我国超高面板堆石坝的建设与技术展望.docx
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我国超高面板堆石坝的建设与技术展望
我国超高面板堆石坝的建设与技术展望
杨泽艳周建平
（水电水利规划设计总院，北京100011）
关键词：
超高面板堆石坝；建设技术回顾；技术设想展望
摘要：
自1985年引进现代面板堆石坝筑坝技术以来，我国面板堆石坝建设方兴未艾，筑坝技术取得长足进步。
到本世纪初，一些200m级高面板堆石坝已投入运行或即将投入运行，这些高坝的建设为我国200m级高面板堆石坝筑坝技术积累了丰富经验，理论水平也得到很大提高，筑坝技术已步入国际领先水平。
我国水电正进入一个高速发展时期，大江大河、高山峡谷和边远地区水电资源的开发呼唤300m级超高面板堆石坝技术的发展。
本文从设计和施工技术角度对我国200m级高面板堆石坝筑坝技术的发展做简要回顾，并对300m级超高面板堆坝建设的技术可行性做一展望。
0概述
我国自1985年引进现代技术修建混凝土面板堆石坝，这种坝型因其良好的安全性、经济性和地形地质条件的适应性，而深受坝工界的青睐，经常成为首选的坝型，因而得到广泛应用和迅速发展。
据统计，我国已建和在建的混凝土面板堆石坝已超过150座，坝高超过100m的有37座，坝高200m级的有4座。
表1国内200m级高面板堆石坝建设统计表[1]
序
号
坝名
建设
情况
河流
地点
（省/县）
坝高
（m）
坝长
（m）
总体积
（104m3）
库容
（108m3）
主要
任务
装机容量
（MW）
1
天生桥
一级
完建
（2000年）
南盘江
贵州
安龙
178
1104
1800
102.6
发电
1200
2
洪家渡
完建
（2005年）
六冲河
贵州
黔西
179.5
427.8
920
49.47
发电
600
3
水布垭
在建
清江
湖北
巴东
233
660
1526
45.8
发电
防洪
1600
4
三板溪
在建
清水江
贵州
锦屏
185.5
423.3
828.3
（主堆石）
40.95
发电
1000
国内已建成的最高的面板堆石坝，有天生桥一级，坝高178m，2000年建成；洪家渡，坝高179.5m，2005年建成。
即将完建的有水布垭（坝高233m）和三板溪（坝高186m），主要技术参数见表1。
处于建设初期的有滩坑（坝高162m）、江坪河（坝高221m）等。
国外已建成的有墨西哥的阿瓜米尔巴（坝高186m，1995年建成），在建的有马来西亚的巴贡（坝高205m）、墨西哥的艾尔卡扬（坝高189m）、冰岛的卡拉努尔（坝高196m）、巴西的巴拉格兰德（坝高185m）、坝泼斯·诺瓦斯（坝高202m）[2]。
通过高面板堆石坝的建设及相应的科技攻关、专题研究、运行监测等工作，可总结归纳国内外200m级高面板堆石坝的筑坝技术，从中得到一些新的认识。
我国水电开发建设正进入一个快速发展时期，大江大河上、高山峡谷及边远地区水电资源的开发需要300m级特高面板堆石坝技术。
本文拟通过对国内4座200级高面板堆石坝筑坝技术发展的回顾，提出300m级超高面板堆石坝筑坝技术的设想和展望。
2200级高面板堆石坝筑坝技术
天生桥一级面板堆石坝始建于1995年，2000年完建，当时，设计和施工均引进了巴西（FOZDOAREIA）面板堆石坝筑坝技术，进行了大量科学研究和技术攻关，为我国200m级高面板堆石坝建设积累了宝贵的经验和教训。
洪家渡、三板溪和水布垭均始建于2000年以后，洪家渡于2005年完建，已安全运行2年，水布垭和三板溪也将于2007年完建。
国内200m级高面板堆石坝河谷特征及变形、渗漏量、裂缝和面板脱空等运行情况统计见表2。
