中国水电建设技术成就Word下载.docx
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三峡工程重力坝身泄洪量大，泄洪建筑物结构复杂，大坝下泄千年一遇流量是68000ｍ3／s，万年一遇加10％的洪水也都集中在坝身宣泄。
坝身孔数之多、尺寸之大实属罕见。
20世纪８0年代以来，我国重力坝的设计理论与施工技术取得新的进步，在坝工设计中广泛应用了有限单元分析法、可靠度设计理论、坝体优化、坝体温度应力仿真计算、断裂力学、坝体裂缝及扩展追踪、新的坝体泄洪消能工技术，为三峡工程等重力坝建设奠定了坚实的基础。
1.2高坝大流量泄水建筑物及消能工技术
我国水电工程泄水建筑物的特点.一是高水头、大流量、窄河谷、单宽流量大；
二是低水头、低佛氏数、宽河谷。
这两种泄洪水流的消能技术都是非常难处理的。
世界上最大的伊太普水电站的泄洪功率为5亿MW，而我国的大型电站（如二滩、构皮滩、小湾和溪洛渡等工程）消能要求大都是在河床宽８0～110ｍ的范围内，其泄洪功率接近或超过了5亿MW，如构皮滩3.16亿MW，二滩3.9亿MW，小湾4.6亿MW，溪洛渡9.8亿MW。
我国水电工程不仅泄洪功率大，而且泄洪、导流流量也大，泄洪建筑的单宽流量和流速均很大。
我国还有多座水头超过200ｍ以上的高坝的泄洪建筑物，流速大于50ｍ／s.，泄洪建筑的单宽流量都大于200ｍ3/s的黄河小浪底水电站，最大含沙量为８00kg／m3以上，泄洪建筑物的消能工设计不仅要考虑水头高、流量大，而且还要考虑高水头高遮水流空化和有泥沙磨蚀的情况。
在泄洪建筑物及消能工的研究方面，我国采取了多种途径和方式，如在设计泄洪安排上，采用联合消能工技术为一体，即坝身、坝上、隧洞和水垫塘联合消能，圆满地解决了实践中出现的技术难题。
1.3钢筋混凝土引水岔管技术
在20世纪60年代，我国洪门口水电站引水管就采用了钢筋混凝土岔管。
90年代我国建成的广州天荒坪大型抽水蓄能电站，水头高达700～800ｍ，引水岔管主洞直径8～9ｍ、支洞直径3.5～4.2ｍ，由于充分利用围岩的支承作用，钢筋混凝土衬砌体厚仅为0.6ｍ。
对抽水蓄能电站钢筋混凝土引水岔管的安全进行的大量科学实验，研究清楚了岔管和围岩联合受力，为今后设计和建造数量更多、难度更大的抽水蓄能电站积累了经验。
1.4高坝地基处理技术（加固处理，防渗处理）
在混凝土坝修建过程中经常遇到不良地质条件，如断层破碎带、节理、裂隙等密集带或软弱夹层，需要进行处理。
我国在坝基不良地质处理方面，有代表性的工程之一是黄河龙羊峡水电站坝基的4号断层（G4）。
这一断层系伟晶岩劈理带，在经过高压水泥灌浆处理后，又进行环氧化学灌浆和聚氨醋灌浆处理，使劈理带变形模量、抗剪强度、单位吸水率都符合设计要求。
其次是铜街子水电站，该工程地质复杂，断层、层间错动发育，含有较多软弱夹层，经过在坝部分全部采用深孔高压喷射冲洗，再进行固结灌浆处理，喷射压力、固结灌浆压力均达到施工要求。
在坝基深厚覆盖层防渗处理方面，我国有代表性的工程是四川省南粒河冶勒水电站、二滩水电站上下游围堰河床和小浪底工程，防渗设计均有独到之处。
1.5岩质高边坡预应力锚固处理
我国1965年在梅山水库大坝，首次采用顶应力锚索加固坝肩滑动岩体取得成功。
近年大吨位的预应力锚索加固技术，已在水工建筑物中广泛应用，特别是在岩质高边坡处理中应用较多，在龙羊峡、天生桥二级、浸湾、隔河岩、五强溪、李家峡、小浪底及三峡工程上都广为应用。
