高面板堆石坝施工新技术探讨

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摘要：混凝土面板堆石坝是一种经济可靠的坝型，对地形地质以及气候具有很强的适应性，其具有坝体和枢纽工程很少，施工导流方便迅速以及便于就地取材等优点。近几年，而桩坝的研究和建设取得了飞速的发展，对于100m级的面板坝的建设积累了大量施工和设计方面的经验和技术。本文阐述了高面板堆石坝变形的原因以及采用新的施工技术对其进行施工防止变形的产生。

关键词：高面板堆石坝；变形控制；技术

中图分类号： TV641.4 文献标识码： A 文章编号：

混凝土面板堆石坝是一种经济可靠的坝型，对地形地质以及气候且有很强的适应性，其具有坝体和枢纽工程很少，施工导流方便迅速以及便于就地取材等优点。近几年，而板坝的研究和建设取得了飞速的发展，对于100m级的面板坝的建设积累了大量施工和设计方面的经验和技术。日前，面板坝已经从100m级发展到了20nm级，我国已建成的天生桥一级面板堆石坝有178m，水布垭而板堆石坝高度为234m。相比于100m级的面板堆石坝，高面板坝出现了一些新的技术特点。随着坝高的增加，出现的这些问题逐渐的制约了高面板坝的发展。如面板的裂缝增加，破坏了坝体的防渗体系；不同材料分区之间的变形差异；由于面板的分期浇筑出现面板和堆石体之问的脱空，导致面板下面失去支撑体而产生大挠度变形。同时流变也是影响高面板坝变形的一个关键因素，研究如何将流变产生的影响控制在坝体填筑阶段也将是发展高面板堆石坝要解央的重要问题。

1高面板堆石坝变形的原因

面板堆石圳是一种安全经济的枷型，对地形、地质和气候条件有着适用性，近些年，随着科学技术的不断发展与进步，面板堆石坝已经从早期的几十米的高度，成长到了现在百米的高度。在对面板堆石坝的建设设计上也在不断的探索全新的方式方法和手段，并逐渐的总结和归纳出一套完整的施工方案。相对于我国的高面板堆石坝建筑，超过百米以上的也不在少数，这些高面板堆石坝建筑有着明显的特点：面板堆石坝的高度越是增加．所受到的压力就会越大；分区堆石料的差异也会明显的严重；面板堆石坝的高度增加造成了施亡的难度提高，施工的工期增长；库内的水位随着面板堆石坝高度增加而上升，使变形的状态趋于复杂。这些问题都会要种的影响到高面板堆石坝的建筑，使其出现变形的主要原因。因此．只有采取有效的方式方法和手段，才能够保证高面板堆石坝变形得到合理的控制．对各种安全隐患进行了打教的排除，保证面板堆石坝的稳定和正常的工作。

2面板堆石坝采用冲碾压实技术

2.1面板堆石坝常规碾压的主要问题

实践和观测资料证明，堆石体在自重和水压力作用下产生的变形是造成面板开裂和止水破坏的主要原因。为了减小坝体后期变形，必须提高堆石体的压实密度，减小其孔隙率。目前采用常规碾压技术填筑的堆石坝存在以下问题：

(1)从坝体材料性质分析：大多数面板堆石坝的堆石料均为人工开挖，因开挖堆石料棱角突出，虽经加水碾压后部分棱角已破碎，但大坝竣工后在高应力作用下块石的棱角还会进一步破碎，导致坝体变形进一步产生。有一个直观的证明：由砂砾石料填筑的大坝，由于砂砾石料块体圆滑，坝体孔隙率≤15％，变形模量E300~350MPa，而堆石坝变形模量很难超过200 MPa，因此用开挖堆石料填筑的大坝的坝体沉降变形要比砂砾石料填筑的大坝大5倍。

(2)从河谷形状分析：有很多面板堆石坝建于狭窄河谷，由于拱效应显著，坝体变形梯度大，建成后需要10年以上其变形才趋于稳定；而建于宽河谷的面板坝在建成3年后坝体沉降就基本完成。

