超高混凝土面板堆石壩建設中的關鍵技術問題分析

【摘要】由于受到了壩坡穩(wěn)定和石堆材料滲透穩(wěn)定，壩體堆石變形控制以及混凝土面板應力狀態(tài)等各方面的因素，超高混凝土面板堆石壩建設過程中面臨了相當嚴峻的技術問題。因此，本文考慮了壩體材料的改進，筑壩材料的選擇、堆石壓實標準控制，以及面板澆筑時機選擇，面板厚度設計、面板鋼筋排列等方面，采取相應的工程措施，達到盡可能的減少堆石變形和降低混凝土面板受到的相應作用力。

【關鍵詞】超高混凝土面板堆石壩；堆石控制；面板作用力

前言

進入21世紀以來，隨著科學技術的進步，在混凝土面板堆石壩的建設方面更加完善，人們對于水電方面的需求不斷增長，因此，混凝土面板堆石壩的壩高也不斷增加，國際上不斷開工建設和建成一批壩高200m的超高混凝土面板堆石壩，如145m高的萊索托莫哈里壩，185m高的巴西巴拉格蘭德壩，還有202m高的坎珀斯諾沃斯壩等等，這些壩的建筑從而滿足人們的需要。近年來，我國也相繼建成壩高179.5m的洪家渡壩、壩高185m的三板溪壩、壩高233m的水布埡壩等高混凝土面板壩工程，這些工程為超高混凝土面板堆石壩的技術提升奠定了基礎。本文主要通過對超高混凝土面板堆石壩建設過程中的關鍵技術問題進行分析和探討。

1、壩坡穩(wěn)定問題

早期混凝土面板堆石壩的上下游坡比為1：1.4，巴西近年來修筑了幾座上下游坡比為1：1.3的超高混凝土面板堆石壩。雖然其邊坡較為陡峭，但是從壩體的運行情況來看，壩體較為穩(wěn)定，并未出現(xiàn)特別問題。因此，對于超高面板壩而言，采取1：1.3的坡比是可以的，但是，這是在筑壩材料的強度可以滿足相應的要求的情況下。從一般情況看，常規(guī)堆石體具有較高的強度，維持著邊坡，但是隨著壩高增加，其所受到的應力水平增加，堆石的強度也會受到其影響，產生相應變化。因此，通過研究堆石材料，探討其在高應力水平下強度變化規(guī)律，可以更好的建筑超高混凝土面板壩。

2、滲透穩(wěn)定性問題

用于修建超高混凝土面板堆石壩的堆石粗顆粒，由于是經歷了碾壓過后所形成的骨架，能較好地保持其滲透穩(wěn)定性。因此，堆石的滲透穩(wěn)定問題不是面板石壩的制約因素。但是由于壩高增加會導致上游水頭增大，水頭越高，壓力越大，在高水頭壓力下，所以壩體的滲透穩(wěn)定性對于整體穩(wěn)定而言尤為重要，壩體的上游墊層區(qū)和過渡區(qū)的滲透穩(wěn)定是建設過程中的關鍵問題。合理的級配分區(qū)材料，尤其是上游的墊層區(qū)和過渡區(qū)，可以設置合理的滲透系數(shù)，這樣既可以起限漏作用，又可以堵住面板下面漏水。目前超高混凝土面板堆石壩建設中，墊層區(qū)的設計過程中通常采用半透水級配，墊層區(qū)的寬度一般為3-4米。但是，如果未來壩高繼續(xù)增加，需要更加謹慎的研究高水頭壓力情況下，墊層區(qū)和過渡區(qū)的級配料比。通過準確的實驗和計算分析研究，從而達到反濾保護作用。

3、堆石變形控制與面板應力

3.1變形控制及相關工程措施

從面板壩建設和運行經驗來看，堆石體是主要的支撐結構，壩體變形控制是面板堆石壩的關鍵技術核心。對于300m超高混凝土面板堆石壩而言，關鍵的技術主要是涉及到壩體的分區(qū)設計，構筑材料工程特性及計算理論，但是最為核心的依然是堆石體的變形控制，施工期和蓄水期由于堆石體自重和水負載產生的變形和徐變，隨著面板壩的壩高從200m向300m級跨越，不可避免的出現(xiàn)了較大增長。傳統(tǒng)的混凝土面板堆石壩壩體形變一般會將其控制在壩高的1%之內，但是由于300m級超高混凝土面板堆石壩的壩體堆石變形和面板之間的應力的量值關系不明確，因此，很難將變形量控制在相應的指標之內。

為此，在設計和建設超高混凝土面板堆石壩的過程中，考慮壩料特性，計算理論值，通過優(yōu)化仿真分析，壩料使用，壩料分區(qū)和填筑程序等方面，研究堆石體移動的量值特點、分布規(guī)律，面板的應力分布特點和面板應力的移動位置。通過這些相關的研究，針對300m超高混凝土面板堆石壩的應力變形特點，合理安排其堆石填筑，壓實標準，面板分期澆筑和度蓄計劃，最大限度地控制超高混凝土面板堆石壩的壩體變形。

另一方面，由堆石體所受到的應力水平導致的瞬間變形和蠕變變形，都和壩體的高度有著直接關系。因此控制堆石體變形依然是未來面板壩設計的核心，從選材，斷面分區(qū)，填筑分期等等方面，控制其變形，方可確保壩體穩(wěn)定。

3.2面板應力及相關工程措施

混凝土面板是壩體的主要擋水防滲部分，面板接縫良好可以很好的止水，也可成為面板壩最為主要的防滲屏障。探究混凝土面板的應力分布，保證接縫系統(tǒng)安全，一直是超高混凝土面板堆石壩建設中的核心。目前，適合200m壩高的接縫變形和可承受高壓水頭的面板壩材料，已經得到充分驗證，并且廣泛應用。如以銅、表面塑性及自愈性為主的高性能接縫止水材料。

通過探究面板壩的壩高變形特點和高水頭作用負載，開發(fā)新型止水材料，探究更為高效可靠的止水結構是未來超高混凝土面板堆石壩的研究重點。同時，通過合理分縫也是改變面板的應力水平和減少面板裂縫的工程措施。

結語：

本文討論了超高混凝土面板堆石壩的壩坡穩(wěn)定性，滲透性，堆石變形和面板受力等影響和限制其建設的關鍵技術問題，分析其成因和機理。同時，通過深入討論和研究，探討了新材料的開發(fā)和對壩體設計和施工方法的改進，為未來更好的設計和建設超高混凝土面板堆石壩提供了一定幫助作用。

參考文獻：

[1]徐澤平，鄧剛.高面板堆石壩的技術進展及超高面板堆石壩關鍵技術問題探討[J].水利學報，2008，（10）：1226-1234.

[2]楊澤艷，周建平.我國特高面板堆石壩的建設與技術展望[J].水力發(fā)電，2007，（1）：64-68.