世界硬填方壩的新進展

艾克明

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

世界硬填方壩的新進展

艾克明

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

文章以2016年《World Atlas Industry Guide》之RCC Dams《水電與大壩》副刊為基礎(chǔ)，摘錄了其中的硬填方壩【H-F】內(nèi)容，并對其進展做了簡要分析，供研究參考。

硬填方壩 技術(shù)特點 進展分析

碾壓混凝土壩（RCC）是20世紀70年代末發(fā)展起來的一項新技術(shù)， 是混凝土筑壩技術(shù)的一個重大突破。它具有施工速度快，工期短，造價低等優(yōu)點。為了發(fā)揮碾壓混凝土壩材料的全部優(yōu)越性，20世紀80年代末，在RCC技術(shù)的基礎(chǔ)上，又提出了一種新的設(shè)計理念。 這種新的設(shè)計理念的特征是：斷面對稱，上游面防滲，壩體不設(shè)排水，采用貧水泥碾壓混凝土筑壩，即被稱之為硬填方壩（FSHD），見圖1。它的優(yōu)越性是壩體和基礎(chǔ)上的應(yīng)力低，水泥水化熱小，填方工藝簡便，造價更低。 較之重力壩，特別是地震條件下的安全性更高。

圖1 硬填方壩示意圖

鑒于硬填方壩（FSHD）是碾壓混凝土壩（RCC）的一種新概念和新型式，因此國際《水電與大壩》期刊在做壩型的統(tǒng)計分析時，將FSHD壩列入RCC之內(nèi)，不過在每個工程的名稱里加上【H-F】字樣，意即硬填方壩（Hard Fill）， 以示區(qū)別。

1 2016年的硬填方壩

從《RCC Dams，2016》中摘錄了世界已建和在建的硬填方壩共45座，見表1-a，表1-b。表中采用的符號如下：

用途 護面方法 火山灰E環(huán)保 *臺階形 9 RCC和預(yù)制混凝土面板外鋪熱膜C高質(zhì)量粉煤灰F防洪 1模板混凝土 10RCC和預(yù)制混凝土塊F低質(zhì)量粉煤灰G補充地下水M碾磨砂H發(fā)電 3 RCC模板 12 RCC筑后設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鑄件2模板混凝土內(nèi)襯土工膜11 RCC筑前預(yù)設(shè)應(yīng)力鋼筋混凝土鑄件N天然火山灰I灌溉 4 RCC模板外鋪土工膜13預(yù)制件與滑模型面外設(shè)增強混凝土鑄件R Rolasc粉煤灰和礦渣混合物N航運 5預(yù)制混凝土塊 14滑模成型/壓延成型面板P防污 6預(yù)制混凝土塊外鋪土工膜17為成型的RCC面 L上述礦渣粉與石灰石粉礦物16 用機械壓實未成型的RCC面W供水8RCC和預(yù)制混凝土面板外鋪土工膜15 RCC為填充物支承 S地面篩分爆炸礦渣粉R娛樂 7 RCC外襯預(yù)制混凝土面板

2 進展分析

2011年我們曾對國際《水電與大壩》副刊上所載2011年已建和在建的硬填方壩（FSHD）做過摘錄，共計有8個國家，16座硬填方壩。如上所述，2016年已建和在建的硬填方壩，共計有13個國家的45座壩。由此特別是2011至2016這5年時間此類壩型的增長速度幾乎為前23年總和的將近3倍。由此可見，這種壩型的優(yōu)越性被越來越多的國家和工程技術(shù)人員所認同。

表1-a

表1-b 2016年世界硬填方壩（H-F）統(tǒng)計表

表1-b 2016年世界硬填方壩（H-F）統(tǒng)計表

2.1 新建工程數(shù)與壩高隨年代變化情況的分析

世界上的首座硬填方壩建成于1988年，是非洲摩洛哥的Rouidat Amont（Rwedat），壩高24 m，壩頂長125 m。隨后，分年代新建工程數(shù)和其間的最高壩高一并列于表2。

表2 新建工程數(shù)與其間的最大壩高表

由表2可見新建工程與其間的最大壩高隨年代變化很有規(guī)律性；新建工程數(shù)隨年代越來越多，壩高越來越高。初始年代，壩較低，往后隨著經(jīng)驗的不斷積累，壩越來越高，這也是很自然的。