另外，对顶应力锚固结构、锚固体系、内外锚头型式、拖拉设蚤、钻孔工艺、灌浆材料及锚索、锚杆防腐等，也进行许多研究，取得了良好的效果。
1.6地下建筑物建设
据统计，我国已建和在建的水工隧洞有400余条，长达400ｋｍ，地下厂房40多座。
如云南鲁布革水电站，其地下洞室群上下重叠，交错布置，共有42个洞室，总长3.12ｋｍ，开挖量为238万ｍ3，地下厂房尺寸为18m*38.4m*125m。
二滩水电站导流隧洞尺寸17.5m*23m，是我国目前开挖尺寸最大的隧洞。
溪洛渡水电站，两岸各有８条泄洪、引水、交通、变电室等地下洞室群，地下厂房有18台机组，单机800MW，两座地下厂房分别布置在左右两岸山体内，将成为世界上规模最大的地下厂房。
在技术难度具有特色的小浪底工程，其泄洪、排沙、引水、发电、灌溉工程均为地下洞室，集中布置在左岸山体内，洞群密集、纵横交错，堪称世界地下工程建筑奇观。
另外，拉西瓦、龙滩、小湾水电站的地下工程的规模及十三陵、天荒坪、广州抽水蓄能电站的地下洞室群工程规模也很大。
2.水利工程施工新技术
2.1爆破开挖技术及研究
我国发明火药约在1400年前；
直到1867年诺贝尔发明硝化甘油炸药后，炸药开始应用于工程建设。
我国是新中国建立后水利水电工程爆破技术才得到发展，经历了从人工钢钎凿孔爆破到手风钻钻孔爆破、再到深孔爆破、洞室爆破的发展过程。
直到三门峡工程（1958年）和刘家峡水电站（1964年）建设时才刚刚开始使用毫秒电雷管，爆破技术的应用起步很晚。
20世纪70年代葛州坝工程上马，开始引入孔径80――150mm的潜孔钻造孔，应用深孔台阶爆破的工艺。
同时开始了我国对工程爆破的大规模试验研究工作。
试验研究的主要内容为：
深孔台阶爆破对基岩的破坏范围；
爆破应力波及地震波的传播与衰减规律；
预裂爆破及深孔爆破各种参数的试验研究等。
此后的1983年我国颁布了《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SDJ211-83），使得现代爆破技术在水利水电行业得以推广应用。
水利水电工程爆破技术研究：
1坝基开挖爆破技术
2边坡开挖爆破技术
3隧洞及地下厂房爆破技术
4围堰及岩坎爆破技术
5水下爆破技术
6定向爆破技术
水利水电工程爆破按照控制开挖轮廓的技术方法而言，分为以下几种：
1轮廓线密集隔振孔爆破法
2缓冲孔爆破法
3光面爆破法
4预裂爆破法
水利水电工程爆破按照起爆方法分类：
1火雷管起爆
2电起爆法
3导爆索起爆
4塑料导爆管雷管起爆法
水利水电工程爆破按照钻孔装药施爆分类：
1浅孔台阶爆破
2深孔台阶爆破
3大直径深孔与小直径浅孔联合爆破
4集中装药与条形装药洞室爆破
近年我国水利水电工程爆破技术进步主要表现：
1深孔台阶爆破（应用于大方量的石方开采）
孔径大于50mm，孔深大于7m的多极台阶爆破。
是在两个自由面以上的爆破，多排炮孔间可以采用毫秒延期起爆，具有一次爆破方量大、破碎效果好振动影响小等优点。
因此得以广泛使用。
2预裂爆破与光面爆破
预裂爆破是在开挖过程中，沿设计开挖轮廓线打密集孔装少量炸药预先爆炸成缝，以防止爆破区炮孔爆破引起爆破区外保留岩体或其他建筑物破坏的一种技术。
3高边坡开挖爆破
三峡边坡开挖高差160m，云南澜沧江小湾水电站开挖最高边坡700余米，拱坝坝肩开挖深度达320m，拉西瓦坝肩边坡开挖高差达700m以上
