淺談堤壩建設技術的發(fā)展及創(chuàng)新

張美賢

摘 要：根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，再結合工程實際，文章主要針對堤壩建設技術，選擇具有代表性的幾大堤壩建設工程，從其發(fā)展歷程、設計原則、施工技術等方面作較全面分析，淺談近年來我國堤壩建設技術的發(fā)展及創(chuàng)新。

關鍵詞：堤壩；建設；發(fā)展；創(chuàng)新

1 概述

眾所周知，我國水資源極其豐富，其蘊藏量及技術可開發(fā)量均居世界第一位。我國改革開放以來，水利水電工程建設得到快速發(fā)展，工程技術也從一開始的引進、消化、吸收、再創(chuàng)新轉向自主創(chuàng)新的發(fā)展趨勢，同時也出現(xiàn)一批具創(chuàng)新代表性工程。隨著我國水利水電技術的快速發(fā)展，也進一步推動了堤壩建設技術飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一批極具有標志性的壩工技術創(chuàng)新工程。文章主要結合我國堤壩工程建設技術，選擇混凝土重力壩、碾壓混凝土壩、面板堆石壩這三個極具標志性的壩型工程，淺析在進行堤壩工程的設計、施工及運行過程中的關鍵技術問題和堤壩的最新技術創(chuàng)新成果。

2 混凝土重力壩

我國大部分高壩中最常用的是常態(tài)混凝土重力壩，即使此壩不斷受到堤壩建設新技術的挑戰(zhàn)，然而，對其不斷進行創(chuàng)新，并且注入新的技術，仍能使其青春煥發(fā)。

2.1 動態(tài)溫控

要想控制混泥土重力壩內(nèi)大體積混凝土的溫度，若想通過常規(guī)技術進行，不僅投資高而且難度大，效果不如意。采用動態(tài)溫控新技術，壩體不會有裂縫出現(xiàn)。其技術特點主要為：

2.1.1 動態(tài)控制入倉溫度。對混凝土溫差控制而言，一般傳統(tǒng)溫控要通過固定的控制標準來實現(xiàn)，控制混凝土的入倉溫度不超過20℃。而動態(tài)溫控結合混凝土壩的壩址，其壩址較狹窄，且不同壩塊的底寬及高度也有很大差別，所以要區(qū)分壩塊基礎約束性態(tài)的差異，結合混凝土自身長期以來混凝土松馳和約束的性態(tài)變化以及其體積變形效應，充分利用重力壩壩基巖石熱容量自身的調(diào)整潛力，再聯(lián)系澆筑混凝土過程中的環(huán)境因素等，達到混凝土入倉溫度的控制作用。

2.1.2 綜合考慮入倉溫度。由于新澆筑混凝土過程中熱容量交換因素的存在，不對溫控設置每立方米混凝土的入倉溫度界限，主要以每澆筑72小時的平均溫度或者每3米澆筑層為標準。充分利用夏季晝夜的大溫差，盡量安排在夜間低溫時段進行大部分的混凝土施工。

2.1.3 優(yōu)化混凝土配比。我國某壩混凝土通過粉煤灰摻量的增加，降低水泥用量，減小水化熱的溫升，還加入了能夠使混凝土體積變形且有微膨脹特性的新型水泥，其抗裂效果十分明顯。

2.1.4 使用綜合簡易溫控措施。我國某壩使用上述方法后于高溫季節(jié)進行施工，其混凝土的入倉溫度還是超過了控制值，然而其差距大大縮小，也降低了溫控難度。在夏季高溫進行施工過程中，在混凝土生產(chǎn)時使用了簡易綜合溫控方法，同時還配置相應的冰屑制冷設備，最終效果十分理想。

2.2 摻氧化鎂微膨脹混凝土技術

某大壩中的7#～15#壩段基礎部位要求要在夏季進行澆筑工作，通過氧化鎂微膨脹混凝土技術的外摻，使得混凝土的澆筑溫度比原設計的溫度高6℃～8℃，這樣大大簡化了夏季混凝土的施工工藝、大大加快了堤壩的施工速度。

2.3 壓力鋼管設置壓縮墊層

我國某水電站壩里，其引水壓力鋼管設計的內(nèi)水壓力為0.7MPa。因為鋼管的彎管段及下游水平段覆蓋的混凝土厚度只有2.25m～4.0m，要想進一步改善壩體的受力狀態(tài)，使壩體的抗裂安全度提高，需要在距離鋼管上游進口端大概20m處到蝸殼進口鋼管段的上半周的地方設置3cm厚度的軟墊層。通過設置壓縮墊層的方法，可確保管周壩體混凝土結構安全的同時，還大大節(jié)約鋼管周圍壩體的很多配筋。此成果榮獲科技部科技進步二等獎。

2.4 預應力閘墩

我國某水電站的溢流壩引進12扇15m×22m的弧形閘門設計，而每一個閘墩都承受4320噸的推力。其閘墩使用的是預應力結構，不僅保證其結構的安全度，而且還節(jié)省了投資，給我國以后閘墩大噸位預應力設計帶來了經(jīng)驗。此成果榮獲科技部科技進步三等獎。

