高混凝土面板堆石坝快速施工技术及工艺研究

第一章综述

1.1 立项背景

我部自建成天生桥一级高混凝土面板堆石坝后，又相继承担了贵州洪家渡大坝、河南盘石头水库大坝、山东泰安抽水蓄能电站上库大坝、山西西龙池抽水蓄能电站下库大坝、河南宝泉抽水蓄能电站上库大坝、新疆吉林台一级大坝，以及当今在建世界上坝高最高的湖北清江水布垭水电站大坝（233m）等多座高坝，为我部开展高混凝土面板堆石坝快速施工技术研究创造了条件。

天生桥一级水电站大坝是当今国内已建成的最高混凝土面板堆石坝，是国内首座由100m级规模向200m级跨越的项目，坝高178m、坝体体积1800万m3、面板面积17.3万m2，在工程施工时埋设了大量的常规和新型监测仪器（如电平器、水管式沉降仪、铟钢丝型伸缩仪等）。其中，电平器是国内首次采用监测面板变形的仪器。工程竣工安全鉴定书中，专家组的结论评语：“天生桥一级水电站工程规模大，技术难度高，采用了混凝土面板堆石坝这一先进坝型，设计施工中开发和实施了许多先进技术，这些都是全社会的宝贵财富，希望有关领导和单位，组织进行一些专题的技术总结”。大坝施工期间和蓄水运行以来，记录了多年的观测数据，通过观测资料分析,对大坝安全运行和今后该类型大坝建设提供了依据和经验；总结天生桥一级大坝工程建设经验、分析坝体运行数据意义重大。

随着高混凝土面板堆石坝的快速发展，为了进一步加快施工进度、提高质量、降低成本，对堆石坝垫层料固坡技术、寒冷地区施工技术、坝料综合开采技术，以及新设备、新工艺、新材料等深入开展实验研究，也有重大意义。

近年来,我国混凝土面板堆石坝发展很快,据2004年资料统计,已建成和在建的大坝已达145座,其中坝高超过100m的工程有31座。在工程建设中,新技术、新工艺和新设备不断发展，如：坝体分区和压实控制、趾板滑模施工技术、反向渗水处理、激光反铲削坡、级配料开采控制爆破技术、垫层料坡面施工和保护技术，以及运行监测等，使混凝土面板堆石坝的设计、施工理念和方法不断发展，更趋合理。表1-1-1是我国已建在建坝高100m以上混凝土面板堆石坝统计数据。

1—2

（比例 1：2000 单位：米）

图1-2-2 洪家渡坝体填筑示意图

图1-2-3 水布垭大坝填筑断面图

图1-2-5 盘石头水库大坝填筑断面图

图1-2-6 泰安抽水蓄能电站上水库面板堆石坝断面图

表1-2-1 依托工程特性表

1 - 5

表1-2-2 大坝填筑主要技术指标和施工工艺参数

1.3主要科研成果

通过试验研究和资料分析，取得的主要研究成果有：

(1)天生桥一级水电站大坝监测数据分析与反馈研究

主要有坝料特性及料区划分、填筑方式、填筑参数、面板浇筑、面板结构性裂缝分析及预防、面板变形及受力特点分析、减小压性区面板水平向压应力措施、面板设置双层双向钢筋、不对称河谷的面板应力特点、“压实变形量”控制方法探讨等研究内容。

(2)上游坡面固坡技术研究

垫层料固坡技术已得到了国内坝工界的高度重视，该项技术在混凝土面板堆石坝工程中具有实用价值，除了进行挤压混凝土挡墙试验研究应用外，同时进行了立模浇筑挡墙混凝土，以及垫层料拉模固坡试验研究，均为可行的固坡工艺，可以推广采用。

(3)高混凝土面板堆石坝级配料开采技术研究

主要有采用洞室爆破开采面板堆石坝主、次堆石料；深孔梯段爆破设计参数计算机模拟系统的研究与应用；采用梯段控制爆破直接生产过渡料。

(4)寒冷地区面板堆石坝施工工艺研究

研究了负温条件下对坝体填筑的影响因素，对大雪以下降雪强度，大坝主堆石区可以正常填筑，填筑时要特别注重安全保护措施，但冬季施工成本较高，如因总工期要求确需安排施工时，应在工程投资概算中计入冬季施工费用。

(5)高混凝土面板堆石坝施工新工艺

1.4 工程应用情况

天生桥一级水电站大坝建设经验已在洪家渡水电站大坝施工建设中得以体现，从洪家渡水电站大坝监测数据分析，其收效是显著的；固坡技术也已在我国湖北清江水布垭大坝、青海公伯峡等工程上应用。

1.5 项目综合评价

混凝土面板堆石坝是当今筑坝主要坝型之一，在我国发展很快，短短二十年间，已建、在建项目超过145座，100m以上大坝有31座，在建的世界上最高的混凝土面板堆石坝—水布垭水电站大坝达233m，已成为该领域有代表性国家之一；混凝土面板堆石坝筑坝技术从某种角度讲，又属经验性坝型，特别对于高坝需在施工实践中不断认识、发展和完善，通过一批工程建设，我国正逐步总结出许多新的设计理论、施工技术、施工工艺，天生桥一级水电站大坝是一座由100m级向200m级跨越的高混凝土面板坝项目，开工建设初期，国内建设规模和认识水平还只在西北口等100m级坝高上，因此，天生

桥一级水电站大坝的建设、运行很有代表性，值得分析研究；特别是针对天生桥一级大坝变形量较大，面板裂缝较多，发生面板损伤等的研究分析，对大坝的建造和安全运行意义重大。本课题之一“天生桥一级水电站大坝监测数据分析与反馈研究”通过收集大量的观测数据和图片资料，较系统地分析了天生桥一级大坝运行状况，是国内第一个较完整的200m级混凝土面板堆石坝监测运行分析报告。

对于混凝土面板堆石坝坝体上游垫层料施工和保护的固坡技术，国外出现了ITA 工法，我国也开始了试验研究与应用，本课题除了在水布垭和公伯峡工程应用ITA工法的研究应用外，还进行了人工立模浇筑挡墙混凝土和垫层料拉模固坡技术的试验研究。试验认为，这几种方法都不失为可行的固坡技术，可以推广应用。为垫层料固坡技术研究拓展了更宽的思路。

为加快混凝土面板堆石坝施工速度、提高质量、降低成本，本课题对级配料开采中的使用洞室爆破开采主、副堆石料，采用梯段爆破直接开采过渡料，采用先进的计算机模拟技术优化梯段爆破参数，预报开采级配曲线等进行了专项试验研究，获得成果。同时对施工过程中采用的先进施工机具和设备、新的施工工艺和观测仪器等进行总结。

本课题结合新疆吉林台一级混凝土面板堆石坝的施工，对寒冷地区的坝体填筑开展了试验研究，除因面板施工进度原因未及深入开展寒冷地区面板混凝土工艺研究外，已基本完成合同规定的内容。此外，鉴于我部承担的山西西龙池抽水蓄能电站下库工程、河南宝泉抽水蓄能电站上库工程正在施工，属于国家电网公司建设项目，都存在坝体填筑料开采、寒冷地区施工等问题，计划结合两个工程的施工继续开展混凝土面板堆石坝快速施工研究。