4孔内、孔间微差有序爆破
5保护层开挖爆破：
保护层分层开挖→小台阶爆破法→水平预裂爆破法（取消保护层）→水平光面爆破一次爆除保护层
6面板堆石坝级配料开采爆破
采用爆破法开采主堆石级配料直接上坝填筑，过渡料也采用开采料直接上坝填筑。
问题的提出：
面板堆石坝的石料填筑到坝上经碾压使其干容重达到设计要求。
堆石体支撑面板承受水压力；
设计要求坝体可压缩性低、抗剪性高、稳定性好、渗透稳定性好。
因此堆石体中的填筑石料必须是包含各种颗粒直径的级配料，是堆石体能达到以上要求的根本保证。
爆破直采的级配料必须达到设计要求，即级配曲线应处于设计级配包络线范围之内。
面板坝坝料开挖.doc
堆石坝级配料的这一特性是与其他石料或矿石开采的最大区别。
国内外矿山开采要求块度在一定范围内保持均匀性，大块尺寸不能超过破碎机械的口门要求，细料则不需要。
在这方面国内外有过多年研究，对爆破开采矿石块度预报和控制有着诸多经验和理论。
但是这方面的经验和理论运用于堆石面板坝的级配料开采存在许多误差，很不适用。
随着堆石面板坝的迅速发展，迫切需要进一步研究地质构造对爆破块度和级配的影响；
爆破诸参数对级配料的影响；
以指导具体工程通过较少的现场爆破试验寻求得到满足工程要求的爆破参数，从而获得满足设计要求的级配料。
级配料开采研究现状：
堆石坝级配料开采研究建立在现场试验基础上。
国内水利工作者先后在鲁布革水电站、西北口面板坝、龙滩水电站、天生桥水电站进行过专题研究和试验，积累了相关资料。
爆破法开采堆石料，关键在于控制各种块度所占的比例。
研究思路为通过研究爆破碎岩基理和理论，提出和建立爆破破碎岩石块度的分布模型。
随着时代的进步，不断有新的思想方法被引入爆破碎岩理论研究中。
20世纪60年代的系统论、信息论、控制论；
70年代的耗散结构理论、非线性理论；
80年代的数值方法、非连续变形分析等，使岩石破碎理论研究进入了一个崭新的阶段。
目前的研究认为，由于岩体中存在大量节理、裂隙等构造，由它们组成的结构面控制着岩体的破碎。
粒径大于10－80cm的块度，由原始结构面控制所占到的比例达50%――75%；
对于小于10cm的岩块，随着粒径的减小，其破碎面中原结构面影响所占的比例逐渐减少。
如当粒径为10cm和1.0cm时，结构面影响所占的比例从50%减到10%。
对于爆破的破岩机理，有以下认识：
（1）爆破后应力波的作用先于高压气体。
岩体中原有结构面与应力波的作用基本划定了岩块尺寸。
应力波破碎的特征是原有裂隙扩展、激发新裂隙、促使一些裂隙贯通或破裂。
（2）爆破的加载速度对裂隙的生长有较大作用。
慢加载利于裂隙的贯通和形成长裂隙；
快加载易产生较多短裂隙，却抑制了裂隙贯通。
（3）高压气体的作用除在孔壁近区外，对块度的划定不起主要作用，而主要使已破裂的岩体破碎和分离。
工程爆破中的不确定性：
（1）岩体本身的不均匀性，不连续，地应力、地下水作用；
岩体出露条件的局限性，使得岩体裂隙系统的几何参数难以确切描述；
（2）有限的试验难以代表整个工程特性，人们还无法进行大量的爆破块度分布的测量工作。
（3）爆破工作的模糊性、随机性导致计算结果的不确定性。
影响爆破效果的因素很多：
岩体结构、特性、炸药种类、爆破参数等；
因此建立在上述参数基础上的数学模型也就会有极大的不确定性
级配料开采研究内容：
（1）爆破块度分布规律：
地质因素对爆破破碎块度的影响，爆破孔网参数对块度的影响；
