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1、,中国水电建设集团十五工程局有限公司,-何小雄,堆石坝筑坝施工技术研究,1、概述 2、堆石坝施工技术研究 3、未来堆石面板坝要研究解决的关键问题,中国水电建设集团十五工程局有限公司,中国水电建设集团十五工程局有限公司,1.1堆石坝发展历程,初期建设阶段（1950年代1970年代）：50年代，中国先后修建了一批土坝，坝高一般都在50m以下，坝型绝大多数为均质土坝或土质心墙砂砾坝，地基处理主要采用黏土截水槽或上游铺盖方案，基本上依靠人力配合少量轻型机械施工。进入1958年，各地建坝数量直线上升。同一时期柱列式混凝土防渗墙技术、槽段式混凝土防渗墙技术陆续成功使用，这对土石坝深厚砂砾层地基防渗处理是一
2、大突破。进入1970年代，土石坝施工技术进步明显：挖掘机开采、汽车运输在坝料填筑中逐渐占据主导地位，振动碾压逐步进入堆石料碾压领域。 这一段时期有代表性的碾压土石坝是松涛均质土坝（坝高80.1m）、岳城均质土坝（坝高53m）、毛家村心墙砂砾坝（坝高82.5m）、密云白河斜墙坝（坝高66m）、碧口心墙坝（坝高101.8m）等。定向爆破堆石坝的代表是南水工程，坝高80.2m；石砭峪工程，坝高82.5m；云南已衣工程，坝高90m。这一段时间也修建了一些抛填堆石坝，如猫跳河二级混凝土面板堆石坝，坝高47.8m，1966年建成。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,新时期发展阶段（1980年代1990年
3、代）： 新时期土石坝施工技术的发展以重型土石方机械及振动碾等大型施工设备的成功实践为主要标志，使土质心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝成为现代高土石坝的两种主导坝型。用振动碾薄层碾压可以得到密实而变形较小的堆石体，解决了混凝土面板堆石坝因抛填堆石的大量变形而导致的面板断裂、接缝张开和大量渗漏的问题，从而使这种坝型重新兴起。同时，振动压实可使爆破开采的堆石料全部上坝，也使大粒径的砂砾（卵）石填筑大坝成为可能，对软岩料也可用提高压实密度的方法弥补岩块强度的不足。振动凸块碾、平板振动器等压实工具也逐步得到应用，不断拓宽着适用防渗料的范围。振动碾的使用提高了土石坝的安全性、经济性和适用性。坝料无轨运输的优越
4、性和高效率使机车运输坝料的有轨运输方式逐渐消失。 这一段时期有代表性的工程有陕西石头河土石坝(坝高114m)、鲁布革风化料心墙坝(坝高104m) 、小浪底斜心墙堆石坝（坝高154m）等。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,1.2高堆石坝建设阶段,进入二十一世纪以来，中国的土石坝建设成就举世瞩目。一批高土石坝、超高土石坝的相继建成和动工修建，标志着中国的土石坝施工技术已经进入世界先进水平的行列。这十年间，建成高于100 m的土石坝超过30座，其中高于150 m的土石坝为9座，计入此前竣工和当今在建的150m以上的高土石坝共20座（中国已建在建150m高度以上面板堆石坝参见表1）。 高堆石坝施工
5、所使用的运输车吨位和挖掘机、装载机斗容随填筑规模而增大，碾压设备大都采用了较大激振力的重型振动碾，冲击式压实设备开始应用。施工设备的配套选用更加科学规范。坝料使用规划、坝体填筑分区以及坝料加工技术水平有了明显的提高。测试手段和观测设备的埋设技术都有同步发展。混凝土面板堆石坝上游填筑护坡技术不断改进，陆续出现了几种不同的固坡形式。面板混凝土防裂研究不断深入并取得良好效果。施工面板前对坝体的沉降把握趋于理性。由于施工技术的进步，土石坝施工期的水流控制手段、深覆盖层地基处理水平都达到了一个新的高度。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,表1 中国已建在建150m高度以上土石坝一览表,中国水电建设集团
