术和喷乳化沥青技术；⑥开发面板混凝土浇筑布料器、趾板混凝土滑动模板和防浪墙混凝土移动式模板台车等专业机具和配套技术等。
1.2 质量检测与质量控制技术中国混凝土面板堆石坝坝体填筑质量监测采用压实效果与施工参数双控，压实效果是指用试坑法在现场检测坝体堆石料的颗粒级配、干密度或孔隙率和渗透系数；施工参数是指铺层厚度、加水量、碾压机械、碾压遍数等。
混凝土面板堆石坝的发展现状及发展趋势浅议
混凝土面板堆石坝的发展现状及发展趋势浅议摘要：混凝土面板堆石坝是以堆石为受力主体，上游混凝土面板为防渗主体的一种堆石坝，常简称为“面板堆石坝”或“面板坝”。
现代混凝土面板堆石坝具有断面小、安全性能好、对地基要求低、可简化导流、施工方便、工期短、受气候影响较小、造价低等诸多优点。
日益受到坝工界的重视，并成为有较强竞争力的坝型。
关键词：面板堆石坝发展1.1混凝土面板堆石坝的发展混凝土面板堆石坝的发展大致经历了三个阶段：①早期(1870～1940年)抛填堆石阶段；②过渡期(1940～1970年)由抛填堆石向碾压堆石发展；③现代阶段(1970年后)以薄层碾压堆石为主要特征，同时在坝体结构及施工技术上有很大的改进，并向高坝发展【1～2】。
堆石坝是在1870～1900年间于美国加利福尼亚发展起来的。
在加利福尼亚塞拉山的淘金矿山上需要蓄水以备淘金使用，而当地适合于筑坝的材料是岩石和树木，从而促使抛填堆石坝的兴起。
塞拉山上第一座坝为木面板抛填堆石坝，后来逐渐过渡到采用混凝土作防渗面板，并于1895年在加利福尼亚修建了第一座采用混凝土面板的堆石坝【3】，到1900年后，混凝土面板坝基本上成为一种典型的堆石坝。
因当时堆石的施工方法均采用抛石填筑，辅以高压水枪充实的简单压实工艺，堆石体的密实度很差，变形模量较低，因而沉降量和水平位移均较大。
二十世纪40年代，随着筑坝高度的增加，刚性混凝土面板不能适应抛填堆石体的大变形而开裂，导致较大渗漏量的问题日益严重，因此，混凝土面板堆石坝未能推广普及。
设计者把研究和实践的重点转移到以土料作防渗体的堆石坝上来。
土料具有很好的柔性，能适应堆石的变形。
1958年建成的Quoich坝，采用振动碾振动压实的方式填筑，其后观测到的施工期最大沉降仅1.9cm，表现出良好的性态。
进入二十世纪60年代，随着大型土石方施工机械，尤其是大型振动碾的出现，面板堆石坝出现了转机。
1960年著名土力学家太沙基提出采用碾压堆石修筑面板坝的构想。
水利工程中面板堆石坝的关键技术
148YAN JIUJIAN SHE中车速需要控制，保证低速平稳碾压。
四、坝体分区填筑、碾压施工方法1.坝体分区填筑顺序坝体的填筑工作需要进行分区填筑，即把面板堆石坝的填筑工作进行分区，通过石灰线标注，每一个的分区都进行坝体填筑施工、测量控制、坝料摊铺、洒水和压实这五个步骤。
每个分区的填筑工作都需要按照一定的顺序进行填筑，基于“先粗后细”的原则，先填筑粗骨料后填筑细骨料。
并且需要做好粗骨料的清理工作，减少细骨料的填筑量，减少工程成本和保证工程质量。
上下游的主次堆石区料采用进占法铺料，用牵引式振动碾碾压，接缝处采用骑缝碾压。
2.分区填筑作业施工方法（1）主、次堆石区填筑主、次堆石区填筑主要运用进占法进行填筑，主、次堆石料的卸料工作不需人工卸料都是运用卸料汽车进行卸料，并且每个堆石料之间还需要保持一定的距离。
然后采用推土机的平仓让粗径石料得以自由滚落到下层，而细石料可以留在上层，这样可以保证其的密实度，空隙得到充分的填充，减少细石料的用量，便于碾压，对于一些粒径很大的砾石需要在料场就对其进行解小。
碾压的过程中需要控制车速和碾压次数，车速过快或不匀都会导致碾压不充分。
碾压的次数则需要严格按照标准执行，最好在前期就做好试验工作，减少后期问题的发生，制定合理的施工碾压方案。
碾压过程中还需要对其进行分区、分段碾压。
减少多度碾压和漏压的现象产生。
在岸坡边缘靠山坡处，大块石易集中，故岸坡周边选用石料粒径较小且级配良好的过渡料填筑，同时周边部位先于同层堆石料铺筑。
（2）过渡层料填筑过渡层料和垫层料的填筑都是采用人工填筑后退法的方式进行填筑。
过渡层的最大粒径不能大于30cm，如果过渡层出现了大于30cm 粒径的块石或者大粒径砾石的话就需要在料场就对其进行解小。
过渡层料填筑前需要把一些分离开来，独立的、零散的一些块石进行清理出来，以便后面的碾压工作。
过渡层料的填筑采用后退法进行分区、分段填筑，可以用两边向中间填筑。
卸料汽车把过渡层料卸载到人工作业面，然后采用人工填筑的方式。
混凝土面板堆石坝的技术进步
混凝土面板堆石坝的技术进步随着社会经济速度不断加快，为了满足现代化建设的需求，对混凝土面板堆石坝的设计与施工要求越来越高。
对于超高混凝土面板堆石坝来说，其设计施工将面临各方面因素的挑战。
近年来，我国混凝土面板堆石坝的施工技术取得显著的成果，自主创新能力不断加强，推动了我国混凝土面板堆石坝的发展与进步。
本文将对混凝上面板堆石坝工程建设的技术发展进行分析，了解其关键技术以及计算等方面的技术进步与创新，并对混凝土面板堆石坝的未来发展作出展望。
标签：混凝土面板堆石坝；技术进步；创新；展望引言：改革开放以来，我们在引进国外先进技术和经验的同时，还将自主创新和技术研发作为建设中国特色社会主义的重点项目。
很早开始，我们就将混凝土面板堆石坝建筑作为关键技术被列为国家重点科研项目和水利水电行业重点科技项目。
积极开展科研工作，不断提高科学技术创新，组织各单位、部门、企业等联合起来，对现代混凝土面板堆石坝建设中的关键技术进行全面的科学研究和探讨，取得了骄人的成绩。
不仅解决了混凝土面板堆石坝建筑中一些技术难题，实现混凝土面板堆石坝规范化、标准化施工操作，还推动了水利水电行业科技进步和混凝土面板堆石坝工程建设的发展。
一、混凝土面板堆石坝的发展历程混凝土面板堆石坝的发展大致可分成三个时期，早期阶段的混凝土面板堆石坝是以抛填堆石为特征，这一阶段修建的面板堆石坝高度都在100m以下，坝体质盘也较差，容易发生变形，面板出现裂缝、渗漏的现象严重。
第二阶段，混凝土面板堆石坝从抛填堆石发展到碾压堆石的过渡阶段，这一阶段的面板堆石坝的发展处于停滞状态，直到1965年碾压堆石坝正式取代抛填堆石，进入现代阶段，随着薄层碾压施工技术的不断进步与完善，混凝土面板堆石坝的数量和高度迅速增加，逐渐成为当今水利水电工程坝体建设的主流坝型。
混凝土面板堆石坝造价低，工期短，而且经济性能好，使得混凝土面板堆石坝得到广泛应用，现今建设最高的堆石坝己经达到200m。
超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题
２ １ 年１ ００ 月
水 力 发 电
超 高混 凝 土 面板 堆 石 坝 建 设 中的
关 键 技 术 问题
徐 泽 平
（ 中国水 利水 电科 学研 究院 ，北京 １０ ４ ） ０ ０ ８