（2）爆破块度的分布模型及预报，
（3）堆石坝级配料开采深孔台阶爆破参数的优化，
（4）块度级配参数与爆破参数的相关分析
7围堰及岩坎拆除爆破
围堰及岩坎爆破方法用于导流洞、明渠进水口的挡水堤埂拆除、围堰拆除、堤坝爆破抢险分洪、船坞坞首岩坎拆除。
围堰及岩坎爆破施工属于临水爆破作用范畴。
一般是充分利用其顶面、非临水面及被爆破体内部廊道等无水区进行钻爆作业。
要求爆破一次爆通成型，能满足泄水、进水要求。
同时保证爆破区附近各种已成建筑物不受损害。
围堰及岩坎拆除爆破方案分为两类：
一是被爆破体充分破碎，岩渣聚集在岩坎内的预挖聚渣坑内，或是利用爆后水流冲渣及水下清渣；
二是在满足过水条件的情况下，使被爆体定向倾倒或滑移至水库中。
水利水电工程的施工围堰或岩坎现在普遍采用爆破技术拆除。
葛州坝水利枢纽大江混凝土心墙围堰的拆除，装药量47.8t，324响，拆除爆破总延时7.8s。
2006年6月6日三峡水利枢纽三期RCC围堰（碾压式混凝土围堰，全长580m）拆除爆破，拆除围堰总长480m，装药192t，2508枚数码雷管，900多响，总延时12.88s。
最大单响药量690kg。
拆除混凝土总方量18.67万方（110m高程以上部分，堰顶高程140m），相当于400个10层楼。
标志着我国围堰拆除技术上升到一个新的阶段。
围堰拆除爆破距建筑物最近者：
田坝电站2m，禹门口（提水工程）4m。
8定向爆破筑坝松动崩塌；
抛掷爆破；
9岩塞爆破
我国采用岩塞爆破打通水库放空洞与库内联接段的爆破工程20余个，1979年丰满电站的岩塞爆破规模最大，岩塞直径9m，用药4.1t。
爆炸处理采用聚渣和泄渣两种方式。
10爆破开挖技术规范修订和爆破测量技术
1963年的行业爆破规范――以手风钻为主的爆破开挖技术规范；
1983年行业爆破规范――潜孔钻为主要机械、深孔台阶爆破及预裂爆破为核心的开挖施工技术规范；
1994年修订规范――采用先进爆破技术，降低单响药量，确保基岩完整性，要求减少爆破对建筑物和设施影响，强调不同地质条件下开挖施工前必须进行爆破试验、开挖过程加强爆破监测。
工程实践中的开挖爆破、高边坡开挖爆破中普遍采用深孔台阶爆破，并将其与预裂爆破、光面爆破、缓冲爆破等方法组合，形成优质高效的开挖工艺。
2.2面板堆石坝混凝土挤压式边墙技术
（面板坝上游垫层区施工新技术）
面板坝上游面传统的施工方法：
将垫层料铺填超出设计垫层区上游面0.3—0.5m后进行碾压，一般层厚40cm；
待垫层料填筑至一定高度后，进行人工削坡整理，并反复进行斜坡碾压，然后再进行削坡整理、喷砂浆固坡等工序，直至符合设计坡面要求。
采取上述传统的施工方法，上游坡面施工工序复杂，垫层料斜坡面密实度难以保证、垫层料超填和整理工作量大，而且坡面长期无防护易受雨水冲刷。
混凝土挤压边墙技术即在每填筑一层垫层料之前，沿设计断面用挤压式边墙机制作出一个半透水的混凝土小墙，待该混凝土小墙凝固后，在其内侧按设计要求铺填大坝垫层料，再用振动碾平面碾压垫层料，待本层垫层料碾压合格后再重复以上工序。
该施工技术应用突破的技术难点：
混凝土挤压机械，
挤压式边墙的混凝土特性须考虑三方面因素：
挤压出的混凝土能否满足渗透要求（k=10-2—10-3cm/s），挤压混凝土的强度和弹模，配合比是否适合施工要求。
公伯峡面板堆石坝建设中开发研制的挤压机行进速度控制在50m/h;
挤压边墙成型2小时后,即可进行垫层料的铺填和碾压作业.