6、十五工程局有限公司,2、堆石坝施工技术研究,（1）坝体填筑施工的技术研究：,优选重型碾压设备，坝体压实质量逐步提高。近年来修建的100200m级高面板坝，由于采用了大质量碾磙且激振力较高的振动碾以及相关配套措施，压实孔隙率已普遍优于二十世纪末期发布的面板坝设计规范中建议的填筑标准。其中200m级几座高坝都控制在20%以内，在天生桥（高178m）的基础上降低了2%。,苗家坝水电站，针对抗压强度210 Mpa的硬岩，研究采用了32T重型碾的压实技术，应用效果良好，实测干密度2.22。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,董箐水电站（坝高.米）工程，通过现场实验，在坝体上部米范围内研究采用了冲碾碾压
7、技术，堆积体总量万方，效果良好。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,连续均衡进行坝体填筑施工,坝体全断面连续均衡上升，有利于减少坝体各部分之间的不均匀变形，提高坝体抗变形能力。随着高坝建设经验的不断积累，这一方面的认识日趋统一。,公伯峡面板堆石积坝高132m，共计完成各种坝料填筑450万m3。平均填筑强度30.05 万m3/月，最大填筑强度52.4万m3/月。坝体填筑施工由于采取了由上游向下游平起连续填筑的流水作业，以及对利用料存渣场的强化管理，采用新的质量检测方法，长面板一次施工等措施，实现了坝体均衡压实，协调变形的良好效果。施工期总沉降小于0.5%。该项目也是中国高原寒冷地区面板堆石坝建
8、设的一个成功范例。,土石方调配动态平衡系统的开发和应用,中国水电建设集团十五工程局有限公司,优化的土石方调配方案不仅有利于降低施工成本、加快施工进度，还可以通过提高土石方的直接上坝率、减少弃料和料场开挖量等途径，也有利于保护生态环境。在以往的土石方调配实践中，多是凭借管理者经验进行规划和管理，存在一些考虑不周而影响工程进度和成本的现象，难以达到优化调配的效果.。 水布垭工程施工中开发了土石方优化调配与管理系统。通过在工程实践中的应用，实现了土石方调配的优化施工，保证了高强度、均衡的坝体填筑施工，最终实现了工程进度、质量、施工成本、环境保护等目标较为理想的效果。其中表现之一是，开挖料中的有用料几
9、乎100%用于上坝，直接上坝率达到86.23%。 溧阳抽水蓄能电站开发了堆石坝施工动态仿真系统。该系统能够真实地反映坝体施工过程，具有土石方动态调配、填筑模拟计算、机械配置优化、结果统计分析、填筑面貌动态显示、三维动画显示等多种功能。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,坝体填筑质量控制采用新的技术手段,附加质量法（也称“激振波测量法”）,是检测堆石体密度是一种快速、无损检测新方法，能适用于不同粒径组成的堆石体。该方法在小浪底斜墙堆石坝、洪家渡面板堆石坝、水布垭面板堆石坝、糯扎渡心墙堆石坝等工程中运用的结果表明，测试精度能够满足堆石体密度检测工作需要，并能做到单元工程的全过程控制。,中国水电建
10、设集团十五工程局有限公司,GPS实时过程监控系统，对碾压机械行走轨迹及行进速度进行监控，实现坝体填筑碾压实时、连续和自动控制，良好的可视化界面，在减少现场施工和监理人员工作量、提高施工效率的同时，有效地保障了坝体填筑质量。水布垭面板坝、糯扎渡心墙坝等工程采用了这一监控系统。,糯扎渡GPS实时过程监控系统,中国水电建设集团十五工程局有限公司,全质量检测法 （也称压实变形检测法）在洪家渡、泰安等工程中用于填筑质量检测，效果不错。这是一种在坝料碾压后，按方格网测量节点部位的压实沉降量（取平均值），与事先试验率定数据对比，以检测碾压质量的方法。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,K50法（K30）又
11、称小型荷载板检测方法，它是一种检测土石料填筑质量的新方法 ，在公伯峡、湖北潘口等工程中用于填筑质量检测，效果良好。K30、K50值是采用圆形钢板进行小型荷载试验得到的地基系数值。在坝料的碾压试验时，对不同的坝料分别进行干密度和K30、K50试验，经过对试验结果的统计分析，确定出满足设计密度（或压实度、孔隙率）等要求的K30、K50值，最终确定该种坝料填筑时的压实控制指标。,公伯峡工程K50法辅助检测坝体填筑质量照片,中国水电建设集团十五工程局有限公司,对坝体施工分期分区的认识明显提高,移动边墙固坡施工技术,施工实践表明，坝体分期填筑其高差不宜过大，过大的高差不利于坝体的协调变形。为此DL/T5