3 碾壓混凝土壩

在上世紀八十年代，有了通過振動碾壓實及超干硬性混凝土方式的堤壩建設技術，進一步推動了混凝土重力壩發(fā)展。此類新壩型，在工程造價及施工速度上都比常規(guī)的混凝土重力壩有優(yōu)勢，因此，得到廣泛應用。對于碾壓混凝土壩而言，其壩體與上游面防滲層間的結合強度是難點也是重點。歷經(jīng)30年的實踐及發(fā)展，我國科技工作者研究了變態(tài)混凝土，其代替了常態(tài)混凝土高摻合料、防滲、低水泥用量、高效減水劑、大倉面連續(xù)澆筑、斜坡碾壓、低Vc值等一系列具有我國建筑特點的堤壩建設技術。近幾年還成功研發(fā)了振搗一體化及變態(tài)混凝土注漿技術。

以龍灘碾壓混凝土重力壩為例。龍灘大壩是世界最高的碾壓混凝土重力壩之一，如圖1所示。龍灘大壩的特點是：日溫差超過20℃，且在雨季暴雨十分頻繁，在冬天或夏天，太陽輻射十分強烈；且施工倉面很大；施工強度很高。所以龍灘工程建設的難點之一就是溫控防裂技術，進一步的創(chuàng)新技術如下：（1）快速入倉方式。對龍灘大壩而言，其碾壓混凝土低高程需要采用的是汽車入倉方式，通常通過皮帶機運輸。從11公里以外的料場利用皮帶機將灰?guī)r骨料直接運送到拌合摟，經(jīng)過一、二次骨料風冷以及加冰拌制的混凝土出機口可將其溫度控制小于12℃，其皮帶機上方設置保溫隔熱設及施遮陽防雨蓋板，把混凝土轉運至塔帶機接著入倉，其塔帶機的最高運輸強度達到320m3/h，因而達到了一萬平米級的大倉面4h到6h的快速澆筑覆蓋技術，突破了年澆筑大壩混凝土318萬平方米的紀錄。（2）溫控防裂技術。對龍灘大壩碾壓混凝土而言，其通過預冷混凝土、倉面噴霧、高溫季節(jié)時埋冷卻水管、表面保溫、上游壩面死水位以下回填黏土等一系列溫控防裂措施，給高溫地區(qū)全年建設施工的提供了寶貴的經(jīng)驗。

4 混凝土面板堆石壩

因為有良好的抗震性、安全性、經(jīng)濟性機適應性，混凝土面板堆石壩在我國的發(fā)展十分迅速。圖2是已建成的面板堆石壩。得到的建設經(jīng)驗如下。

合理的堆石分區(qū)：將主堆區(qū)范圍擴大，向壩軸線下游擴展主堆石區(qū)，占2/3左右的底寬如圖3所示。同時在下游洪水位以下裝設水下堆石區(qū)，且要求其滲透系數(shù)，抗沖蝕性好，級配良好。在上部合理范圍增設增模區(qū)，在兩岸壩坡增設變模過渡區(qū)，有利于協(xié)調(diào)壩體的變形。

改變壩體填筑程序：為了避免上下游堆石不均勻出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，造成混凝土面板有結構性裂縫產(chǎn)生，因此，要從下游往上游進行依次填筑施工工作，盡量做到平起填筑。

設置堆石預沉降時間：要在拉面板前預留六個月的沉降周期，在沉降速率不超過5mm/月才能拉面板，且分期施工面板的頂高程要比堆石體低20m。

選用大型碾壓設備：為了得到更高的干密度和更小的孔隙率，使壓縮變形不容易發(fā)生。要想辦法將上下游堆石的壓縮模量比減少，避免上下游堆石出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象。

面板混凝土防裂技術：將面板混凝土的強度等級提高。于水布埡面板的上部1/3壩高處增加水平永久縫。在混凝土中摻入鋼纖維，并使用雙層布筋。

壓縫面板預留寬縫：于縫內(nèi)填充彈性墊料，來適應面板的撓曲變形，同時改進壓縫面板底部的銅止水結構，保證面板厚度超過40cm。

延長蓄水時間：把大量有害變形轉化成為“無害”變形，這樣可防止面板沿垂直縫的擠壓破壞和面板水平拉伸裂縫。

5 結束語

以后我國的水電開發(fā)會轉移向西部高海拔及高寒山區(qū)，其地質(zhì)條件復雜，生態(tài)環(huán)境也愈加脆弱，自然條件也愈加惡劣，社會環(huán)境愈加敏感，很多300m級大壩以及大型的地下廠房將被建起，水電建設工作者面臨的挑戰(zhàn)也更大。然而只要我們充分利用產(chǎn)學研結合的科技進行創(chuàng)新，我國的堤壩建設技術也將有更大突破。

參考文獻

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