《混凝土面板堆石坝》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土面板堆石坝（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、混凝土面板堆石坝混凝土面板堆石坝富有竞争力的坝型富有竞争力的坝型世界混凝土面板堆石坝的发展历程混凝土面板堆石坝, 是以堆石或砾石为主体材料、上游以混凝土面板作为防渗体的一种土石坝型。据美国坝工专家介绍, 用石料筑坝早在古代已有, 但一般认为, 堆石坝发源于美国的加利福尼亚州。堆石坝的发展过程可划分为三个阶段, 即1 8 5 0 1 9 4 0 年, 以抛填堆石为特征的早期阶段; 1 9 4 0 1 9 65 年, 从抛填堆石到碾压堆石的过渡阶段; 1 9 6 5 年以后推广碾压堆石的现代阶段。早期阶段, 在1 9 世纪中叶的1 8 7 0 年, 美国加利福尼亚人在塞拉山上, 用抛填堆石加木面板
2、作防渗, 筑起了世界上第一座木面板堆石坝。到1 9 0 0 年混凝土面板堆石坝成为一种典型的堆石坝。在1 9 2 0 1 9 4 0 年间, 美国建成了许多3 0 米以上的面板堆石坝, 而且, 坝越来越高, 如1 9 3 1 年建成的盐泉坝, 高达1 0 0 米。在这一阶段, 因采用抛填堆石方式, 堆石松散不密实, 坝体变形大, 混凝土面板出现裂缝严重, 导致坝体严重渗漏。虽然安全并不成问题, 但大量渗漏是人们不希望发生的。因此, 在本世纪4 0 年代至5 0 年代, 出现了一个停滞时期, 基本没有再修建较大的面板堆石坝。1 9 5 8 年, 英国修建的库契坝, 首次引入了振动碾压实坝体堆石。
3、层厚0 . 6 米, 先用1 0 吨平碾压平, 再用3 .5 吨振动碾压实, 结果, 3 8 米高的坝只沉降了1 . 9 厘米, 从而开始了由抛填堆石向碾压堆石的过渡。到1 9 6 5 年, 则完成了由抛填堆石到碾压堆石的过渡, 这标志着堆石坝开始进入现代阶段。碾压堆石层厚一般不超过2 米, 用振动碾压实, 作为坝的主要结构。薄层碾压堆石坝体密实而较少变形, 使混凝土面板的工作状况大为改善, 从而使这种坝型又重新崛起, 日益成为常用的坝型, 并向更高的坝发展。1 9 7 1 年, 澳大利亚建成的高1 1 0 米的塞沙那坝, 奠定了现代混凝土面板堆石坝的技术基础。从1 9 8 9 年巴西建成的坝
4、高1 6 0 米的阿里亚坝, 1 9 8 5 年哥伦比亚建成的坝高1 4 8 米的萨尔瓦兴娜坝, 到1 9 9 3 年墨西哥建成的坝高1 8 7 米的阿瓜米尔巴坝, 迄今世界已建成众多高混凝土面板堆石坝, 其设计和施工技术也日趋成熟, 使其逐步发展成为一种富有竞争力的新坝型。据1 9 9 8 年不完全统计, 1 9 6 6 年以后建成和在建的碾压式混凝土面板堆石坝, 全世界约有1 8 0 座, 其中高于1 0 0 米的约有3 0 座。目前, 混凝土面板堆石坝一个明显的趋势是建设重点向发展中国家转移, 而在欧美发达国家则几乎没有进展。中国混凝土面板堆石坝居世界先进水平中国修建堆石坝是2 0 世纪
5、5 0 年代以后才开始的。如5 0 年代修建的四川狮子滩重力抛填堆石坝, 6 0 年代修建的贵州猫跳河一级木面板抛填堆石坝, 以及广东南水黏土斜墙定向爆破堆石坝等工程。直到7 0 年代才修建了坝高超过1 00 米的云南鲁布格和陕西石头河土质心墙堆石坝。中国最早的抛填式混凝土面板堆石坝是1 9 6 6 年建成的贵州猫跳河二级百花水电站大坝, 坝高4 8 . 7 米, 以后陆续修建了南山、三渡溪和浙江罗村水坝, 但坝高都没有超过6 0 米, 且大坝基本上是按传统经验进行设计的。中国以现代技术修建碾压式混凝土面板堆石坝是从1 9 8 5 年开始的。最早开工建设的是湖北省西北口水库大坝, 坝高9 5