12、128-2009混凝土面板堆石坝施工规范要求，坝体堆石区纵、横向分期填筑高差不宜大于40m。公伯峡面板堆石坝等工程采取多种措施，实现了坝体全断面均衡上升的平起施工，水布垭面板坝分区最大高差为32m，洪家渡坝最大高差小于40m，三板溪面板堆石坝经反复论证后，采用分区填筑高差最大为45m。水布垭坝采用先行填筑下游区的施工安排，这有利于提高坝体的抗变形能力。总之，填筑施工应尽量平起连续，可以后高前低。 有数座高于150m的高坝，在综合协调度汛、关键工期节点等因素前提下，采取相应措施，将坝体分期填筑高差尽量控制在较小幅度（30m左右）。面板分期施工时，先期施工的面板顶部填筑应有一定超高，这可减少后期坝
13、体沉降对面板的不利影响。这一超高一般工程都控制在10m以上。对于超高坝，面板的顶部高程应低于填筑面20m以上。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,混凝土面板堆石坝垫层料上游面固坡技术创新多、推广快,挤压边墙固坡施工技术,中国在面板堆石坝建设开初的一、二十年里，垫层料上游坡面的固坡施工基本上采用的是削坡法，鉴于削坡法施工比较繁琐，加之雨季施工时，坡面会被流水冲蚀等原因，垫层料固坡希冀寻求更为经济、安全的施工方法。经过论证，公伯峡工程在借鉴巴西筑坝经验的基础上，于2002年用自己研制的挤压边墙机实现了混凝土边墙固坡方法的施工。挤压式边墙施工法以其能够保证垫层料的压实质量和提高坝面的防护能力，以及
14、施工简便等特点，很快得到了广泛认可，并迅速得到推广。截止目前，国内外已有近百座面板堆石坝采用了这项施工技术，水布垭超高坝也在其中。,公伯峡水电站挤压边墙施工,巴贡水电站挤压边墙施工,中国水电建设集团十五工程局有限公司,翻模固坡施工技术是采用带楔形板的翻升模板，锚固在垫层料中，垫层料初碾后，拔出楔形板，灌注薄层砂浆，再进行终碾，实现垫层料填筑与固坡一次成型，完成后即具备度汛挡水条件。该技术在吉林双沟混凝土面板堆石坝（高110m）成功应用。,挤压边墙固坡施工技术,翻模固坡施工技术,移动边墙固坡翻模固坡施工照片,中国水电建设集团十五工程局有限公司,移动边墙固坡技术是在我局新疆察汗乌苏面板坝（高110
15、m）施工中首次研发并成功应用 。施工时先将预制的混凝土移动边墙安置就位，在其内侧摊铺垫层料，碾压合格后进行第二层边墙的安置和垫层料填筑；边墙只安置三层，第四层边墙则是拆除吊装第一层墙体安设。随后采用反铲辅以人工削除三角多余体垫层料和进行坡面整理，坡面砂浆固坡视坝体上升速度协调施工。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,黄河小浪底工程,（2）面板混凝土防裂技术研究,面板施工时坝体预沉降期的选择更加理性。 DL/t51282009混凝土面板堆石坝施工规范提出：坝体预沉降期宜为3个月至6个月，面板分期施工时，其上部填筑应有一定超高，这是对面板坝施工经验教训的总结。 当前，对于预沉降期的控制还有几种不
16、同做法作为辅助控制手段（双控制）：一是按面板顶部处坝体沉降速率3mm/月5mm/月控制；二是在对应坝体主沉降压缩变形完成以后（由沉降过程线可知），安排面板混凝土施工。三板溪工程设计要求5个月的预沉降期，实际施工中的预沉降期达到6个月至7个月，并以浇筑前面板顶部处坝体沉降速率小于5mm/月这两项指标进行控制。公伯峡坝面板开始施工时，预沉降期4个多月，且坝体处于次沉降压缩变形期。,中国水电建设集团十五工程局有限公司,黄河小浪底工程,提高混凝土质量的技术手段增多。 对于面板混凝土的温度和干缩裂缝的控制，许多工程都在优化采用高效减水剂、引气剂、减缩剂、增密剂等外加剂外，还掺加聚丙烯类纤维或钢纤维、添加粉煤灰、硅粉等改性措施以改善混凝土的性能，混凝土配合比的设计水平不断有所提高，混凝土面板裂缝趋于减少，尤其是在严寒地区效果更为明显。 我局在积石峡水电站混凝土面板施工时，通过优选能提高混凝土极限拉伸值的外加剂、掺增密剂，优化配合比等措施，将混凝土机口塌落度控制在cm-cm，并采用多种方式缩短混凝土的入仓时间
