中國碾壓混凝土壩統(tǒng)計(jì)分析

劉六宴 溫麗萍

(1.水利部建設(shè)與管理司, 北京 100053；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會, 北京 100080)

?

中國碾壓混凝土壩統(tǒng)計(jì)分析

劉六宴1溫麗萍2

(1.水利部建設(shè)與管理司, 北京 100053；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利復(fù)審委員會, 北京 100080)

自20世紀(jì)80年代起，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在中國得到廣泛研究和快速推廣，無論是建壩數(shù)量、壩體規(guī)模還是筑壩工藝、技術(shù)創(chuàng)新都處于世界領(lǐng)先水平。本文全面統(tǒng)計(jì)了中國當(dāng)前已建及在建的碾壓混凝土壩工程，從建設(shè)年代、地域分布、結(jié)構(gòu)型式等方面系統(tǒng)分析了中國碾壓混凝土壩建設(shè)的基本特征和碾壓混凝土筑壩技術(shù)特點(diǎn)，也以此反映中國在研究、推廣、應(yīng)用碾壓混凝土筑壩技術(shù)上所取得的顯著成就。

碾壓混凝土； 壩型； 壩高； 統(tǒng)計(jì)； 分析

碾壓混凝土壩作為一種新興壩型，具有可利用粉煤灰等廢料、減少污染、節(jié)約水泥、縮短工期、節(jié)省投資等顯著優(yōu)勢，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展推動筑壩新材料、新技術(shù)、新工藝出現(xiàn)的結(jié)果，更是20世紀(jì)筑壩技術(shù)的一次重大創(chuàng)新和突破。1980年，日本建成了世界上第一座碾壓混凝土壩——島地川壩，壩高89m。中國自20世紀(jì)70年代末至80年代初開始研究試驗(yàn)?zāi)雺夯炷林渭夹g(shù)，并于1986年建成國內(nèi)第一座碾壓混凝土壩——坑口水電站，壩高56.8m，自此開啟了中國筑壩建設(shè)的新時(shí)代，一大批碾壓混凝土壩相繼建成。截至2016年，中國已建、在建碾壓混凝土壩192座(含試驗(yàn)壩，不含碾壓混凝土圍堰)，占水庫大壩總數(shù)的0.2%，其中已建174座、在建18座，以發(fā)電為主的有144座，以防洪、供水、灌溉為主的48座?？傮w看，中國是目前世界上碾壓混凝土壩建設(shè)速度最快、建成數(shù)量最多、筑壩經(jīng)驗(yàn)最豐富、工藝創(chuàng)新最廣的國家。中國部分120m以上碾壓混凝土壩見表1。

表1 中國部分已建、在建120m以上碾壓混凝土壩一覽表

1 中國碾壓混凝土壩建設(shè)年代分布

自20世紀(jì)中國開展碾壓混凝土筑壩技術(shù)研究應(yīng)用以來的三十多年時(shí)間，大致經(jīng)過三個(gè)發(fā)展階段。第一階段(20世紀(jì)80年代)，碾壓混凝土筑壩技術(shù)試驗(yàn)研究和探索應(yīng)用時(shí)期。在龔嘴、沙溪口水電站大壩進(jìn)行試驗(yàn)性施工的基礎(chǔ)上，相繼建成了坑口、馬回、龍門灘一級水電站和潘家口水庫下池4座碾壓混凝土壩，這個(gè)階段主要采用RCD工法施工，壩型為重力壩，壩體防滲主要采用“金包銀”型式。其中，潘家口水庫下池碾壓混凝土壩首次創(chuàng)新性采用全斷面碾壓施工技術(shù)，大幅提高了碾壓施工效率，節(jié)省投資效果得到進(jìn)一步發(fā)揮，也有效解決了RCD工法干擾多、壩體內(nèi)外溫控措施復(fù)雜等問題。第二階段(20世紀(jì)90年代)，全面推廣應(yīng)用時(shí)期。相繼建設(shè)巖灘、水口水電站等34座碾壓混凝土壩，首次在棉花灘水電站創(chuàng)新性采用了變態(tài)混凝土防滲型式，進(jìn)一步深化了全斷面碾壓混凝土筑壩技術(shù)，碾壓混凝土快速施工、簡化溫控措施等優(yōu)勢得到更大范圍體現(xiàn)。同時(shí)，碾壓混凝土技術(shù)應(yīng)用也由重力壩向拱壩發(fā)展，1995年建成當(dāng)時(shí)世界最高的碾壓混凝土拱壩——普定碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高75m。另外，碾壓混凝土壩體高度首次突破100m級，巖灘水電站碾壓混凝土壩高110m，水口水電站碾壓混凝土壩高101m，碾壓混凝土在高壩大庫中的應(yīng)用充分證明其物理力學(xué)性能完全滿足壩體安全運(yùn)行的要求。第三階段(21世紀(jì))，高速發(fā)展時(shí)期。碾壓混凝土筑壩技術(shù)研究不斷深入，21世紀(jì)前16年開工建設(shè)152座碾壓混凝土壩，年均開工建設(shè)近9.5座，200m級高壩、雙曲薄拱壩建設(shè)取得重要突破，其中建成世界最高的碾壓混凝土壩——龍灘水電站碾壓混凝土壩，壩高216.5m。中國碾壓混凝土壩建設(shè)年代分布情況見表2。