由表可知，2000年以后建设的面板堆石坝，沉降量均较小，不超过坝高的1%，面板裂缝也较少，渗漏量和面板脱空宽度都不大，运行状况呈现良好势头。
说明在总结2000年前建设经验和教训的基础上，200m级高面板堆石坝的筑坝技术逐渐成熟。
表2国内200m级高面板堆石坝河谷形状及沉降统计表
名称
坝宽
高比
最大沉降量（cm）
（位置/监测时间）
沉降与坝
高比值（%）
面板裂缝
数量（条）
趾板裂缝
数量（条）
渗漏量
（L/s）
面板脱空
宽度（mm）
天生桥
一级
6.2
347.0
（软岩区/0.6倍坝高）
（2003年7月）
1.94
4537
约400
183/80
150
洪家渡
2.38
132.2
（下游/0.48倍坝高）
（2006年3月）
0.74
33
117
59/20
11.9
水布垭
2.83
187.2
（下游/0.53倍坝高）
（2006年6月）
0.80
255
（一期面板）
203
（低高程）
——
40
（一期面板）
三板溪
2.28
144.96
（下游/0.58倍坝高）
（2005年11月）
0.78
75
73
——
注：
表中渗漏量分别为最大值/平均值
2.1设计技术
1．筑坝材料
堆石坝筑坝材料特性统计参数见表3，堆石最大料径80mm～160mm。
2000年以前，修建面板堆石坝部分采用了软岩料，堆石孔隙率都大于22%。
2000年以后，坝体堆石料都采用中等硬度（湿抗压强度≥30MPa）以上岩石，堆石料级配良好；三板溪坝为改善坚硬岩细粒偏少、推铺易出现架空、碾压不易收敛的现象，采取坚硬与较软岩掺混的措施；孔隙率约20%或小于20%，孔隙率减少2个百分点，以求堆石主压缩变形在施工期完成，减少次压缩变形和流变变形以及纵向变形，因而施工过后，坝体总体变形量大幅减小。
表3国内200m级高面板堆石坝堆石特性参数统计表
名称
堆石分区
岩性/硬度
孔隙率
（%）
干密度
（g/cm3）
最大粒径
（cm）
备注
天生桥
一级
主堆石区ⅢB
灰岩/中硬岩
23
2.1
80
软岩料区ⅢC（坝轴
线下游中心部位）
砂泥岩混合料/软岩
22
2.15
80
次堆石区ⅢD
灰岩/中硬岩
24
2.05
160
洪家渡
主堆石区ⅢB
灰岩/中硬岩
20.02/19.69
2.18/2.19
80
括号中
为初期
参数
次堆石区ⅢC
20.02（22.26）
2.18（2.12）
160（120）
排水堆石区ⅢE
22.26
2.12
120
水布垭
主堆石区ⅢB
灰岩/中硬岩
19.6
2.18
80
次堆石区ⅢC
20.7
2.15
80
排水堆石区ⅢD
120
三板溪
主堆石区ⅢB
微新和弱风化或强风化
砂板岩及凝灰岩混合料
/坚硬与较软岩掺混*
19.33
2.17
80
下游堆石区ⅢCA
17.62/19.48
2.15
80
排水堆石区ⅢCB
20.07
80
*硬软岩掺混比例在7:
3～6:
4之间
2．坝体断面分区
2000年以前建设的坝很少设专门的排水堆石区。
2000年以后建设的坝基本上都划分为主堆石区、下游（次）堆石区和顶面高于下游洪水位的水下堆石区，下游坝体水下堆石区要求级配良好，小于0.075mm颗粒含量不大于5%，孔隙率略大于主堆石区，渗透系数等于或大于主堆石区；三板溪下游水下堆石区最大粒径与主堆石区的一致，洪家渡和水布垭最大粒径为120cm；下游堆石区的孔隙率都比主堆石区略大或一致，洪家渡坝除初期少量次堆石料比主堆石区大外，大部分区域主、次堆石区孔隙率保持一致，使坝体上下游堆石体成为均一密实体，有利于坝体上下游均匀变形；洪家渡坝还在坝轴线上游陡边坡区设置了孔隙率与过渡料相当的特别碾压堆石区，以减小陡边坡对坝体不均匀变形的不利影响。
高面板堆石坝的最大沉降都发生在坝轴线下游约1/3～1/2坝高处（见表2）。