挤压式边墙施工技术特点:
（1）大坝施工进度明显提高。
挤压式边墙混凝土浇注施工速度达50m/h,混凝土成型后2-3h即可进行垫层料填筑,二者几乎同步上升。
（2）由于挤压边墙在上游坡垣的限制作用，垫层料无需超填，不再进行坡面修整和斜坡碾压，避免了上游边坡滚石和斜坡碾压的危险作业，施工难度和施工安全性大大提高。
（3）挤压边墙在坡面形成的规则坚实的支撑区域，使得垫层料的压实度得到保证。
（4）挤压边墙施工技术使得上游坡面施工工序、施工设备、机具得以简化。
传统工艺所需的坡面平整和碾压设备、沥青喷涂设备、水泥砂浆施工模具等被挤压机取代，人工修整作业量大为减少。
（5）挤压边墙形成的规则平整的上游坡面整洁美观，便于施工管理和混凝土面板的浇注施工。
（6）对大型工程和导流标准较高的工程及南方多雨地区，挤压边墙提供了抵御冲刷的上游坡面，可避免雨水对垫层料的冲刷；
导流度汛安全性亦有提高。
2.3地基处理技术的发展
1水工建筑物对地基的基本要求主要表现在以下三个方面：
地基承载力和稳定性问题；
沉降、水平位移及不均匀沉降问题；
渗透问题。
工程建设中，天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需对天然地基进行处理，形成人工地基以使其满足要求，保证建筑物安全与正常使用。
关于软弱地基：
软弱地基很难确切定义，工程界常将不能满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。
水利工程中常见软土地基有：
软黏土（软弱黏性土）地基：
海相、泻湖相、三角洲相和湖泊相的黏性土沉积物或河流冲积物。
大部为饱和状，俗称淤泥、淤泥质土。
软黏土的特点是天然含水量高，35%－80%；
空隙比大，1.0-2.0；
抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小，10-6－10-8cm/s。
在荷载作用下，软黏土地基承载力低，沉降变形大，不均匀沉降也大，沉降稳定历时也很长。
这种地基广泛分布于我国沿海以及内地河流两岸和湖泊地区。
人工填土地基：
素填土地基，系指由碎石、砂或粉土、黏土中的一种或几种组成的填土，不含杂质或杂质较少的地基；
杂填土地基系指人类活动形成的无规则堆积物，主要由建筑垃圾、生活垃圾、工业废料组成，成分复杂，性质不同，在同一场地的不同位置，其承载力和压缩性可能有较大差异；
冲填土地基系指由水利冲填泥沙形成的，其性质与所冲填泥沙的组成、性质、冲填时的水力条件密切相关。
沙土和粉土地基：
系指饱和粉沙土、饱和细沙土、沙质粉土地基，这类地基在静载作用下虽有较高强度，但在动荷作用下易发生液化或大量震陷变形，地基因液化而丧失承载力。
湿陷性土质地基：
湿陷性土包括湿陷性黄土、粉沙土、干旱半干旱地区具有崩解性的碎石土。
湿陷性黄土是指在地基土层的自重应力及自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，并发生显著下沉，其强度也迅速降低的黄土。
黄土广泛分布于我国陕晋甘肃大部地区，以及冀鲁豫和宁夏新疆辽宁等部分地区。
黄土作为建筑物地基，首先要判断其是否具有湿陷性，然后考虑是否需地基处理和如何处理。
有机质土和泥炭土地基：
土中有机质含量大于5%为有机质土，大于60%时称为泥炭土。
这类土有机质含量高，强度低，压缩性大，不宜作为天然地基。
