高土质心墙堆石坝

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1、 245十 高土质心墙堆石坝十 高土质心墙堆石坝 1 调研背景概述调研背景概述 土质心墙堆石坝投资省、施工简单、就地取材，具有对坝基条件适应性好、能充分利用施工开挖料、抗震性能好等优点，在国内外水能水资源开发中占有重要的地位，是目前世界各国广泛采用的土石坝坝型。 自新中国建立以来，我国已建成了大、中、小型大坝 8 万多座，其中绝大多数是土石坝，但直至 20 世纪 80 年代末，100m 以上的高坝几乎都是混凝土坝，堆石坝仅有石头河、碧口和鲁布革 3 座。自 20 世纪 90 年代以后，土质心墙坝和混凝土面板堆石坝蓬勃兴起，国内修建的堆石坝工程逐渐增多，尤其是混凝土面板堆石坝更是取得了突飞猛进的

2、发展。而且，在这些已建、在建和待建的堆石坝工程中，很多都是上的大型枢纽工程。 我国现代堆石坝工程的发展，主要是得益于改革开放后国家经济的发展和科学技术的进步。尤其是 20 世纪末以来， 随着国内各工程局大型施工设备装备水平的提高， 以及国家 “六五” 、 “七五”和“八五”高土石坝科技攻关研究成果的广泛应用，目前堆石坝工程在我国水利水电工程建设中已具有举足轻重的地位， 以往堆石坝在与混凝土坝方案比较中处于劣势的状况得到了根本的扭转，堆石坝在坝型比较中具有了较为强大的竞争力。 从目前的发展看，我国混凝土面板堆石坝的发展速度较快，技术水平也较高。刚刚建成的水布垭混凝土面板堆石坝是目前世界上最高的混

3、凝土面板堆石坝。 中国的混凝土面板堆石坝建设在建坝数量、坝高、工程规模和技术难度上均居当今世界的领先水平。从心墙堆石坝的发展看，我国的高心墙堆石坝建设尚处于积累经验的阶段， 已建的鲁布革、 小浪底心墙堆石坝工程运行良好。目前正在建设的瀑布沟、 糯扎渡等高心墙堆石坝也是具有世界先进水平的高坝工程， 即将兴建的双江口心墙堆石坝坝高达到 314m，建成后将成为世界上最高的土质心墙堆石坝工程。 从国际上的堆石坝发展情况看， 早期的堆石坝建设主要由西方发达国家主导， 20 世纪 5070年代，美国、加拿大、挪威等国相继建设了一批心墙堆石坝工程。20 世纪 70 年代后，现代混凝土面板堆石坝兴起，澳大利亚

4、以及巴西、哥伦比亚、墨西哥等南美国家相继建设了一批混凝土面板堆石坝工程，同时，通过一系列的技术总结和经验交流，促进了混凝土面板堆石坝工程在国际上的普及和发展。到 20 世纪末，西方发达国家的坝工建设基本停止，堆石坝的发展主要集中在246发展中国家中。在这一段时期内，伊朗、巴基斯坦、印度、土耳其等国还是以心墙堆石坝的建设为主，而南美等国主要以混凝土面板堆石坝建设为主。21 世纪初，印度建成了坝高 260.5m 的特里（Tehri）心墙堆石坝，巴西建成了坝高 208m 的伊拉佩（Irape）心墙堆石坝。自 20 世纪末到21 世纪初，国际上的高混凝土面坝堆石坝发展较快，一批 200m 级的高坝相继

5、建成，但在运行过程中， 部分工程发生了蓄水期面板挤压破坏的共性问题， 应起了各国坝工专家的高度重视。 近期，通过相关研究和系列工程措施的应用，这一问题基本得到解决。从目前的发展看，混凝土面坝堆石坝的发展仍是当今堆石坝发展的主线， 除中国之外， 发展较快的区域主要集中在南美和东南亚。 从目前的发展看， 我国的高心墙堆石坝建设目前仅具有设计上的经验， 尚缺乏工程建设和运行管理上的经验。目前我国已建成的最高的心墙堆石坝是小浪底斜心墙堆石坝，坝高 154m。而目前在建和待建的大量工程均为 300m 级坝高的心墙堆石坝工程， 如何实现心墙堆石坝从目前的水平向 300m 级坝高跨越，还有许多技术难题亟待解