2.2 硬填方壩的地域分布情況表

由表3可見，在四大洲中，亞洲已建和在建硬填方壩達25座，居首位，非洲作為策源地，有8座，居次席。歐洲7座居第三位。就國家而言，土耳其11座居首位，日本8座，希臘7座，分別居第二和第三位。值得注意的是土耳其不但工程多，居第一位，而且壩高，其中96～135 m“100 m級”的硬填方壩就達6座（見表1）。顯然，它們的建壩技術(shù)和經(jīng)驗很值得大家研究和學習。

表3 硬填方壩的地域分布情況表 座

2.3 膠凝材料的分析

膠凝材料在硬填方壩中起固結(jié)作用。在保證強度的前提下，總的趨勢是盡量降低水泥用量，以減少水泥水化熱，預(yù)防壩體裂縫。為了增加和易性與增加后期強度，多添加火山灰材料。由于受地方材料或施工水平的影響，表1中，45個工程中較難找到完全一致?lián)搅恐笜?。但從?中，還是可以找到一些共同點。例如，當當?shù)鼗鹕交遥úㄌ靥m）材料奇缺時，多數(shù)工程只用純水泥做膠凝材料，水泥摻量約為80 kg/ m3～100 kg/m3，個別工程最多用到130 kg/m3。若當?shù)赜刑烊换鹕交一蚍勖夯視r則力圖在水泥中摻加這些波特蘭材料。還有添加加工礦渣粉的工程實例。此時，水泥用量大體為50 kg/m3左右，波特蘭材料的摻量波動較大，少則10 kg/m3，多則100 kg/m3。但比較多的工程波特蘭材料的用量在50～60 kg/m3左右。

2.4 攤鋪層厚度與升程高度問題的分析

關(guān)于攤鋪層厚與升程高度問題，應(yīng)視結(jié)構(gòu)物的型式，施工機械水平以及當?shù)氐慕?jīng)驗習慣而定。攤鋪層厚的300 mm為多，個別也是采用250 mm或400 mm的。而升程高度，則以層厚為基準，如采用300 mm，600 mm，900 mm或1 200 mm或采用250 mm，500 mm，750 mm等。

3 我國硬填方壩的研究和應(yīng)用進展情況

在國際《水電與大壩》2016工程表1中，我國已建硬填方壩僅有一例，為Hong Kou Atagula壩，壩高36 m，完建于2007年，其他細節(jié)資料不全，難于分析（可能是指福建洪口水電站的下游圍堰-作者注）。

從期刊雜志上收集的一些資料來看，我國福建省在硬填方壩上做的研究較多和較為系統(tǒng)。2004年福建省街面水電站施工時曾興建了一座用硬填方方法修建的施工圍堰，并且在施工期還過了水。

該圍堰高16.4m，上、下游坡比均為1∶0.4，見圖2。

福建街面水電站下游膠凝砂礫石圍堰，采用的配合比為：水泥40 kg/m3，粉煤灰40 kg/m3，砂率21%，水70 kg/m3，減水劑FDN-FZ，摻量為水泥用量的0.8%，其抗剪斷試驗結(jié)果列于表4及圖3。

2006年，福建省又修建了洪口水電站的施工圍堰，堰高40 m，并且也過了水。

圖2 福建街面水電站下游圍堰剖面

圖3 試料強度隨齡期增長曲線

表4 街面水電站下游圍堰抗剪斷試驗

2007年，福建省在修建兩座圍堰經(jīng)驗的基礎(chǔ)上再次設(shè)計了白沙水電站硬填方壩，壩高73.4 m。該工程的技術(shù)指標，一并列入表5。

表5 福建3座FSHD工程指標表 10 kg/m3

4 結(jié)語

對稱斷面面板硬填方壩實際上是一種低造價的RCC壩。它的低造價來自于對現(xiàn)有RCC的強度、止水性能和接觸縫處理的現(xiàn)有要求的放寬， 與常規(guī)的RCC重力壩相比，F(xiàn)SHD壩的優(yōu)點是增大了大壩的穩(wěn)定性。 這意味著可以很安全地修建在較弱基礎(chǔ)上和強地震區(qū)。對于無防滲材料地區(qū)修建FSHD壩比修建面板堆石壩（CFRD）壩的工程量要省。

自20世紀80年代以來，世界各國共13個國家已設(shè)計建成了FSHD壩40多座， 其最大壩高已達135 m。足見FSHD壩不失為一種既經(jīng)濟又安全的新壩型，大有研究和推廣應(yīng)用的廣闊前景。

2017-01-09）

艾克明（1933-），男，湖南益陽人，大學本科，教授級高級工程師，從事水工水力學設(shè)計與試驗研究。