我国建坝技术的发展和趋势创新 目录 混凝土重力坝 高拱坝 碾压混凝土坝 混凝土面板堆石坝 土石坝 1 混凝土重力坝 混凝土重力坝是一种古老坝型 其体型简单 便于布置泄洪建筑物和较能适应地基条件 因而在坝工发展史上起过重要作用 目前 世界上最高的混凝土重力坝为1961年建成的瑞士大狄克逊坝 坝高285m 但因混凝土重力坝依靠自重维持稳定 断面偏大 材料强度未能充分利用 造价较贵 施工周期较长 随着坝高的不断增加 已逐渐被其他坝型替代 长江三峡工程大坝全长2309 5m 最大坝高181m 混凝土总量2800万m3 装机容量1820万kw 是世界上最大的水利枢纽工程 标志着中国大坝建设技术的巨大进步 防洪 发电 航运是三峡工程的三大任务 相应的建筑物规模宏大 为了避免相互干扰 影响工程效益发挥 枢纽布置研究中 首先将通航建筑物中尺寸规模较大的船闸布置在左岸的半山坡中 避免船闸与其他建筑物争前缘 泄水和发电两大建筑物都置于河槽内 通航与泄水和发电三大建筑物分开排列布置 1 混凝土重力坝 三峡坝址河谷开阔 河岸弯曲 左岸为凸岸 设计将通航建筑物布置于左岸坛子岭外侧 上游引航道具有良好的进出口条件 下游引航道右侧布置隔流堤保护 船队航行受泄洪的影响较小 上下游航道口门区距离左岸电站进水口超过1000m 最大程度减小了发电对通航水流条件的影响 泄水建筑物布设在左河槽中部 上游迎对主流 利于泄洪 排沙 下游顺应河势 便于消能 归槽 为了适应大流量泄洪 同时减小前缘宽度的需要 在泄洪坝段采用了3层大孔口布置方案 为坝后厂房进水口布置留出了前缘宽度 两侧布置坝后厂房 导流分期和施工安排灵活 运行干扰小 表孔和深孔联合泄洪 深孔利于低水位时泄洪 排沙 千年一遇以上洪水表孔参与泄洪 这种布置型式可以充分利用泄洪前缘 缩短泄洪坝段长度 减小工程量 并有利于左岸电站的布置 减小左岸开挖工程量和边坡开挖高度 表 深孔同时泄洪 坝体上设隔墩分流 两股水流互不干扰 扩散均匀入水 在泄放千年一遇洪水时 入水单宽流量104 8m3 s m 下游水垫厚 消能条件好 泄洪设施布置可以宣泄各级频率洪水 满足水库运用需要 并有一定余地 1 混凝土重力坝 大坝混凝土体积达1600万m3 从1998年开始混凝土浇筑 1999年至2001年连续3年浇筑量均在400万m3以上 其中2000年创造了混凝土年浇筑强度548万m3 月浇筑强度55 35万m3 日浇筑强度2 2万m3的世界最高纪录 其施工技术创新表现在以下几个方面 1 混凝土重力坝 三峡大坝泄洪场景 1 混凝土重力坝 以塔带机连续浇筑混凝土为主的综合施工技术 选定了以塔带机为主 辅以高架门机 塔机和缆机的综合施工方案 从传统常规的吊罐浇筑改变为混凝土一条龙连续生产工艺 该浇筑系统由各混凝土拌和楼通过皮带机将混凝土输送到塔带机直接入仓浇筑 集水平和垂直运输于一体 开发研制了混凝土生产运送浇筑计算机综合监控系统 实现了混凝土施工全过程的实时监控 动态调整和优化调度 针对混凝土浇筑的复杂状况 对施工方案和施工计划进行科学的选择和安排 突破了传统的经验判断模式 成功地开发了混凝土浇筑施工计算机模拟系统 1 混凝土重力坝 混凝土原材料及配合比优化 采用缩小水胶比增加粉煤灰掺量的技术路线 从而更有效地提高混凝土的耐久性 采用有补偿收缩性能的中热大坝水泥 以减少混凝土收缩变形 减少混凝土产生裂缝的风险 二次风冷技术 三峡工程低温混凝土生产系统是世界上已建及在建工程中规模最大 温控要求最严的混凝土生产系统 要求夏季生产出机口温度为7 的低温混凝土 