6、决。相对而言，国外的心墙堆石坝建设实践比我国丰富，在已建成的大坝中，位于哈萨克斯坦的努列克（Nurek） （坝高 300m） 、墨西哥的奇科森（Chicoasen） （坝高 261m） 、印度的特里（坝高 260m） 、哥伦比亚的瓜维奥（Guavio） （坝高 250m） 、加拿大的买加（Mica） （坝高 244m） 、美国的奥洛维尔（Oroville） （坝高 234m）等均可为我国的高心墙堆石坝建设提供有益的借鉴。 2 选择本专题进行调研的原因、必要性及意义选择本专题进行调研的原因、必要性及意义 由于目前国内尚没有在深厚覆盖层上建成坝高超过 160m 的高土石坝的工程实例， 国内也缺乏

7、300m 级心墙堆石坝的设计和施工经验， 为解决我国目前面临的高心墙堆石坝设计和施工中的关键技术问题，并为我国今后超高心墙堆石坝工程的设计、建设提供参考，亟需广泛搜集、整理和借鉴国内外类似工程的经验。 国外的心墙堆石坝建设实践相对丰富，在已建成的大坝中，位于塔吉克斯坦的努列克大坝（直心墙堆石坝，最大坝高 300m）是世界上最高的已建成大坝。同样位于塔吉克斯坦的罗贡坝（斜心墙堆石坝，设计最大坝高 335m）已经完成设计。目前已建的 200300m 级的高心墙堆石坝包括墨西哥的奇科森（直心墙堆石坝，最大坝高 261m） 、印度的特里（斜心墙堆石坝，最大坝高 260m） 、哥伦比亚的瓜维奥（斜心墙堆

8、石坝，最大坝高 247m） 、加拿大的买加（斜心墙堆石坝，最大坝高 244m） 、哥伦比亚的契伏（斜心墙堆石坝，最大坝高 237m） 、美国的奥洛维尔（斜心墙堆石坝，最大坝高 234m） 、土耳其的凯班（Keban） （直心墙堆石坝，最大坝高 207m）等。 国内已建的高心墙堆石坝坝高与国外相比，相对较低，目前已建的最高心墙堆石坝为黄河247小浪底斜心墙堆石坝，最大坝高 154m，坝基最大覆盖层厚近 80m，坝基防渗体系以混凝土防渗墙加帷幕灌浆垂直防渗为主，水平防渗为辅，水平防渗由大坝斜心墙、砾石土内铺盖、上游围堰斜墙及泥沙淤积形成的天然铺盖联合组成。即将建成的瀑布沟心墙堆石坝，坝高 186m

9、，坝基覆盖层厚 78m， 采用两道厚 1.20m 的防渗墙防渗。 在建的糯扎渡水电站心墙堆石坝， 最大坝高 265m。 在国内外高心墙堆石坝的设计、建设和运行中，取得了丰富的经验，也得了一些重要的教训。借鉴国内外的已建和在建高心墙坝工程建设的经验，对有代表性的工程进行深入调研，广泛搜集资料， 认真分析研究与本工程的类似和不同特性， 创新性的找出解决本工程技术难题的方法，无疑是解决我国目前高心墙堆石坝筑坝技术难题的一个很好的途径。 同时， 对工程建设和运行过程中出现的问题进行广泛的调研和分析， 从中汲取教训， 对于完善提高我国的高心墙堆石坝工程设计和施工技术的整体水平也具有重要的现实意义。 3

10、国际高心墙堆石坝建设的进展国际高心墙堆石坝建设的进展 20 世纪 60 年代后， 随着心墙堆石坝筑坝技术的发展， 世界各国均修建了很多高心墙堆石坝，其中主要以百米级坝高居多。1968 年，美国建成了坝高 230m 的奥罗维尔心墙土石坝，加拿大1973 年建成了 244m 的买加心墙堆石坝。这两座坝高超过 200m 的高心墙堆石坝的建成，促进了国际上超高心墙堆石坝建设的进展，在 20 世纪 70 年代至 20 世纪末，国际上相继建成了一系列坝高超过 200m 的超高心墙堆石坝工程。表 1 所列为世界上部分坝高超过 150m 的高心墙堆石坝的综合指标。 从目前世界上已建的高心墙堆石坝看，大部分高坝