由此可见，坝体最大沉降量与排水体设计及下游（次）堆石区孔隙率偏大不无关系。
3．面板和趾板
面板特性参数统计见表4，混凝土面板厚度0.3m～1.1m，分块宽度8m～16m，混凝土强度等级C2825～30。
2000年以后建设的面板堆石坝，对面板的防裂抗裂都进行了有针对性的研究，采取了必要的措施，如混凝土中添加聚丙烯纤维，注重保温保湿养护。
洪家渡还采用了外掺氧化镁收缩补偿混凝土和涂刷表面养护剂，三期面板中试用了无配筋钢纤维混凝土板；三板溪在混凝土表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂层；水布垭在约2/3坝高处设永久水平缝，三板溪一块面板约1/2坝高设水平永久缝；洪家渡和三板溪还采用了全部双层双向配筋。
这几座坝都取得了面板裂缝少的良好效果。
表4国内200m级高面板堆石坝混凝土面板特性统计表
名称
面积
（104m2）
厚度（cm）
（顶/底）
分块宽
度（m）
混凝土强度/
抗渗/抗冻等级
配筋形式
防裂措施
天生桥
一级
17.27
0.3/0.9
16
C25/W12/F100
单层双向（下部）
双层双向（上部）
——
洪家渡
7.21
0.3/0.91
15
C30/W12/F100
双层双向/
三期1块采用
钢纤维混凝土
收缩补偿/聚丙烯纤维/
1块试用无配筋
钢纤维混凝土面板
水布垭
13.84
0.3/1.1
8/16
C25~30/W12/F200
单层双向（大部）
双层双向（局部）
复合外加剂/聚丙烯睛纤维/
约2/3坝高设水平永久缝
三板溪
8.40
0.3/0.92
8/16
C30/W12/F100
双层双向
聚丙烯纤维/水泥基渗透
结晶防水涂层/一块面板
1/2坝高设水平永久缝
趾板特性统计见表5。
趾板宽度有减小趋势，将渗径延至趾板下游坝内；混凝土中或添加聚丙烯纤维，或掺处收缩补偿外加剂，或设宽槽分序浇筑，使得趾板裂缝数量大幅减少。
但由于趾板混凝土浇筑于基岩上，受基岩约束作用，趾板防裂抗裂措施仍值得研究。
表5国内200m级高面板堆石坝混凝土趾板特性统计表
名称
宽度
（m）
厚度
（m）
混凝土强度/
抗渗/抗冻等级
结构措施
天生桥一级
10/8/6
1/0.8/0.6
C25/W12/F100
不设伸缩缝/视需要分施工缝
洪家渡
4.5+L1
L1=20~30
1/0.8/0.6
C30/W12/F100
等宽连续窄趾板收缩补偿混凝土/
聚丙烯纤维/不设永久缝/分序浇筑
水布垭
8/6
1.2~0.6
C25/W12/F200
不设永久缝/设宽槽/微膨胀混凝土
三板溪
12/10/8/6/5
1/0.8/0.6
C25/W12/F100
低热缩膨胀混凝土/聚丙烯纤维/
分块连续浇筑
4．接缝止水
接缝止水特性统计见表6。
2000年后建设的面板堆石坝，除水布垭周边缝约1/2坝高以下采用了三道止水，其余均只设二道止水，避免了中部止水带造成的缝两侧混凝土浇筑可能出现的质量缺陷成为止水薄弱环节的弊端；周边缝基本上都采用止水与自愈相结合的新型结构型式，并进行了高水头下的适应变形能力试验研究；更加注重表层止水的可靠性措施，表面复合橡胶板相当于将中部止水带移至表面，盖板的隆起长度更能满足周边缝张开的需要，两侧用带椭圆孔的扁钢及膨胀螺栓固定在趾板和面板上，止水功能更可靠；上覆分散性细粒料使周边缝基本上都具有自愈能力。
洪家渡和三板溪还在止水铜片上复合了GB止水板，增强了阻水功能。
表6国内200m级高面板堆石坝接缝止水特性统计表
名称
周边缝止水结构
受压垂直缝止水结构
天生桥
一级
1/2坝高以下三道止水：
底部、中部止水铜
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