摘 要 ：３ ０ ｍ 级 超 高 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 的设 计 与 施 工 将 面 临一 系 列 技 术 挑 战 。对 于超 高 混 凝 土 面 板 坝 ，其 坝 坡 稳 ０ 定 和 堆 石 材 料 渗 透 稳 定 不 是 主要 制 约 因素 ．而 坝 体 堆石 的 变 形 控 制 ， 以及 混 凝 土 面 板 应 力 状 态 的改 善 将 是 关 键 技 术 问题 为 此 ．必 须 从 坝 体 材 料 分 区 的 改 进 、筑 坝材 料 选 择 、堆 石 压 实 标 准 控 制 ，以 及 面 板 浇 筑 时 机 选 择 、面板 厚 度 设 计 、面 板 钢 筋 排 列 、 面板 接缝 系 统 设 计 等 方 面 ，采取 相 应 的 工 程 措 施 ，以尽 可 能 地 减 少 堆 石 体 的 变 形 （ 别 是 后 特 期变形 ） ．降 低 运 行 期 混 凝 土 面 板 的拉 、压 应 力 。通 过 采 取 这 些 上 程 措 施 ，建 设 ３ ０ｍ 级 超 高 混 凝 ｄ ｍ ｌｐ ｔ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｒ ｃ ｆ ｌ ｅ ｐ ｇ ａｅ ｙ ｗ ｌ ｎ ｔｂ ｈ ｉ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ｆｒｔ ｅ ｃ ｎ ｔ ｃ ｉｎ ｏ ０ ｍ ｎ ｏ ｎ ｅ ｅ ． ｈ ａ ｓ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｎ ｏ ｋ ｌ ｓ ｅ ａ ｅ ｓ ｆｔ ｉ ｏ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｃ ｎ ｔ ｎｓ ｏ ｈ ｏ ｓｒ ｔ ｆ３ ０ ｏ ｉ ｉ ｌ ａ ｕ ｏ
ｔ ｋ ｎ ｉ ｏ ｃ ｎ ｉ ｒ ｔｏ ．Ｂｙ ｔ ｐ ｉ ｔｏｎ ｏ ｓ ｌ ａ ｕｒ ｓ ｈｅ ｃ ｎ ｔｕｃ ｉｎ ｏ ｕ ｒ ｉｈ ａ ｅ ｎｔ ｏ ｓｄｅ ａｉ ｎ ｈｅａｐ ｌｃａｉ ｆｔ ｅ ｎ ｅ ｓ ｅ ，ｔ ｏ ｓｒ ｔｏ ｆｓ ｐｅ —ｈｇ ＣＦＲＤ ｔ ｉｈ ｖ ｒ３ ｍ ｈｅ ｗｉ ａ ｈｅｇ ｔｏ ｅ ００ ｈ ｃ ｕｌ ｅ ｔ ｃ ｎｉａｌ ｅ ｓｂｌ． ｏ ｄ ｂ ｅ ｈ ｃ ｌｙｆ ａ ｉ ｅ Ｋｅ ｏ ｄ ｙ Ｗ ｒ ｓ：ｓ ｐｅ —ｈ ｇ ｕ ｒ ｉ ｈ ＣＦＲＤ；ｄ ｆ ｍａｉ ｎ ｃ ｎｔｏ ｆｒ ｃ ｆｌ；ｓｒ ｓ ｆｃ ｃ ｅｅ ｆ ｃ ｌｂ；ｒ ｐｔ ｅ ｅｏｒ ｔｏ ｏ ｒ ｌｏ ｏ ｋ ｌ ｔｅ ｓｏ ｏｎ ｒ ｔ ａ ｅ ｓａ ｉ ｕ ｕｒ
我国面板堆石坝筑坝技术发展综述
最大粒径可适 当放宽要求 。 坝料填筑 压实后要求具有低压缩性 和 自由排水性能 。
控法 。
般为 ｌ ２～１ ６ ｍ，靠近岸坡 处则采用 窄幅面板 ，宽度通 常为
河床段的一半。随着无轨滑模施工技术的发展 ，等宽面板的应 用 日渐增多 。面板顶厚一般为 ３ ０ ｃ ｍ，并 向底部逐渐增 加 ，按
水头 的 ０ ． ０ ２～ ０ ． ０ ３ ５倍进行加厚 。面板 配筋 ，大多数采用 面板 中部配置单层双向钢筋 ，部分高坝也有采用双层双 向配筋的做
量不宜超过 ５ ％，过渡料压实后渗透系数宜 为 １ ０ － ２ ～１ ０ ｃ ，工程上采用较多的 是灰岩 、砂岩 、玄武岩和熔凝灰岩等。主堆石料最大粒径应不 超过压实层厚 度 ，宜为 ６ ０～８ Ｏ ｃ ｍ，粒径 ５ ｍｍ以下含量不 宜 超过 ２ ０ ％，０ ． ０ ７ ５ ｍｍ以下含量不宜超过 ５ ％。下游 堆石 区料的
２ ． ５ 导 流与 度汛
面板堆石坝 的导流与度汛方式 ，根 据水文 、气象 、地形 、
性 ，借助钣金加工技术的发展 ，Ｉ Ｉ 前我 国面板坝面板缝 的铜止 水片接头越来越多采用了整体成 型技术 。
混凝 土面板堆石坝铜止水 片接头 主要包括周边缝转 角处 的
… Ｆ’型 弯 接 头 ，周 边 缝 和垂 直 缝 相 交 处 的 “ Ｔ ”型接头和 “ ｗ” 型接 头 ，垂 直 缝 和 防浪 墙 水 平 缝 相交 处 的 “ Ｔ ” 型接 头或
是可行 的，但也存在进 一步改进 的空间。 （ ５ ）混凝土浇筑。我国面板 、趾板混凝土浇筑施工技术 Ｈ
混凝土面板堆石坝施工新技术探讨
混凝土面板堆石坝施工新技术探讨摘要：混凝土面板堆石坝本身具有很多优势，我国在运用混凝土面板堆石坝施工技术的过程中积累了一定的经验，甚至在一些特殊的技术上取得了重大的突破。
本文针对混凝土面板堆石坝施工技术现状展开讨论，希望能在一定程度上推动该些技术的进步发展。
关键词：混凝土面板堆石坝；施工技术现阶段，随着对混凝土面板堆石坝技术要求的不断提高，许多新技术、新工艺不断应用于施工中，设计、施工、监理、建设等参建各方都需要面对新的挑战。
1 石料爆破开采施工技术石料爆破开采技术主要有两种，乳化炸药混装车和硐室爆破。
1.1 乳化炸药混装车它是一种设备，主要功能是制药和装药，这里说的药包括多种，既有化学药物也有机械药物。
主要使用方法是将指定的炸药，通过科学合理的方式放在指定的运输器械当中，然后利用现代化技术使其发生爆破作业的现象。
在我国的三峡水利工程当中，这项技术就得以运用，实践证明它可以完成较高的爆破率、较高质量的爆破要求，并且其成本较低，容易实践，最重要的是，它实现了绿色经济的宗旨，很大程度上减少了爆破带来的污染问题。
1.2 硐室爆破这种爆破方式建立在固定的条件之下，譬如说料场由于种种原因导致其开采能力下降，所以不得不改变原有的施工方案，这种情况就需要依靠硐室爆破。
采用硐室爆破的过程中，需要格外加一下辅助性的措施，这些措施主要是为了让供料的速度更快一些。
结合有关资料，我们可以发现，如果想用硐室爆破的方法进行混凝土面板堆石坝的材料开采，应该遵循下列条件：料场的地形并不平坦，无法满足传统方式开采的需要，并且周边可利用的环境较差，相关的机械设备难以执行计划中的工作；所选材料的位置处于下游，并且质量不高，在处理的过程中也要注重石料的选择，在做出适当的剔除之后，也可以将其适用于主堆石区；石料开采区域没有充沛的电力条件和先进的机械设备，但是这个区域却拥有大量可利用的劳动力和丰富的石料资源，此时就不得不趋利避害，做出有效开采。
混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望