11、的运行状况良好，总体上是很成功的。有部分高坝工程的坝址处于狭窄河谷、高陡边坡、高烈度地震地区，地形地质条件复杂。为克服这些不利的地形、地质条件，工程中采取了一系列的处理措施，取得了较为满意的结果。从已建高坝的工程实践看，这些高坝的建设，反映了当今高土石坝建设的技术水平和特点，也为今后更高心墙堆石坝的建设提供了宝贵的经验。表 2表 612列出了世界上主要高心墙堆石坝的技术指标等统计资料。 248表 1 世界上坝高大于 150m 的高土石坝主要指标2 坝名 中译名 国家 坝型 坝高坝顶长坝体体积总库容 有效库容装机容量年发电量 总泄量 建成时间 (m) (m) (1104m3)(1108m3) (

12、1108m3)(MW) (1108kWh)(m3/s) Rogun 罗贡 塔吉克斯坦 斜心墙 335.0660.07550.0133.00 3600130.033801986 Nurek 努列克 塔吉克斯坦 心墙 300.0704.05800.0105.00 45.002700112.044001980 Kambarazin I 康巴拉金 I 吉尔吉斯斯坦 定爆 275.0560.011200.0（设计）36.00 1900 Boruca 博鲁卡 哥斯达黎加 267.0700.04300.0149.60 Chicoasen 奇科森 墨西哥 直心墙 261.0485.01537.016.80 2

13、.86240058.8173701978 Tehri 特里 印度 斜心墙 260.5585.02655.035.50 26.21000132001990 Guavio 瓜维奥 哥伦比亚 斜心墙 250.0390.01776.09.00 7.56160057.045001992 Mica 买加 加拿大 斜心墙 244.0792.03211.0247.00 261052901976 Chivor 奇沃尔 哥伦比亚 斜心墙 237.0280.01030.08.20 7.65100034.872501975 Oroville 奥罗维尔 美国 斜心墙 234.01700.06100.043.62 33.

14、12675177001967 Bekhme 贝克赫姆 伊拉克 230.0600.03400.0170.00 1560 San Roque 圣洛克 菲律宾 210.01130.04315.09.90 345 心墙 207.0602.01588.5Keban 凯班 土耳其 PG 82.0524.0100.0310.00 133017001975 Kayraktape 凯拉克特皮 土耳其 196.0580.01700.048.00 4219.91993 Altinkaya 阿尔廷卡亚 土耳其 心墙 195.0619.01600.057.63 28.9770016.3118001988 New Mel

15、one 纽麦洛 美国 斜心墙 194.2475.51213.035.40 30031891978 Ataturk 阿塔图尔克 土耳其 心墙 184.01664.08450.0485.00 108.00240089.0203001991 W. A. C. Bennett 本尼特 加拿大 心墙 183.02042.04373.0742.50 370.002416100501967 Hillside Ranch 希尔赛德牧场 美国 183.097.036.0 1957 249坝名 中译名 国家 坝型 坝高坝顶长坝体体积总库容 有效库容装机容量年发电量 总泄量 建成时间 Dartmouth 达特茅斯

16、澳大利亚 180.0670.01410.040.00 1503.327751979 New Don Pedro纽唐佩德罗 美国 178.01260.025.40 1605140001976 Masjed E Soleyman 马斯吉德苏莱曼 伊朗 心墙 177.0480.01340.02.28 0.48100037.021700 Takase 高濑 日本 心墙 176.0362.01140.00.76 0.16抽水蓄能17001979 Nader Shah 纳德沙阿 伊朗 175.0220.0720.016.20 1978 Ayvacik 艾瓦哲克 土耳其 斜心墙 175.0425.0922.010.70 500110001981 Ozkoy 奥兹克伊 土耳其 174.0420.01044.19.40 5101983 Sainte Marguerite 圣玛格丽特 加拿大 171.0380.0600.0126.34 882 Thissavros 蒂萨弗洛克 希腊 170.0480.01000.08.