设计夏季高峰月混凝土浇筑强度为44万m3 针对三峡工程的特殊性及混凝土预冷工艺的要求 经反复试验后首次采用了二次风冷骨料技术 1 混凝土重力坝 混凝土综合温控防裂技术 采用了从选择优质原材料 优化混凝土配合比 控制混凝土出机口和浇筑温度 通水冷却 表面保温和流水养护等一整套温控措施 针对已浇筑坝段监测的温度情况 实行个性化通水冷却措施 尤其是高温季节 塔带机快速高强度浇筑坝体约束区混凝土 在国内外尚属首次 三峡三期大坝工程未出现温度裂缝 2 高拱坝 在狭窄河谷 宽高比小于3 上修建高坝 当地质条件允许时 拱坝往往是首选坝型 拱坝以其结构合理 体型优美 安全储备高 工程量少而著称 至二十世纪末 我国已建成的坝高大于100m的混凝土拱坝11座 含台湾省2座 拱坝数量已占世界拱坝总数的一半 属世界首位 1999年建成的二滩双曲拱坝 坝高240m 位居世界第四 比前苏联的英古里拱坝 坝高271 5m 低31 5m 标志着我国高拱坝建设已达到国际先进水平 我国目前正在建设一批300m级的高拱坝 如小湾 295m 锦屏 305m 溪洛渡 278m 这些工程不仅坝高 库大 坝身体积大 而且泄洪功率和装机规模都位列世界前茅 标志省我国高拱坝建设技术已处于世界领先水平 小湾水电站混凝土双曲拱坝最大坝高295米 为世界在建的第一座300米级混凝土双曲拱坝 其主要特点为 坝体承受的总水压力大 最大总水推力达1975万t 地震地质环境复杂 地震基本烈度为 度 地震设防烈度为世界同类坝型中最高者 抗震安全至关重要 小湾坝址河谷深切 岸坡陡峻 地应力高 拱坝坝基开挖后 浅表层岩体普遍存在开挖卸荷松驰现象 在两岸抗力体内 还存在着F11断层 蚀变带等地质缺陷 因此 大坝起裂荷不高 安全余度不大 坝肩抗滑稳定和坝基变形稳定问题突出 施工技术难度具有世界水平 拱坝混凝土总量870万m3 混凝土施工浇筑仓面大 最大2250m2 浇筑强度高 月最高23万m3 连续三年浇筑强度超过200万m3 总体而言 小湾拱坝高边坡开挖与支护 高强度混凝土浇筑技术和抗震措施均具有世界水平 2 高拱坝 2 高拱坝 高边坡处理技术 小湾水电站枢纽区河谷深切 山高陡峻 天然岸坡高出水面达1000余米 包括缆机平台在内的开挖边坡近700m 高边坡问题十分突出 小湾工程总结出了 高清坡 低开口 陡开挖 先锁口 强支护 排水超前 的开挖支护原则 并在强风化 强卸荷和崩坍堆积体中 采用组合螺旋钻跟管钻机造孔 土工布包裹锚索止浆等技术 解决了造孔难 穿索难 漏浆量大等技术难题 对饮水沟堆积体的变形治理 采用了削坡减载 锚索 网格梁 抗滑桩 内外排水等综合治理措施 2 高拱坝 小湾大坝浇筑场景 混凝土原材料及施工装备 为适应小湾拱坝承载力大 应力水平高的特点 对混凝土性能提出了 高强度 中等弹模 低热微膨胀 高极拉值 大徐变度 的技术路线并进行了系统研究 在高拱坝高标号混凝土的温控防裂技术方面 综合采用了低热微膨胀水泥 高掺优质粉煤灰 混凝土骨料二次风冷技术生产7 混凝土 平铺法浇筑混凝土 及时覆盖保温被 仓面喷雾技术 一期 中期 二期通水冷却控制温升曲线 控制沿高程方向的温度梯度 上下游粘贴苯板保温等温控措施 取得了良好的效果 为满足拱坝浇筑强度要求 选择了缆机作为大坝混凝土浇筑垂直运输的主要入仓设备 共设置6台30t平移式缆机 采取 双层双平 的布置方式 2007年创造了年浇筑混凝土235万m3 月最高强度23万m3 日浇筑混凝土1万m3的世界纪录 2 高拱坝 高烈度地震区的抗震工程措施 小湾工程建筑物地区地震基本烈度为 度 