表2 中國碾壓混凝土壩建設(shè)年代分布

2 中國碾壓混凝土壩分布情況(地域)

中國碾壓混凝土壩最先起步于福建、四川等少數(shù)地區(qū)，隨著溫度、濕度控制技術(shù)的日益成熟，以及運(yùn)輸、碾壓設(shè)備的逐步改進(jìn)，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在全國大多數(shù)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，既有高山峽谷地區(qū)，也有淺丘寬河谷地區(qū)；既有高溫多雨濕熱地區(qū)，也有干旱寒冷易震地區(qū)。全國已建、在建192座碾壓混凝土壩分布于27個(gè)省(直轄市、自治區(qū))，其中云南26座、貴州21座、四川17座、湖北15座、福建14座、廣西13座、廣東12座，該7省(自治區(qū))碾壓混凝土壩數(shù)量居全國前列，累計(jì)占全國總數(shù)的61.7%；黑龍江、江蘇、山東、海南、西藏5省(自治區(qū))各1座碾壓混凝土壩，北京、天津、上海、寧夏3市(自治區(qū))無碾壓混凝土壩。

59座壩高100m以上碾壓混凝土壩分布于12個(gè)省(直轄市、自治區(qū))，其中云南15座、貴州12座、四川10座，河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、浙江、江西、山東、河南、廣東、海南、西藏、青海15個(gè)有碾壓混凝土壩的省(直轄市、自治區(qū))，尚沒有壩高100m以上碾壓混凝土壩。9座壩高150m以上碾壓混凝土壩分布在4省(自治區(qū))，云南3座、四川3座、貴州2座、廣西1座。壩高200m以上碾壓混凝土壩分布在云南、貴州、廣西3省(自治區(qū))，各1座。中國碾壓混凝土壩地域分布情況見表3。

表3 中國碾壓混凝土壩地域分布

續(xù)表

3 中國碾壓混凝土壩分布情況(壩高)

中國已建、在建192座碾壓混凝土壩中，壩高低于100m的碾壓混凝土133座，占69%；壩高100m以上碾壓混凝土壩59座，占31%，其中，壩高150m以上碾壓混凝土壩9座，壩高200m以上碾壓混凝土壩3座。所有碾壓混凝土壩壩高均超過20m。

59座壩高100m以上碾壓混凝土壩中，已建49座，在建10座。9座壩高150m以上碾壓混凝土壩中，已建7座，在建2座，其中3座200m以上碾壓混凝土壩中，已建2座，在建1座。

59座壩高100m以上碾壓混凝土壩中，僅3座建成于20世紀(jì)90年代，其余56座均興建于21世紀(jì)，其中9座壩高150m以上碾壓混凝土壩全部興建于21世紀(jì)。說明中國早期碾壓混凝土筑壩技術(shù)處于研究探索、積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)階段，建設(shè)的碾壓混凝土壩主要以中低壩為主，隨著試驗(yàn)研究的深入和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，到21世紀(jì)大規(guī)模開啟了100m級、200m級碾壓混凝土壩建設(shè)，將來有望實(shí)現(xiàn)250m級或300m級碾壓混凝土壩建設(shè)。中國碾壓混凝土壩按壩高分布統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表4 中國碾壓混凝土壩按壩高分布統(tǒng)計(jì)情況