(3)现有的碾压设备(最大的25t)已接近极限，所能达到的压实密度也就有限。

2.2冲碾技术应用概况

针对上述常规碾压存在的问题．人们想到了冲击碾压设备。冲击碾轮为三边至六边形，由1台轮式拖拉机牵引，行走速度8～12 km/h，冲击压实力达2000～4000 kN(常规碾为300～500 kN)，振幅为22 cm(常规碾为2 mm)。经冲击碾压实的堆石体，其干密度可达到2.3～2.4t/m3(目前面板坝主堆石料设计干密度一般为2.1～2.19t/m3)，孔隙率仅为13％～18％(规范要求主堆石料为20％～25％)，主堆石料的铺筑层厚可达1．6m(普通碾目前为80 cm)。相比之下，冲击碾优势显而易见。

2.3面板堆石坝采用冲碾技术的可行性分析

冲碾技术要用于面板堆石坝。必须首先弄清2个问题：研究堆石层问结合性状、机理；冲碾压实对坝体埋设仪器的影响。为此，在洪家渡水电站工程进行丁试验。

面板坝的冲击碾压试验证明：铺筑层表面有10 cm左右较疏松、破碎，但堆石料整个级配没有根本改变，可以接受；当观测仪器埋设的深度大于80cm时，埋设的土压力计和应变计没有损坏。

由于冲击碾的冲击力主要是靠行走速度来实现的，故要求填筑单元面积不小于30m×18 m(长×宽)，因此在小型土石坝上不宜采用。

3面板堆石坝挤压式混凝土边墙技术

混凝土挤压式边墙技术是面板坝上游坡面施工的新方法，其优点是：水平碾压取代斜坡碾压；提高坝体施工期度讯能力；施工安全性提高；工序和施工设备、机具得到简化，加快了施工速度。

挤压式混凝土边墙技术1999年在巴西埃塔面板坝上首次使用，随后在巴西、秘鲁、阿根廷等国家得到推广，目前国外有8座百米以上的高面板坝应用了该项技术。国内最早研究该项技术的是公伯峡水电站工程(2001年11月开始研究应用)，目前水布垭水电站面板坝也在应用该项技术。

经过公伯峡、水布垭两大工程系统的研究实践，国内挤压式混凝土边墙的关键技术问题已基本得到解决，主要包括：挤压机械国内已有专业厂家可以制造(如陕西工程机械厂)；混凝土配合比：干硬性混凝土，水泥用量70～85 kg／m3，速凝剂掺量4％左右，混凝土密度2.0～3.0 kg／L．抗压强度(7d龄期)1．56～2 24MPa．渗透系数10-2～10-3cm／s，弹性模量5000～9000 MPa；边墙施工工艺：在每填筑l层垫层料之前，沿垫层料上游设计坡缘，利用按设计的过渡层尺寸和上游坡坡度确定的特定模具，修建挤压式边墙，挤压和行走速度45～60m/h，边墙成型2h后在其内侧按设计铺填垫层料。用振动碾平面碾压，合格后重复以上工序。

挤压式混凝土边墒技术在埃塔面板坝首次应用的施工过程中．面板曾发生过较多裂缝，一般认为导致面板裂缝的主要原因是：面板和挤压式边墙被紧紧地约束在垫层料上，剪应力就会从堆石体传递到混凝土面板，而每一个台阶都有薄弱断面存在，从而诱导面板产生了裂缝。之因为混凝土挤压式边墙技术存在这个问题，所以国内一些高面板堆石坝未敢轻易采用该项技术。对此，公伯峡水电站和水布垭水电站面板坝采用乳化沥青对挤压式混凝土边墙的上游面进行喷涂．以期形成面板和边墙之间的滑动面，如果这种解决问题的方案得到验证，相信该项技术将会进一步推广应用。

4感想和建议

(1)先进的施工技术是确保混凝土面板堆石坝建设质量的重要手段和可靠保证。

(2)不同的工程有不同的特点、不同的实际情况，施工技术要在总结经验的基础上不断改进与提高。

(3)施工技术的最终目的是满足设计理念、提高经济效益。