文章编号:1006 2610(2020)01 0011 08混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望王君利(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)摘 要:自1985年中国设计建设混凝土面板堆石坝以来,中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司完成了多座面板堆石坝工程的设计施工㊂在设计过程中总结和分析了国外多座面板堆石坝严重渗漏以及窄河谷与高陡岸坡㊁深覆盖层㊁高寒地区等建坝的经验教训逐步形成了完整技术㊂重点从坝体变形安全新理念出发设计研究,逐步形成了坝体各区变形协调设计理念及渗流安全理念,进行坝体结构设计及渗流控制㊂文章还阐述了软岩堆石料筑坝㊁不利自然条件下建坝的设计技术进步及高坝安全理念㊂关键词:面板堆石坝;技术进步;安全理念中图分类号:TV641.43 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2020.01.002Design Technology Progress and Safety Concept Prospect of Concrete Faced Rockfill DamWANG Junli(PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an 710065,China )Abstract :Since the design and construction of concrete faced rockfill dams in China in 1985,PowerChina Northwest Engineering Co.Ltd.has completed the design and construction of multiple faced rockfill dams.In the design process ,we have summarized and analyzed the serious leakage of multiple faced rockfill dams in abroad and the experience and lessons learnt during dam construction in areas with narrow river valleys and high and steep bank slopes ,deep overburdens ,and high altitude and cold areas have gradually developed into a complete dam built technology.Focusing on the design and research from the new concept of dam deformation safety ,the harmonious de⁃sign concept of deformation and seepage safety in each area of the dam has been gradually developed ,and the dam body structure designand seepage control are carried out.The article also elaborates on the design technology progress of dam construction with soft rockfill ,dam construction under unfavorable natural conditions ,and the safety concept of high dam.Key words :CFRD ;technological progress ;safety concept 收稿日期:2019-12-16 作者简介:王君利(1960-),男,陕西省泾阳县人,公司副总工程师,教授级高工,从事水利水电工程设计和技术管理工作.1 发展历程和主要特征中国自1985年开始学习和引进国外混凝土面板堆石坝设计施工技术和经验,重视自主创新的科学研究和技术开发,对混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题,进行科学研究和开发,设计科技成果不断应用于工程实践,取得了重大的技术进步㊂混凝土面板堆石坝在实践中体现出来的安全性㊁经济性和适应性具有良好的优势,使其经常成为首选的坝型之一㊂据不完全统计,中国已建㊁在建和拟建的混凝土面板堆石坝已达300余座,其中坝高100m 或超过100m 的高坝有94余座,包括已建成48座㊁在建20座㊁拟建26余座㊂中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司(简称:西北院)已建㊁在建和拟建的混凝土面板堆石坝已达52座,其中坝高100m 或超过100m 的高坝有28座(见表1)[1]㊂承接的马来西亚的巴贡(Bakun,坝高202m)㊁新疆察汗乌苏(坝高110m,河床覆盖层宽96m,厚46.7m)㊁白龙江苗家坝(坝高111m,河床覆盖层厚48m)㊁青海公伯峡(坝高132m,国内首次采用混凝土11西北水电㊃2020年㊃第1期===============================================挤压墙技术,超长面板[面板长218m]施工)㊁青海积石峡(坝高110m,软岩筑坝)㊁青海羊曲(坝高150m,镶嵌式组合坝)以及在建和拟建的青海玛尔挡(坝高211m)㊁茨哈峡(坝高257.5m)㊁新疆大石峡(坝高247m)㊁四川金川(坝高111.5m,河床覆盖层宽56m)及西藏俄米(坝高227m)等面板堆石坝工程已通过了技术咨询或设计施工㊂展示了西北院在中国及国际领域的设计技术领先地位㊂表1 西北院已建、在建和拟建的混凝土面板堆石坝表 据统计,中国混凝土面板堆石坝的总数已经占全世界的50%以上,高混凝土面板堆石坝的数量已经占全世界的60%左右,中国混凝土面板堆石坝在数量㊁坝高㊁工程规模和技术难度等方面都居世界前列㊂在强地震区㊁深覆盖层㊁岩溶等不良地质条件和在高陡边坡㊁河道拐弯等不良地形条件下建造了多座高混凝土面板堆石坝工程㊂2 筑坝技术的进步2.1 设计技术进步(1)坝体结构设计在混凝土面板堆石坝设计㊁建设过程中,不断总结工程经验教训,重点从坝体变形安全新理念出发进行设计研究,逐步形成了具有中国特色的坝体结构设计理念㊂首先充分利用建筑物开挖料和料场各种料源的同时重点考虑坝体各区的变形协调;同时采用较高的压实标准,即较小的孔隙率或较高的相对密度,目前高面板堆石坝的垫层区㊁过渡区㊁主堆石区和下游堆石区的孔隙率分别不同提高到17%㊁18%㊁19%和19%左右㊂重视不同地形条件下采用不同的坝体分区以达到坝体各区变形协调,在陡峻的山坡段或地形起伏较大区域的下部设置一定的增模区,以改善坝体变形性状㊁变形协调和抗滑稳定性等㊂(2)变形协调理念与变形控制措施总结和分析国内外已建天生桥一级面板堆石坝的一㊁二期面板85%面板脱空,三期面板有52%面板脱空,垫层区裂缝和面板裂缝;Campus Novos面板21王君利.