4 中國碾壓混凝土壩壩型分布情況

碾壓混凝土筑壩技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是施工速度快、建設(shè)工期短，這就要求大壩結(jié)構(gòu)盡可能簡單，以保證大倉面連續(xù)碾壓施工。因此，碾壓混凝土壩不同于常態(tài)混凝土壩，既沒有寬縫式、空腹式壩體，也沒有支墩壩型，僅有實(shí)體重力壩和拱壩兩種型式。已建、在建192座碾壓混凝土壩中，重力壩145座，占75.5%，拱壩47座，占24.5%，重力壩作為一種傳統(tǒng)壩型占絕對多數(shù)，特別是壩高超過200m和壩高低于40m的碾壓混混凝土壩沒有拱壩，特高壩尚未采用拱壩是基于安全考慮，低壩未采用拱壩主要基于投資成本考慮。但是，56座壩高100～200m的碾壓混凝土壩中，拱壩有20座，占35.7%；2000年后開工建設(shè)的152座碾壓混凝土壩中，拱壩有41座，占27%，說明新時(shí)期建設(shè)的高碾壓混凝土壩中，拱壩因其支撐荷載和投資成本優(yōu)勢而被較廣泛采用。目前，由于龍灘水電站二期工程尚未開工建設(shè)，貴州光照水電站是中國已建最高碾壓混凝土重力壩，壩高200.5m；云南黃登水電站是中國在建最高的碾壓混凝土重力壩，壩高203m。貴州普定水電站是中國建設(shè)的第一座碾壓混凝土拱壩，壩高75m；河北溫泉保水庫是中國在寒冷地區(qū)建成的第一座碾壓混凝土拱壩，壩高49m；果多水電站是中國西藏自治區(qū)第一座碾壓混凝土壩，壩高83m。中國碾壓混凝土壩壩型分布統(tǒng)計(jì)情況見表5。

碾壓混凝土拱壩與常態(tài)混凝土拱壩一樣，既有單曲拱壩，也有雙曲拱壩；既有薄拱壩(厚高比小于0.2)，也有中厚壩(0.2≤厚高比<0.35)和厚拱壩(厚高比大于等于0.35)；既有等厚拱壩，也有變厚拱壩。47座已建、在建碾壓混凝土拱壩中，薄拱壩14座、中厚拱壩30座、厚拱壩3座，單曲拱壩9座、雙曲拱壩38座，以雙曲拱壩、中厚拱壩和變厚拱壩居多。新疆石門子水庫(壩高109m)、安徽流波水電站(壩高70.1m)、云南南康河二級水電站(壩高68m)、福建溪柄水電站(壩高63.5m)、河北溫泉堡水庫(壩高49m)等大壩為碾壓混凝土單曲拱壩；位于貴州、云南交界的萬家口子水電站(壩高167.5m)、象鼻嶺水電站(壩高146.5m)碾壓混凝土雙曲拱壩是中國在建最高的碾壓混凝土拱壩，也是中厚拱壩，厚高比分別為0.215和0.258；湖北三里坪水電站碾壓混凝土雙曲拱壩是中國已建最高碾壓混凝土拱壩，也是中國已建最高的碾壓混凝土薄拱壩，壩高141m，厚高比0.17。貴州普定水電站(壩高75m，厚高比0.386)、云南紅坡水庫(壩高55.2m、厚高比0.48)、江西倫潭水利樞紐(壩高90.4m、厚高比0.373)碾壓混凝土拱壩為厚拱壩，俗稱重力拱壩。福建溪柄水電站是中國建設(shè)的第一座碾壓混凝土薄拱壩，壩高63.5m，厚高比0.19；甘肅龍首水電站是中國在高寒地區(qū)建成的最高碾壓混凝土薄拱壩，壩高80m，厚高比0.17；湖北招徠河水電站是中國建成的第一座100m級碾壓混凝土薄拱壩，壩高107m，厚高比0.17；湖北云龍河三級水電站是中國最薄的碾壓混凝土拱壩，壩高129m，厚高比0.14。中國部分碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)型式及厚高比見表6。