膨胀土地基：
地基土粘粒成分主要由亲水性黏土矿物组成的黏性土，在环境温度和湿度变化时会产生强烈的膨胀变形。
多年冻土地基：
温度连续3年或3年以上保持在0度或0度以下，并含有冰的土层。
岩溶和山区地基
2经处理形成的人工地基基本型式
浅基础；
复合地基；
桩基础。
按照地基处理方法加固地基的原理，地基处理可以划分为三大类：
置换型地基：
部分置换形成复合地基；
全置换形成浅基础。
（换填垫层法，挤淤置换法，振冲置换法，强夯置换法，沙石桩，石灰桩，）
土质改良型地基：
挤密、振密（强夯法，振冲密实法，挤密沙石桩，爆破挤密法，灰土桩法，）、排水固结（堆载预压法，真空预压法，堆载预压与真空预压联合作用，降低地下水位等）、灌入固化物（深层搅拌法，高压喷射注浆法，渗入性灌浆法，劈裂灌浆法，）、冷热处理
加筋型地基：
竖向加筋（桩基础）；
水平向加筋（加筋土法）
3地基处理工程的研究发展方向
地基处理理论的研究：
加固机理及设计计算理论
地基处理新技术研究：
伴随新材料新工艺新机械出现的新方法研究。
地基处理新机械研究
地基处理技术综合应用研究
地基处理测试技术：
方法检验和地基处理效果评价
无盖重的固结灌浆技术（小浪底、三峡水电站工程）；
地下连续防渗墙（造孔，固壁，塌孔处理等）；
超软黏土地基的排水固结加固法（排水板，振冲碎石桩，沙桩，堆载真空预压法，）
超软黏土地基的爆破挤淤置换法；
土工材料应用技术：
（土工布，土工格栅等）
2.4坝基防渗墙技术
1、应用领域
修建在覆盖层上的土石坝及围堰工程大多要使用混凝土防渗墙作为坝基或坝体的防渗结构；
运行多年的水库，需进行维护加固或扩建，很多也要使用防渗墙进行补强加固处理；
长江黄河数万公里的提防的防渗加固，其中有的地段也需建造混凝土防渗墙。
国内外不断涌现的新施工工艺、施工机械、新材料诸方面的成果，以及防渗墙技术也被传播到其他建筑领域，其他行业的先进技术也不断移植到防渗墙工程中来，促进了现代防渗墙技术的不断进步，从而实现了国内许多高难度的、在世界上也不多见的地下防渗工程。
2、国外防渗墙技术和发展现状
地下连续墙技术起源于欧洲。
1950年首先在法国和意大利应用，缘于意大利米兰和法国巴黎的地基是由沙砾石和石灰岩构成，不便采用打桩或打板桩的方法进行基础施工；
因此首先出现了由桩柱排列成的防渗墙，最初是在围堰基础防渗中修建了连锁桩柱型防渗墙，接着被应用于永久建筑物的地下防渗，并迅速扩展到其他建筑领域，成为深基础和地下建筑物施工的重要手段。
与此同时，施工工艺的不断改进，形成了一些高效实用的公法。
较著名的有意大利的采用抓斗和冲击钻联合作业成槽的ICOS法，单斗挖槽的ELSE法；
法国的冲击回转式钻机成槽法；
德国的反循环法等。
1959年日本引进了意大利的施工技术，在坝工建设中成功应用。
并陆续开发研制成功了许多独创的地下连续墙施工设备和施工方法。
至今欧、日仍领导着这项技术的潮流。
（1）造孔机具
冲击钻：
国外早期实用的造孔机械，构造建单，操作方便，适于钻进漂石和基岩，凿钻深度可达150m；
70年代加拿大修建的马尼克大坝131m深的防渗墙就是用这类钻机建成的。
回转钻机：
效率高于冲击式钻机，适于软弱土层、沙层、沙砾石层的造孔。
钢绳抓斗、液压抓斗：
80年代以来，国外大
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