混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望===============================================堆石坝面板裂缝及挤压破坏,巴西的Barra Grande 面板堆石坝面板挤压破坏等典型工程存在垫层区裂缝㊁面板脱空和裂缝㊁面板挤压破坏和严重渗漏的原因,在设计过程中逐步形成了面板堆石坝设计的变形协调理念,提出和采用了变形控制措施[2-3]㊂1)西北院在马来西亚巴贡水电站大坝设计中采用数值分析和土工离心模型试验等方法比较不同分区方案时坝体变形和面板应力,以达到坝体各区变形协调,面板工作状态良好的目的,确定坝体合理分区㊂对原设计的坝坝体分区进行了调整,图1为按经验设计的坝体分区图,图2为按变形协调结构设计的Bakun 面板坝坝体分区图㊂表2为经验设计与变形协调设计的Bakun 面板坝坝体对比表㊂从表2和图1㊁2可以看出巴贡坝若采用经验设计方案,填筑区顶部和中部坝体变形很不协调,坝体图1 巴贡面板坝经验设计的坝体分区图 单位:m图2 变形协调设计的坝体分区图 单位:m表2 经验设计与变形协调结构设计的巴贡大坝工程实例对比表沉降差达到4.545%,面板浇筑后随着坝体的继续填筑,面板顶部与垫层区的法向位移差达到113.5cm,很可能造成垫层区裂缝㊁面板脱空甚至面板挠曲应力裂缝㊂若采用经验设计方案,河谷中央面板最大压应变670×10-6,很可能也发生面板挤压破坏㊂采用变形协调设计新理念指导的坝的坝体变形则比较协调,坝体沉降差仅为3.189%,减小了51%㊂一期面板浇筑后随着后期坝体填筑面板顶部31西北水电㊃2020年㊃第1期===============================================与垫层区的法向位移差只有70.98cm,减小了60%,从而大大减小了面板脱空现象,避免了面板产生结构性裂缝㊂经验设计方案河谷中央面板最大压应变670×10-6,变形协调设计方案只有619×10-6 (不设置新型止水)和540×10-6(设置新型止水),分别减少了8%和24%,从而避免了面板混凝土挤压破坏,巴贡坝在施工期及正常运行以来,已有的监测分析成果表明,各项监测值均未超过设计允许值,亦表明巴贡面板堆石坝的设计㊁施工中所采用的技术是合适的㊂2)适当提高下游堆石区的填筑标准,即使下游堆石区料为建筑物开挖料的岩性㊁风化程度和颗粒级配较差,只要提高其填筑标准,使坝体各区的变形模量相近,也可达到坝体变形协调㊂3)合理确定在纵剖面和横剖面上坝体填筑形象进度,合理组织筑坝材料开挖㊁储存和填筑,尽量做到坝体填筑全断面均衡上升(如黄河公伯峡㊁积石峡㊁察汗乌苏等大坝采用坝体填筑全断面均衡上升),达到施工期坝体变形协调㊂4)合理确定面板分期浇筑时间以及面板浇筑时已填筑坝体顶面与该期面板顶面之间的高差,即预沉降措施,使堆石坝体变形与面板变形同步协调;青海公伯峡大坝采用超长面板(面板长218m)施工,大坝填筑一次到顶,使大坝施工期变形基本完成等㊂5)适当增加面板受压区垂直缝的宽度和范围,垂直缝中嵌填的材料能够适应变形协调㊂6)提高堆石坝体填筑标准,减小堆石坝体在坝轴线方向的位移,减小面板与垫层之间的约束,减小两岸坝肩附近面板的拉应力以及河谷中央面板的压应力,避免两岸坝肩附近面板产生拉裂缝以及河谷中央面板挤压破坏㊂(3)渗流安全理念与渗流控制措施西北院在设计过程中总结和分析国外多座面板堆石坝严重渗漏以及沟后坝溃决的原因,逐步形成了面板堆石坝渗流安全理念,提出了渗流控制措施,总结和分析西北院已建和在建工程的设计研究和建设,渗流安全理念与渗流控制措施主要有: 1)大坝自上游至下游坝体各区渗透系数和层间关系满足水力过渡准则,同时根据大坝填筑料的特性和渗透系数增设竖向排水区,确保堆石坝主体处于非饱和状态不产生渗透变形破坏㊂2)减小与控制接缝位移,修正趾板建基面的地形和趾板下游的地形;提高周边缝附近特殊垫层区与垫层区的填筑标准,同时应使得周边缝附近的垫层区㊁过渡区和堆石区的填筑标准和变形模量彼此相近㊂3)减小甚至避免面板裂缝,适应大变形的接缝止水结构和止水材料的选用㊂4)研究在不同水头㊁不同渗流速度乃至止水破损条件下的垫层料和过渡料的渗透变形特性,研究和确定垫层料和过渡料的设计㊂5)采用内趾板㊁截水槽㊁加深固结灌浆和反滤保护等措施处理不良地质条件趾板基础㊂2.2 施工和监测技术进步(1)施工技术形成了一支高水平的施工队伍和高面板堆石坝优质快速施工技术,主要采用:做好料场规划和料源平衡,使料场开采与坝体填筑在规模和强度上相适应;分别采用枯水期围堰㊁过水围堰和全年围堰导流度汛方式和全断面均衡填筑快速施工技术;开发32 t重型振动碾,采用冲击碾压施工技术;开发垫层区翻模固坡技术㊁混凝土挤压墙㊁喷乳化沥青技术;开发面板混凝土浇筑布料器㊁趾板混凝土滑动模板和防浪墙混凝土移动式模板台车等专业机具和配套技术㊂(2)质量检测与质量控制技术坝体填筑质量监测采用压实效果与施工参数双控,压实效果是指用试坑法在现场检测坝体堆石料的颗粒级配㊁干密度或孔隙率和渗透系数;施工参数铺层厚度㊁加水量㊁碾压机械㊁碾压遍数通过现场生产性碾压试验确定,筑坝材料(爆破开挖料)通过爆破试验确定等㊂开发了大坝填筑GPS高精度实时监控技术㊁附加质量法快速检测堆石体密度的方法㊁挤压边墙质量检测方法和趾板灌浆抬动变形监测方法等㊂(3)安全监测设备与资料分析技术采用国家科技攻关项目开发了混凝土面板堆石坝安全监测仪器设备,主要包括:;堆石坝体内部变形监测仪器 水管式沉降计㊁电磁式分层沉降计㊁41王君利.混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望===============================================引张线式水平位移计㊁电位器式位移计;面板变形监测仪器 固定式测斜仪;周边缝位移监测仪器 三向测缝计,N2000型遥测遥控水平垂直位移计㊂目前正在分析研究在坝体内设置水平和竖直观测廊道,初步分析研究成果表明是可行的,已确定在黄河羊曲大坝采用;形成了混凝土面板堆石坝安全监测资料分析技术系统,建立了坝体变形㊁面板应力和面板挠度等的统计分析模型,为工程的安全运行提供了有力保障㊂2.3 筑坝材料和防渗结构技术进步(1)软岩堆石料筑坝技术堆石坝体采用砂泥岩等软岩堆石料,除垫层区㊁过渡区和排水区以外堆石坝体需处于非饱和状态,重视坝体分区的变形协调,大坝变形尽可能在施工期完成,中国典型工程大坝断面见图3所示[4]㊂图3 黄河积石峡面板堆石坝(软岩)断面图 单位:m对于软岩(或砂砾石)混凝土面板坝,设计采用了以下关键技术措施[5]:1)设置有足够排水能力的排水区,竖向排水尽量靠近上游,使软岩(或砂砾石)堆石区处于非饱和状态,有足够的抗剪强度和变形模量㊂2)重视坝体分区的变形协调,提高软岩堆石区的压实标准,使软岩堆石区的变形与其他各区的变形比较协调;积石峡两岸不对称,采用分期㊁分区填筑的方式将坝体填筑分为4个阶段,以解决坝体的不均匀沉降对大坝的影响.