表5 中國碾壓混凝土壩壩型分布統(tǒng)計(jì)情況

表6 中國部分碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)型式及厚高比

續(xù)表

5 結(jié) 語

a.碾壓混凝土壩作為一種新興壩型，是新技術(shù)進(jìn)步、新工藝發(fā)展、新材料利用的成果，具有利用工業(yè)廢料、減少污染、節(jié)約水泥、縮短工期、節(jié)省投資等顯著優(yōu)勢，將是今后較長時(shí)期最流行的壩型之一。

b.中國是世界上碾壓混凝土筑壩技術(shù)研究、推廣與應(yīng)用的主戰(zhàn)場，30年時(shí)間已興建192座碾壓混凝土壩，無論是筑壩數(shù)量、大壩高度、大壩結(jié)構(gòu)多樣性，還是筑壩工藝、發(fā)展速度都處于世界領(lǐng)先地位。

c.中國碾壓混凝土壩分布于27個(gè)省(直轄市、自治區(qū))，無論是干熱河谷地區(qū)、高溫多雨地區(qū)，還是高寒、高海拔地區(qū)，都有碾壓混凝土壩工程，但主要分布在云南、貴州、四川、湖北、福建、廣西、廣東7省(自治區(qū))。

d.中國碾壓混凝土壩建設(shè)起步于20世紀(jì)80年代，建成了5座碾壓混土壩；全面推廣于20世紀(jì)90年代，建成了34座碾壓混凝土壩；快速發(fā)展于21世紀(jì)，興建了152座碾壓混凝土壩。

e.中國現(xiàn)有192座碾壓混凝土壩中，壩高100m以上碾壓混凝土壩達(dá)59座，其中3座超過200m?，F(xiàn)有碾壓混凝土壩中，重力壩占75.5%，拱壩占24.5%，碾壓混凝土壩的結(jié)構(gòu)型式以重力壩為主，但21世紀(jì)開工建設(shè)的碾壓混凝土壩中拱壩比例接近27%，而且壩高100m以上碾壓混凝土壩中，拱壩比例達(dá)34%，說明新時(shí)期建設(shè)的高碾壓混凝土壩中，拱壩因其支撐荷載和投資成本優(yōu)勢而被較廣泛采用。

[1] 俞瑞堂.國外碾壓混凝土筑壩最新技術(shù)及發(fā)展[J].水利水電工程設(shè)計(jì),1995(2).

[2] 董安建,劉六宴.變態(tài)混凝土在碾壓混凝土壩中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2000(3).

[3] 方坤河.中國碾壓混凝土壩的配合比研究[J].水力發(fā)電,2003(11).

[4] 劉六宴,溫麗萍.混凝土壩型分類及特征分析[J].水利建設(shè)與管理,2016(9).

[5] 梅錦煜,李小群,鄭桂斌,等.中國碾壓混凝土筑壩技術(shù)(2015)[M].北京:中國環(huán)境出版社, 2015.

[6] 田育功.碾壓混凝土快速筑壩技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2010.

Statistical analysis on RCC dam in China

LIU Liuyan1, WEN Liping2

(1.ConstructionandManagementDepartmentoftheMinistryofWaterResources,Beijing100053,China; 2.PatentReexaminationBoardofSIPO,Beijing100080,China)

Roller compacted concrete damming technology is studied widely and promoted rapidly in China since the 1980s. Dam quantity, dam size, damming technology and technological innovation are at world-leading level. In the paper, RCC dam projects which have been constructed and are under construction in China at present are comprehensively recorded. The basic characteristics of China RCC dam construction and technical features of RCC dams are analyzed systematically from the aspect of construction year, regional distribution, structure mode and other aspects, and the significant achievements of China in the aspects of studying, promoting and applying RCC damming technology are also reflected accordingly.

RCC; dam type; dam height; statistics; analysis

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.004

TV642.2

A

1005-4774(2017)01- 0006- 06