6、米; 而最早建成的是辽宁关门山水库大坝, 坝高5 8 . 5 米, 于1 9 8 8 年建成。据初步统计, 到2 0 0 0 年, 中国混凝土面板堆石坝已建成的有5 1 座, 在建的3 3 座, 其中, 坝高在1 0 0 米以上的有1 9 座。已建成的最高坝是天生桥一级水电站大坝, 坝高1 7 8 米; 在建的最高坝是水布垭水电站大坝, 坝高2 3 3米。可以说, 混凝土面板堆( 砾) 石坝几乎覆盖了中国的各个区域, 北到黑龙江, 南到广东和广西, 西到新疆和青海, 东到浙江和福建, 各省都有这种坝型。中国在混凝土面板堆石坝的建设实践过程中, 从引进和消化吸收国际先进技术开始, 积累了丰富的经
7、验, 并结合国内具体情况进行再开发, 在技术上有所创新和发展, 如在无轨滑模、低标号碾压砂浆固坡、封缝塑性填料、面板混凝土配合比、坝体材料的灵活运用等方面, 都丰富了原有的知识宝库。同时, 还结合工程实践进行了大量的科技攻关和重点科研工作, 取得了丰硕成果, 并及时转化为生产力。过去, 设计只凭经验, 没有计算方法, 如今通过试验研究, 不仅有了计算方法, 还有了计算程序, 施工技术也日趋成熟, 分别制定了设计导则和施工规范, 指导和规范面板坝建设的健康发展。目前, 不论是量大面广的中小型工程, 还是大型水利水电枢纽, 只要条件合适, 都将这种坝型作为主要比较方案, 过去那种与混凝土坝相比,
8、土石坝常处于劣势地位的状况已有根本性改变。混凝土面板堆石坝在中国之所以得到如此广泛和深入的发展, 短期内在数量、规模和难度方面都达到当前国际先进水平, 除其本身的优越性外, 各级行政和技术领导及政府主管部门的支持和提倡以及各级学术组织和广大科技人员的努力也是极其重要的因素。 “七五”和“八五”期间, 都将混凝土面板坝列入了国家重点科技攻关课题, 自然科学基金会也将其列为重点资助项目, 水利部和原电力部也都列了众多科研课题, 组织全国科技力量, 结合具体工程, 进行了系统的科研工作, 从理论到实践都取得了相当的进展。中国水力发电工程学会混凝土面板堆石坝专业委员会等学术团体, 团结了一批热心于研究
9、和推广面板坝的老专家和科技人员, 组织了一系列学术交流活动, 还出版了学术刊物、专著和论文集等, 多次举办培训班, 积极传播面板坝技术知识, 对推广面板坝发挥了积极的促进作用。然而, 中国在混凝土面板坝的发展历程中, 也曾有过挫折和教训。主要的有两次, 即西北口坝混凝土面板的严重裂缝和沟后混凝土面板砂砾石坝的溃决。据坝工专家介绍, 混凝土面板堆石坝作为土石坝的一种新坝型, 其比较优势已毋庸置疑, 且设计和施工技术也日趋成熟, 但目前, 仍存在面板裂缝。严重的地基和坝体渗漏、砂砾和堆石作的塌滑等很多问题, 有待今后进一步研究解决。中国混凝土面板坝的成功经验从事混凝土面板堆石坝试验研究和技术咨询2
10、 0 多年的中国水科院教授级高工蒋国澄在总结中国高混凝土面板堆石坝建设时说, 中国取得了六个方面的经验。在混凝土面板裂缝防治方面。对因温度、湿度等环境因子变化而引起的混凝土裂缝, 通过从优选原材料及配合比、严格控制施工质量、加强新浇混凝土的养护、选择有利浇筑时间等方面采取措施, 已基本上得到控制。对裂缝机理、影响因素的理论分析和应力分析等都得到了可资实用的研究成果。对结构性裂缝, 主要是防止不均匀变形, 如能在坝体填筑后一定时间, 待堆石体沉降基本稳定后再浇筑面板, 可避免大部分结构性裂缝。在混凝土面板堆石坝的渗流控制方面。强调垫层区第二道防渗线的作用, 对垫层区的要求更加严格。要求垫层料级配
11、连续, 以得到自渗透稳定的垫区, 并可对细粒土起反滤作用, 满足接缝渗水的自愈要求。在砂砾石层上的混凝土面板堆石坝地基处理方面。中国有许多混凝土面板堆石坝坐落在砂砾石覆盖层上, 其地基处理大致有将覆盖层全部挖除、趾板开挖后置于基岩上而坝体建基于砂砾石层上、趾板置于砂砾石层上而用混凝土防渗墙处理地基等三种方式。在接缝止水方面。结合2 3 3 米高的水布垭混凝土面板堆石坝的要求, 研究适合于2 0 0 米级高坝的止水结构和材料, 对传统的三道止水有以下改进的思路。一是认为底部铜止水片仍为基本的止水构件, 并对铜止水片的体形、尺寸进行了理论分析和室内模拟试验, 提出了设计计算方法。有的工程还试用过不