研究软岩堆石料的压实特性和变形特性,针对不同岩性的软岩堆石料采取相应的压实施工参数和施工方法㊂3)为提高软岩坝料碾压质量及减小坝体沉降变形,根据坝料特性和现场碾压试验,采用坝外加水㊁坝面洒水等工序,以确保坝料碾压前达到预期含水量㊂4)通过大型足尺渗透变形试验等来研究砂砾石料的颗粒组成㊁渗透系数和渗透变形特性,合理设计垫层区㊁砂砾石区和排水区,使砂砾石坝体不发生渗透变形破坏;5)为了充分释放坝体(软岩)沉降量,预留合理沉降期,尽可能采取坝体浸水措施,使加速先填区坝体沉降加速㊁提前释放坝体湿化变形的影响㊂6)顶部面板最小厚度增加至40cm㊁减小底部止水凸起肋条高度㊁增设抗挤压钢筋等面板抗挤压破坏措施㊂7)重视从面板混凝土材料㊁面板混凝土施工技术和面板工作条件等,全面地进行混凝土面板防裂技术研究,采取措施防止面板裂缝或挤压破坏㊂(2)止水结构与止水材料国家科技攻关项目研究了接缝的止水结构与止水材料,其中具有代表性并广泛应用的是GB 系列的止水材料与结构和SR 系列的止水材料与结构,主要性能都超过国际同类止水材料与结构㊂除早期建设的株树桥坝和沟后坝以外都没有因止水结构发生破坏而产生严重渗漏㊂在巴贡坝面板受压区垂直缝中嵌填可变形的止水材料以避免挤压破坏,面板受压区垂直缝见图4所示;工程运行证明采取的结构及措施是十分有效的㊂图4 巴贡坝面板压性垂直缝止水图 单位:mm2.4 不利自然条件下建坝技术2.4.1 狭窄河谷与高陡岸坡坝址建坝技术在深卸荷岩体或软弱岩体构成的窄深峡谷中不适宜修建拱坝,面板堆石坝就成为一种具有明显优势的坝型,这种情况在今后可能开发的西北西南地51西北水电㊃2020年㊃第1期===============================================区峡谷中会越来越多的遇到㊂在窄深峡谷中修建高混凝土面板堆石坝时,由于堆石体流变特性㊁河谷束窄效应的影响,极有可能出现因坝体变形梯度过大,从而导致止水结构和面板破坏的情况㊂深卸荷岩体则给高面板坝的防渗幕体带来了帷幕形成困难㊁抗渗透稳定性和耐久性等问题㊂而国内外又都缺乏可资借鉴的工程经验,因此,如何采取工程措施,控制坝体变形,消除窄深河谷地形给工程可能带来的隐患;如何设计防渗方案,控制坝基及坝体渗漏成为勘测设计面临的难题㊂在总结分析河谷宽高比较小的已建工程有三板溪(坝高185.5m㊁宽高比2.28)㊁洪家渡(坝高179.5m㊁宽高比2.38)㊁水布垭(坝高233m㊁宽高比2.83)㊁江坪河(高219m㊁宽高比1.89)㊁猴子岩(高223.5m㊁宽高比1.27)等工程的设计建设经验基础上,对西北院设计的黄河羊曲水电站工程(下坝址坝高191m㊁坝顶长度146m㊁河谷系数(A /H 2)为0.56),进行了大量设计㊁科研研究,取得主要成果和创新[6]㊂图5 黄河积石峡坝体分期填筑示意图 单位:m(1)分析研究了坝体分区㊁坝料填筑参数㊁坝体应力应变成果及运行情况,提出主要控制指标,为特窄河谷高面板坝变形控制研究提供了依据㊂(2)提出特窄河谷高面板堆石坝筑坝材料采用硬岩,垫层料㊁过渡料及主堆石料孔隙率分别按不大于17%㊁19%㊁20%控制,下游堆石料孔隙率与主堆石料基本一致,压缩模量大于100MPa,可以满足羊曲特窄河谷高面板堆石坝坝体设计的要求㊂(3)从坝体分区及施工填筑程序㊁特殊边界模拟㊁河谷束窄效应㊁堆石体流变影响及动力特性等方面,研究分析了不同河谷宽高比对坝体应力变形的影响㊂特窄河谷面板坝具有三维效应明显,初期变形相对较小㊁后期变形相对较大㊁周边缝剪切变位相对较大等特点,但变形仍在可控范围内㊂揭示随着河谷变窄,周边缝剪切变形增大,位移较沉陷和张开大㊂对特殊边界采用碾压干贫混凝土处理㊁岸坡设置一定厚度的过渡料,能减小特窄河谷坝体变形,改善应力分布㊂(4)通过对特窄河谷高面板坝接缝位移研究,揭示了周边缝剪切变位明显大于张开和沉陷变位的规律,提出了接缝止水技术控制指标㊂(5)通过现场强卸荷岩体灌浆试验研究,提出采用投细砂㊁待凝等工艺的综合帷幕灌浆方法,解决了强卸荷岩体的防渗问题㊂经分析研究和工程实践证明,对窄河谷高混凝土面板坝采用以下技术措施是十分有效的:(1)提高堆石压实标准,减少堆石坝体变形;下游堆石料孔隙率与主堆石料基本一致,压缩模量大于100MPa㊂(2)在特殊边界及与岸坡连接处设置变形模量较高的特别碾压区㊂(3)合理确定坝体填筑顶面高程与面板浇筑高程的高差,以及合理确定面板浇筑时间与坝体填筑时间的预沉降期㊂(4)适应较大变形的周边缝(特别是两岸)止水结构和材料㊂(5)不利地形条件下采用高趾墙或便于与其它建筑物连接㊂(6)内趾板减少陡坡开挖量,采取合理的边坡加固措施㊂(7)对两岸不对称的地形地质条件或坝内设有建筑物,在大坝填筑施工时,应合理分期分区,使大坝各区变形协调,如图5黄河积石峡坝体分期填筑示意图㊂(8)监测坝轴向坝体变形和面板垂直缝变形㊂2.4.2 深覆盖层上建坝技术坝基覆盖层最厚的是铜街子副坝,覆盖层厚达73.5m,坝高48m;趾板建在覆盖层上最高的是九甸峡坝,覆盖层厚56m,坝高136.5m,河床覆盖层最宽61王君利.混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望===============================================厚的是察汗乌苏坝,坝高110m,河床覆盖层宽96m㊁厚46.7m,其混凝土面板堆石坝典型断面见图6㊂图6 察汗乌苏混凝土面板砂砾石坝典型断面图 单位:m 分析研究和工程实践证明,对深覆盖层上的混凝土面板坝采用以下技术措施是十分有效的: (1)采用钻孔㊁动力触探㊁面波测试㊁原位旁压试验和载荷试验等多种手段,查明覆盖层的组成和结构㊁软弱夹层和可能液化砂层的分布以及覆盖层的工程特性,论证覆盖层沉降变形特点和规律,作为坝基进行研究,必要时进行工程处理㊂(2)对坝基覆盖层采用混凝土防渗墙防渗是十分有效的㊂(3)防渗墙与趾板采用连接板连接型式,满足变形协调条件,能够有效改善趾板的工作条件.需采用三维有限元法计算分析优化连接板长度㊁块数㊁分缝及防渗体系设计㊂(4)研究防渗墙应力变形性状及其影响因素(应特别是施工期与运行期变形协调),提出有效的工程措施㊂(5)重视施工期坝基覆盖层的变形及趋势,根据坝基覆盖层的变形合理安排连接板㊁面板的施工工序㊂2.4.3 高寒地区建坝技术西北院在新疆和青海等高寒地区建成了察汗乌苏㊁柳树沟㊁公伯峡㊁积石峡,在建的羊曲㊁玛尔挡㊁茨哈峡等混凝土面板堆石坝,其中的代表是新疆察汗乌苏(坝高110m),通过大量的科研试验和设计研究,设计技术进步主要是:(1)采取薄层重型振动碾压实,合理增加碾压遍数,实现冬季堆石碾压施工不间断;同时坝体需预留足够的变形期及沉降期,防止面板结构裂缝的产生㊂(2)选择采用降低水灰比㊁掺加外加剂和保温养护等措施,提高面板混凝土抗冻性能;柳树沟采用掺适当的罗赛纤维素纤维,对抑制混凝土表面塑性裂缝和收缩裂缝效果较明显,抗裂效果优良㊂(3)高寒㊁高蒸发等恶劣气候环境地区,面板施工时机宜选择在春末夏初,尽管如此仍会发生混凝土保湿㊁保温养护困难,造成混凝土温降收缩的温度裂缝和表面蒸发失水较快引起的塑性收缩裂缝,需采取必要的保障措施㊂(4)适当增加面板钢筋含量,在水位变动区设置表层抗温度应力钢筋㊂(5)在面板表面涂设憎水(憎冰)涂料,增加热交换,维持冰面和面板间有一层不冻水膜㊂(6)适当增加滑模刚度及延长混凝土拌和时间,也是保证面板混凝土内在及外观质量措施㊂(7)表面止水采用沉头螺栓等固定型式,避免表面止水被冰盖拔出破坏㊂在表面接缝止水两侧增设混凝土条,可有效地保护接缝止水㊂3 大坝安全理念展望随着大坝设计的技术进步㊁施工和监测技术进步及筑坝材料和防渗结构技术进步,大流域龙头水库(高坝大库)㊁超高坝(当地材料坝,坝高超过20071西北水电㊃2020年㊃第1期===============================================m以上)是新的发展趋势㊂同时工程地形地质条件更复杂㊁自然条件更恶劣㊁管理机制更严格㊁安全风险更高㊂因此在今后大坝中应树立新的大坝安全理念㊁大坝安全控制技术㊁大坝安全管理机制和大坝检测加固技术㊂(1)大坝安全理念应从工程安全㊁生态安全㊁次生安全和全流域安全生命期安全统筹考虑㊂工程安全主要考虑防洪安全㊁渗流安全㊁抗震安全,大坝设计从经济性向风险控制转变,工程设计理念在强度设计基础上强化耐久性设计理念等方面综合论证;生态安全坚持走生态优先㊁绿色发展之路,枢纽建筑物与环境和谐共生的环境安全理念,研究河流生态系统变化对生物群落影响,考虑洄游鱼类通道㊁水库消落带生态恢复等问题;次生安全研究水库蓄水㊁泄洪雾化等造成可能诱发的地震㊁库岸滑塌及滑坡等地质灾害;全流域安全应高度重视流域梯级水库群中龙头水库的安全风险,推进流域控制性水库群的联合统一调度,预防连锁溃坝㊂(2)大坝安全控制技术充分应用物联网㊁大数据㊁云计算㊁BIM等现代信息技术,实现工程设计数字化㊁可视化㊁协同化,工程建设管理监控自动化㊁管理规范化,工程运行管理高效化㊁智能化㊂(3)大坝安全管理机制首先健全大坝安全政策法规,从完善法规与标准㊁审查制度和安全鉴定切实落实㊁建立除险加固后评估机制等;其次创建大坝安全管理新模式,从风险管理㊁安全评价㊁全流域水库群风险管理体系实现水库管理扁平化㊁信息化㊁专业化㊂(4)大坝检测设计研究全系列机器人检测系统的可行性,从大坝深水检测机器人㊁小管径检测机器人㊁长距离大洞径(坝内廊道)检测机器人研究爬行和吸附式水下机器人,实现斜坡面爬行检测和垂直坝面自动巡检,并搭载研发的深水检测设备;研究深水渗漏探测视声一体化综合查漏技术,实现大坝定位渗漏区㊁确定渗漏点㊁渗漏点破坏形态和入口流态㊂(5)研究形成除险加固与维护成套技术㊂高水头水库放空成套技术㊁渗漏水下封堵成套技术(散粒料淤堵-破损结构修复-灌浆填充-表面柔性封闭等)㊁大坝防渗重构技术(防渗心墙重构防渗㊁面板坝放空修复等)㊂4 结 语随着对高混凝土面板堆石坝工作机理的认识,西北院院在新疆㊁青海和西藏正在设计和建设一批超高面板堆石坝,大坝安全面临诸多挑战,需进一步加强大坝安全理论与技术研究,在设计研究中总结分析国内外混凝土面板堆石坝设计施工技术和经验,重视自主创新的科学研究和技术开发,提出并研究镶嵌混凝土面板堆石坝㊁复合式混凝土面板堆石坝㊁高模量混凝土面板堆石坝及坝内设置观测廊道㊁现场大型原型材料试验等关键技术问题,将形成具有西北院特色的高混凝土面板堆石坝的设计理和安全理念㊂参考文献:[1] 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司志(1997年至2015年)[Z].西安:2019.[2] 王君利,范建朋.马来西亚巴贡水电站面板堆石坝设计综述[G]//中国混凝土面板堆石坝30年.北京:中国水利水电出版社,2016.[3] 郦能惠,王君利.高混凝土面板堆石坝变形安全内涵及其工程应用[J].岩土工程学报,2012,34(02):193-201. [4] 蔡新合,王康柱,王君利.积石峡水电站混凝土面板堆石坝设计[J].水力发电,2011,37(11):29-32.[5] 张伟,蔡新合.黄河积石峡水电站面板堆石坝湿化变形控制研究[J].人民黄河,2014,36(03):126-128.[6] 张晓梅,王君利.狭窄河谷中面板堆石坝变形控制关键技术[C]//2017年士坝技术论文集.北京:中国电力出版社,2017.[7] 中电建西北勘测设计研究院有限公司.察汗乌苏坝水电站技施设计报告[R].西安:2012.81王君利.混凝土面板堆石坝设计技术进步及安全理念展望===============================================。
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术探析
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术探析摘要：面板堆石坝作为一种具有显著优势的水利工程结构类型，在工程应用中得到了广泛的推广。
本文将探讨面板堆石坝施工技术的各个方面，以及为实现更高质量、更安全、更环保的工程目标提供理论依据和实践参考。
关键词：水利工程；面板堆石坝；填筑施工引言：面板堆石坝是一种新型的坝型结构，在坝体结构和施工方面具有很多优点，可以通过现场拼装预制混凝土板实现整体堆砌，减少施工时间和成本，同时也提高了工程的质量和安全性。
由于面板堆石坝在大坝建设中的独特优势，该坝型结构在国内外得到了广泛的应用和推广。
一、面板堆石坝概述（一）面板堆石坝定义和特点面板堆石坝是一种具有独特结构和功能的水利工程建筑物，其核心特点在于将预制混凝土面板与堆石坝结构相结合，既能充分利用当地的石材资源，降低工程成本，又能提高坝体的整体稳定性和抗渗能力。
预制混凝土面板起到了有效的防渗作用，而堆石坝本身则具有较高的稳定性，两者相互补充，使得面板堆石坝在抗渗、抗滑移及抗震等方面表现出较好的性能。
此外，面板堆石坝施工周期较短，与传统混凝土坝相比，更具有环保、节能等优点[1]。
（二）面板堆石坝分类面板堆石坝的分类主要基于预制混凝土面板设置方式、坝体结构及防渗原理的差异。
按照预制混凝土面板的设置方式，面板堆石坝可以分为内置式和外置式。
内置式面板堆石坝中，面板位于坝体内部，与堆石结构紧密结合；而外置式面板堆石坝则将面板设置在坝体的上游侧，与堆石结构相互独立。
根据坝体结构的不同，面板堆石坝可以分为单层堆石结构和多层堆石结构，其中单层堆石结构主要适用于较小型的水利工程，而多层堆石结构则适用于较大型的水库或水电站工程。
按照防渗原理的差异，面板堆石坝可以分为压力防渗型和自重防渗型。