12、锈钢波形止水。二是认为中间塑料( 或橡胶) 止水带因能够承受的水压力不超过1 0 兆帕, 对高坝不适应, 而且对面板混凝土浇筑质量有相当影响, 而倾向于省去。三是在表面止水方面, 研究开发了塑性填料, 取得了良好的效果。在导流与度汛方面。根据具体问题, 开发了挡水度汛和过水度汛两种度汛方案。在施工技术的改进方面。一是无轨滑模。改进设计了一套重量较轻、配套配置比较简单、施工效率约为有轨滑模的3 倍、浇筑灵活、转移安装和操作都比较方便的无轨滑模系统。二是垫层上游坡面保护。采用喷混凝土或喷砂浆、喷乳化沥青、碾压砂浆等多种措施, 其中以人工铺设低标号碾压浆技术使用最为普遍。此法施工简单, 不需要专门设
13、备, 质量稳定, 速度快, 造价低。三是反渗问题。要求存在反向水压力条件时, 坝内设自流排水或抽排系统, 消除反向水压力对垫层和面板的不利影响, 而在填筑上游铺盖前封堵, 或在上游铺盖填筑到一定高程时封堵。四是坝体填筑质量控制。大坝堆石体填筑质量控制方法采取以控制填筑参数为主、挖坑检查干密度为辅的所谓“双控”措施。现代混凝土面板堆石坝的特点现代混凝土面板堆石坝与传统的堆石坝相比较, 主要特点有以下几个方面:一、薄层碾压堆石。在堆石坝施工中引入振动碾, 对堆石体进行薄层碾压, 是对传统厚层抛填堆石的一大发展。一方面可以得到密实而较少变形的坝体, 解决早期面板坝因过大变形导致面板开裂、止水失效而大
14、量漏水的问题; 另一方面可以使用料场开采的全部有级配的石料上坝, 而且可以使用软岩、砂砾石等过去认为不可能使用的材料, 以提高压实密度,补偿材料质量的不足。薄层振动碾压拓宽了坝体使用物料的范围, 使充分利用开挖料上坝成为可能。二、滑模浇筑混凝土面板。现代的混凝土面板是竖向分为长条的浇筑块, 用滑模快速浇筑的。条块间的接缝除周边缝以外都不设可压缩填料, 而设置各种类型的止水, 条块间保持硬性接触, 以免接缝中填料的变形而使周边缝变形加大。面板水平缝一般视施工需要设置, 有时也可不设。三、级配垫层料。直接位于混凝土面板之下的垫层料从早期的由大块石砌筑的硬垫层改为均匀的碎石垫层, 再由较粗的级配碎石
15、垫层改变到现代常用的细级配碎石垫层, 其功能由单一的对面板起支承和整平作用, 到起第二道防渗线的作用, 在面板或接缝万一漏水时, 可限制入渗量, 并能起反滤作用, 截留随渗透水流带入缝中的泥沙, 使缝隙淤塞而自愈。这种演变也是现代混凝土面板堆石坝的标志之一。四、薄型趾板。现代的薄型趾板被视为地基防渗结构和坝体防渗面板的连接部件, 而不是一种受力结构, 因此结构大为简化, 既不设嵌固入基岩的齿槽, 也不需要设置支承面板的底座, 而只用厚度与面板相当或略厚的薄板, 起防渗作用,并兼作灌浆盖板。这样对趾板地基的要求和选择就有了更多的灵活性。混凝土面板堆石坝的三大优势混凝土面板堆石坝能在不长的时期内得
16、到迅速发展, 是其本身在技术上和经济上的优越性决定的。其优势可归纳为安全性、经济性和适应性三个方面。一是安全性。首先它有良好的抗滑稳定性。由于整个堆石体都位于水荷载下游, 其自重与作用在面板上的水荷载的水平分量, 对1: 1 . 3 的坝坡来说, 垂直重量和水平推力之比将大于6 : 1 , 水荷载合力也将传递到坝轴线上游的坝基上, 不存在倾覆的可能性。而且堆石坝是排水材料, 堆石体内不存在浸润线和孔隙水压力, 对稳定有利。其次它不存在渗流破坏问题。由于堆石料是非冲蚀性材料, 有渗透水流通过时, 细颗粒不会带走, 即使带走一些极细颗粒, 也不会影响骨架稳定, 所以不存在管涌等渗透稳定问题。峡谷地区的心墙坝, 因坝壳及两岸的约束而在心墙内产生拱效应, 严重的可使有效应力为零而发生“水力劈裂”所致的水平裂缝, 但面板堆石坝不存在这种“水力劈裂”问题。第三是抗震能力较强。根据坝体结构实际震害情况, 混凝土面板堆石坝具有良好的抗震性能。其主要依据是: 由于面板坝的整个堆石体都是干燥区, 因此不会因地震而产生附加的孔隙水压力, 而降低堆石坑剪强度和整体稳定性; 由于碾压堆石已达