压力防渗型面板堆石坝依靠堆石自身的重力来增加防渗性能；自重防渗型面板堆石坝则通过预制混凝土面板的自重和上游水压力共同作用来实现防渗效果。
二、坝体填筑施工技术（一）施工前的准备工作在进行面板堆石坝施工前的准备工作中，要制定详细的施工方案，包括工程概况、施工组织、施工顺序和方法、施工质量标准、安全与环保要求等方面的内容，以确保施工过程的顺利进行。
水利工程中面板堆石坝的关键技术-精品文档资料
水利工程中面板堆石坝的关键技术1 我国在面板堆石坝方面的研究我国在混凝土面板堆石坝的材料特性研究、本构关系模型建立和数值计算方面居世界先进水平。
面板堆石坝的材料性质与以往有所不同；而刚性的厚度很薄的混凝土面板与堆石料及垫层过渡料之间的接触面及其相互作用是这种坝型的关键技术问题。
所以各种接触面的本构关系模型在大量试验的基础上被提出和改进。
在数值分析中，面板的应力、变形与开裂等往往是受到最大关注的问题。
另一方面，堆石料湿化变形和随时间持续的变形（或称为流变、蠕变性）也被人们所发现和得到重视，因为这可能使面板的工作条件和状态恶化，在本构模型和数值计算中不能不考虑到这一情况。
沈珠江在堆石料室内试验的基础上，提出了指数衰减数学模型，并用这一模型计算天了生桥一级面板堆石坝，发现堆石体的流变可显著地加大面板脱空的可能性。
2 土石坝的后期变形――流变与湿化变形实践表明，在荷载作用下随时间持续堆石料会发生变形，这对于混凝土面板的危害很大，可导致周边缝止水破坏和产生裂缝。
这可能是由于堆石中的块石随时间软化而发生破碎、接触点的破损、颗粒的重新排列等原因造成的。
由于堆石料的尺寸限制，难以通过传统的室内试验研究其规律和确定其参数。
通过长期的原型观测，随后进行参数反分析是实用的手段。
目前我国在计算中常常采用基于应力应变速率关系的经验函数型流变模型，如采用指数衰减函数的沈珠江模型，采用双曲函数的王勇和殷宗泽模型等；另一个影响土石坝变形的因素是土的湿化变形问题。
堆石材料在初次蓄水时也可由于浸水而发生附加变形，这种变形会引起比较严重的后果。
而由于雨水入渗，坝体下游尾水升高也会引起湿化变形，这种变形对于面板堆石坝的危害很大。
在数值计算采用的计算模型中，关于湿化变形的测定一般可采用单线法和双线法。
同时也建立了一些本构模型和数值分析手段来模拟这种变形。
对公伯峡面板堆石坝的实例计算结果表明，湿化变形可以导致坝体的沉降和向下游的水平位移的增加，使面板中的水平向压应力和拉应力增加。
砼面板堆石坝专委会
砼面板堆石坝专委会（原创版）目录1.砼面板堆石坝专委会简介2.砼面板堆石坝的技术特点3.砼面板堆石坝在我国的应用和发展4.砼面板堆石坝的未来展望正文一、砼面板堆石坝专委会简介砼面板堆石坝专委会（Concrete Face Rockfill Dam Special Committee，简称 CFRDSC）是一个致力于研究和推广砼面板堆石坝技术的国际性组织。
该组织成立于 20 世纪 80 年代，目前已经有来自全球各地的数百名专家和工程师加入。
其主要目标是通过技术交流、研究和合作，推动砼面板堆石坝技术的发展，以满足全球日益增长的水资源开发需求。
二、砼面板堆石坝的技术特点砼面板堆石坝是一种具有诸多优点的新型大坝结构形式。
其主要技术特点如下：1.结构稳定性好：砼面板堆石坝采用堆石体作为大坝的主要承载结构，具有很好的抗压、抗拉、抗弯和抗剪能力，能够有效抵御各种自然灾害的影响。
2.施工简便：砼面板堆石坝采用预制混凝土面板和现场堆筑的石料作为主要建筑材料，施工过程相对简单，便于组织和实施。
3.造价低廉：砼面板堆石坝的材料成本较低，且施工工艺简单，能够降低工程造价，提高投资效益。
4.环境友好：砼面板堆石坝结构形式适应性强，可充分利用当地现有资源，减少对环境的影响。
三、砼面板堆石坝在我国的应用和发展自 20 世纪 80 年代以来，我国开始引进和研究砼面板堆石坝技术。
经过数十年的发展，我国砼面板堆石坝技术取得了举世瞩目的成就。
目前，我国已经建成了数百座砼面板堆石坝，其中包括世界最高的堆石坝——黄岩口水库大坝。
同时，我国在砼面板堆石坝的设计、施工、运行管理等方面也积累了丰富的经验，为全球砼面板堆石坝技术的发展做出了重要贡献。
四、砼面板堆石坝的未来展望随着全球气候变化和环境问题日益严重，水资源开发和保护将成为未来世界面临的重要挑战。
在这种背景下，砼面板堆石坝技术具有广阔的发展前景。
首先，砼面板堆石坝具有较好的环保性能，能够有效减少对环境的破坏。
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我国超高面板堆石坝的建设与技术展望
杨泽艳周建平
（水电水利规划设计总院，北京100011）
关键词：超高面板堆石坝；建设技术回顾；技术设想展望
摘要：自1985年引进现代面板堆石坝筑坝技术以来，我国面板堆石坝建设方兴未艾，筑坝技术取得长足进步。
到本世纪初，一些200m级高面板堆石坝已投入运行或即将投入运行，这些高坝的建设为我国200m级高面板堆石坝筑坝技术积累了丰富经验，理论水平也得到很大提高，筑坝技术已步入国际领先水平。
我国水电正进入一个高速发展时期，大江大河、高山峡谷和边远地区水电资源的开发呼唤300m级超高面板堆石坝技术的发展。
本文从设计和施工技术角度对我国200m级高面板堆石坝筑坝技术的发展做简要回顾，并对300m级超高面板堆坝建设的技术可行性做一展望。
0 概述
我国自1985年引进现代技术修建混凝土面板堆石坝，这种坝型因其良好的安全性、经济性和地形地质条件的适应性，而深受坝工界的青睐，经常成为首选的坝型，因而得到广泛应用和迅速发展。
据统计，我国已建和在建的混凝土面板堆石坝已超过150座，坝高超过100m的有37座，坝高200m级的有4座。
表1 国内200m级高面板堆石坝建设统计表[1]
国内已建成的最高的面板堆石坝，有天生桥一级，坝高178m，2000年建成；洪家渡，坝高179.5m，2005年建成。
即将完建的有水布垭（坝高233m）和三板溪（坝高186m），主要技术参数见表1。
处于建设初期的有滩坑（坝高162m）、江坪河（坝高221m）等。
国外已建成的有墨西哥的阿瓜米尔巴（坝高186m，1995年建成），在建的有马来西亚的巴贡（坝高205m）、墨西哥的艾尔卡扬（坝高189m）、冰岛的卡拉努尔（坝高196m）、
巴西的巴拉格兰德（坝高185m）、坝泼斯·诺瓦斯（坝高202m）[2]。
通过高面板堆石坝的建设及相应的科技攻关、专题研究、运行监测等工作，可总结归纳国内外200m级高面板堆石坝的筑坝技术，从中得到一些新的认识。
我国水电开发建设正进入一个快速发展时期，大江大河上、高山峡谷及边远地区水电资源的开发需要300m级特高面板堆石坝技术。
本文拟通过对国内4座200级高面板堆石坝筑坝技术发展的回顾，提出300m级超高面板堆石坝筑坝技术的设想和展望。
2 200级高面板堆石坝筑坝技术
天生桥一级面板堆石坝始建于1995年，2000年完建，当时，设计和施工均引进了巴西（FOZ DO AREIA）面板堆石坝筑坝技术，进行了大量科学研究和技术攻关，为我国200m级高面板堆石坝建设积累了宝贵的经验和教训。
洪家渡、三板溪和水布垭均始建于2000年以后，洪家渡于2005年完建，已安全运行2年，水布垭和三板溪也将于2007年完建。
国内200m级高面板堆石坝河谷特征及变形、渗漏量、裂缝和面板脱空等运行情况统计见表2。
由表可知，2000年以后建设的面板堆石坝，沉降量均较小，不超过坝高的1%，面板裂缝也较少，渗漏量和面板脱空宽度都不大，运行状况呈现良好势头。
说明在总结2000年前建设经验和教训的基础上，200m级高面板堆石坝的筑坝技术逐渐成熟。
表2 国内200m级高面板堆石坝河谷形状及沉降统计表
2.1 设计技术
1．筑坝材料
堆石坝筑坝材料特性统计参数见表3，堆石最大料径80mm～160mm。
2000年以前，修建面板堆石坝部分采用了软岩料，堆石孔隙率都大于22%。
2000年以后，坝体堆石料
都采用中等硬度（湿抗压强度≥30MPa）以上岩石，堆石料级配良好；三板溪坝为改善坚硬岩细粒偏少、推铺易出现架空、碾压不易收敛的现象，采取坚硬与较软岩掺混的措施；孔隙率约20%或小于20%，孔隙率减少2个百分点，以求堆石主压缩变形在施工期完成，减少次压缩变形和流变变形以及纵向变形，因而施工过后，坝体总体变形量大幅减小。
表3 国内200m级高面板堆石坝堆石特性参数统计表
2．坝体断面分区
2000年以前建设的坝很少设专门的排水堆石区。
2000年以后建设的坝基本上都划分为主堆石区、下游（次）堆石区和顶面高于下游洪水位的水下堆石区，下游坝体水下堆石区要求级配良好，小于0.075mm颗粒含量不大于5%，孔隙率略大于主堆石区，渗透系数等于或大于主堆石区；三板溪下游水下堆石区最大粒径与主堆石区的一致，洪家渡和水布垭最大粒径为120cm；下游堆石区的孔隙率都比主堆石区略大或一致，洪家渡坝除初期少量次堆石料比主堆石区大外，大部分区域主、次堆石区孔隙率保持一致，使坝体上下游堆石体成为均一密实体，有利于坝体上下游均匀变形；洪家渡坝还在坝轴线上游陡边坡区设置了孔隙率与过渡料相当的特别碾压堆石区，以减小陡边坡对坝体不均匀变形的不利影响。
高面板堆石坝的最大沉降都发生在坝轴线下游约1/3～1/2坝高处（见表2）。
由此可见，坝体最大沉降量与排水体设计及下游（次）堆石区孔隙率偏大不无关系。
3．面板和趾板
面板特性参数统计见表4，混凝土面板厚度0.3m～1.1m，分块宽度8m～16m，混凝
土强度等级C2825～30。
2000年以后建设的面板堆石坝，对面板的防裂抗裂都进行了有针对性的研究，采取了必要的措施，如混凝土中添加聚丙烯纤维，注重保温保湿养护。
洪家渡还采用了外掺氧化镁收缩补偿混凝土和涂刷表面养护剂，三期面板中试用了无配筋钢纤维混凝土板；三板溪在混凝土表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂层；水布垭在约2/3坝高处设永久水平缝，三板溪一块面板约1/2坝高设水平永久缝；洪家渡和三板溪还采用了全部双层双向配筋。
这几座坝都取得了面板裂缝少的良好效果。
表4 国内200m级高面板堆石坝混凝土面板特性统计表
趾板特性统计见表5。
趾板宽度有减小趋势，将渗径延至趾板下游坝内；混凝土中或添加聚丙烯纤维，或掺处收缩补偿外加剂，或设宽槽分序浇筑，使得趾板裂缝数量大幅减少。
但由于趾板混凝土浇筑于基岩上，受基岩约束作用，趾板防裂抗裂措施仍值得研究。
表5 国内200m级高面板堆石坝混凝土趾板特性统计表
4．接缝止水
接缝止水特性统计见表6。
2000年后建设的面板堆石坝，除水布垭周边缝约1/2坝高以下采用了三道止水，其余均只设二道止水，避免了中部止水带造成的缝两侧混凝土浇筑可能出现的质量缺陷成为止水薄弱环节的弊端；周边缝基本上都采用止水与自愈相结合的新型结构型式，并进行了高水头下的适应变形能力试验研究；更加注重表层止水的可靠性措施，表面复合橡胶板相当于将中部止水带移至表面，盖板的隆起长度更能满足
周边缝张开的需要，两侧用带椭圆孔的扁钢及膨胀螺栓固定在趾板和面板上，止水功能更可靠；上覆分散性细粒料使周边缝基本上都具有自愈能力。
洪家渡和三板溪还在止水铜片上复合了GB止水板，增强了阻水功能。
表6 国内200m级高面板堆石坝接缝止水特性统计表
为了避免近年来几座高坝面板混凝土产生沿垂直缝的挤压破坏现象，洪家渡坝还偿试将二、三期面板中部的压型垂直缝设计成有一定宽度（8mm）、具有抗压缩能力和富有弹性的结构型式，即采取了防纵向位移破坏措施。
5．安全监测
2000年前后建成的坝基本上都布设了比较完毕的安全监测仪器，但都只重视坝体垂直和水平向位移及总体渗漏量监测。
洪家渡坝将坝体内部纵向位移纳入监测视线，首次在两个高程设置了纵向位移监测线。
到2005年底，监测到的最大纵向位移为16.5mm，总体上，左岸纵向位移比右岸大。
事实上部分高坝中部面板混凝土产生沿垂直缝挤压破坏与坝体存在纵向位移有关，对不同宽度河谷的坝都值重视和推广纵向位移监测技术。
洪家渡在两岸低高程设置了渗流截水沟，将坝体渗漏分两岸和河床监测。
此外，200m级高面板堆石坝建设还积累了丰富的基础处理、混凝土施工质量缺陷处理技术和新技术、新材料应用的经验。
2.2 施工技术
1．碾压机具
施工特性统计见表7。
2000年后建设的坝，碾压遍数较高，大多为8～10遍；设备吨位加大，大多为18t自行式振碾或25t牵引式振碾，水布垭和三板溪还采用了25t自行式振碾，即激振力加大了；洪家渡为降低层厚160cm次堆石区和层厚80cm主堆石区填筑孔隙
率，首次引入冲碾压实技术[3]，进行了大量碾压试验研究，成功应用于次堆石区和上部主堆石区，实现碾压层厚0.8m～1.6m、干密度达到2.181～2.19g/cm3的设计要求，取得较好效果。
表7 国内200m级高面板堆石坝施工特性统计表[1]
2．堆石预沉降
2000年以前完建的坝，有的堆石填筑完成不到一个月即开始拉面板。
2000年后建设的坝，基本上都注意面板施工前应有足够的预沉降量，确保面板施工后坝体不会有大的变形。
洪家渡工程首次提出了坝体预沉降控制两条标准，一是预沉降期控制标准，二是沉降收敛（单位沉降量）控制标准。
预沉降期标准：即每期面板施工前，坝体应有3～6个月预沉降期，且不得少于3个月；沉降收敛标准：即每期面板施工前，沉降变形率最大的垂直位移计的沉降值已趋于收敛，即监测显示的沉降曲线已过拐点，趋于平稳，月沉降变形量不大于2mm～5mm。
有的工程要求预留沉降期不得低于5～7个月。
每期面板施工前，坝体分期填筑面超高都在6m～10m以上。
3．施工填筑分期
2000年后建设的坝，都注重坝体施工填筑分期与减小坝体变形的控制结合起来，除低高程因“一枯度汛抢拦洪”的需要，采取在上游超填临时断面外，坝体填筑分期尽量做到上、下游面平行上升，条件许可时让下游超高。
一期临时断面拦洪度汛，有利于度汛挡水断面受洪水预压，提高压缩模量。