经地震危险性分析 小湾大坝地震设防标准按500年超越概率为10 的基岩峰值水平加速度为0 308g 设计烈度为 度 小湾大坝经研究确定采取了抗震钢筋结合阻尼器的综合抗震措施 2 高拱坝 泄洪消能措施 小湾水电站坝址区山高谷窄 最大泄洪落差226 26m 最大泄洪流量20683m3 s 校核洪水 相应下泄功率6400万kw 其 大泄量 高水头 窄河谷 的泄洪消能问题突出 泄洪功率为世界同类坝型前列 小湾水电站泄洪消能建筑物由坝身5个表孔 6个中孔 水垫塘 二道坝和左岸泄洪洞组成 坝身泄洪采用 横向单体扩散 纵向分层拉开 整体入水归槽 的泄洪碰撞消能方式 达到了较好的消能效果 提高了泄洪安全度 常年洪水采用左岸泄洪洞和过机流量泄洪 也可采用表孔或中孔泄洪 运行调度灵活 3 碾压混凝土坝 上世纪80年代 出现了采用超干硬性砼和振动碾压实方式的建坝技术 使砼重力坝面临了新的飞跃 这种被称之为碾压砼重力坝的新坝型 在施工速度和工程造价上较常规砼重力坝有明显优势 在我国得到了迅速推广应用 我国自1979年开始碾压混凝土筑坝技术的探索 研究和试验 经过20多年的实践和发展 取得了令人瞩目的成就 形成了一整套具有我国特点的筑坝技术 我国已建和在建的碾压混凝土坝共100座 近期拟建的24座 其中100m以上的高坝26座 200m级的高坝2座 我国在普定首次建成了世界第一高碾压混凝土拱坝 75m 后 又成功地建成了132m高的沙牌拱坝 目前正在设计和拟建140m 160m的高拱坝 总之 我国不仅在碾压砼坝的数量上 而且在建坝高度和科技发展上均已居于世界前列 龙滩大坝为目前世界上在建的最高碾压混凝土重力坝 大坝高216 5米 坝体混凝土总量660万m3 龙滩大坝工程主要有以下特点 日温差高达20 以上 雨季暴雨频繁 无论是冬天还是夏天 太阳辐射强烈 施工仓面大 一个坝段的最大仓面面积接近3500m2 施工强度高 夏季浇筑要求仓面浇筑强度达500m3 h 因此温控防裂技术是龙滩工程建设的难点之一 3 碾压混凝土坝 3 碾压混凝土坝 我国碾压混凝土筑坝技术 经过多年设计 科研 施工和管理等多方面不懈努力 不断提高完善 形成了不设纵缝富浆碾压混凝土防渗 低水泥用量 高掺合料 高效减水剂 低Vc值 大仓面连续浇筑 斜坡铺筑碾压以及变态混凝土代替常态混凝土防渗等一整套技术路线 并编制了相应的设计 施工和试验规范 碾压混凝土的设计与施工控制的重点是上游面防渗和坝体层间结合强度 为此 在上游面设变态混凝土防渗层 即在二级配碾压混凝土内用平铺法或打孔法加定量浆液 辅以人工振捣使浆液均匀扩散 提高混凝土抗渗性能 碾压混凝土采用高掺粉煤灰或掺矿渣 如大朝山碾压坝掺磷矿渣和凝灰岩 景洪工程采用掺60 的双掺料 水淬铁矿渣和石灰粉石各50 水泥用量均控制在70kg m3以下 混凝土绝热温升小 降低了温控防裂难度 3 碾压混凝土坝 保证混凝土层间结合强度的关键是保鲜和均一 即采用可碾压性好 Vc值较小的混凝土配合比 快速碾压每个坯层 碾压完成后立即覆盖保温被 景洪水电站大坝全景 3 碾压混凝土坝 龙滩大坝碾压混凝土除采用汽车入仓方式外 大部分采用高速皮带运输机 用灰岩加工的粗细骨料从5公里外的料场通过胶带机直接运到拌合搂 经一 二次骨料风冷和加冰拌制的混凝土出机口温度可控制在12 以下 皮带运输机上方设有遮阳防雨盖板和保温隔热设施 高速皮带运输机将混凝土转运到塔带机入仓 从拌和楼出机口取料到碾压完毕控制在1 5h内 皮带机单线最高运输强度达320m3 h 平均强度达260m3 h 取得了年浇筑大坝混凝土318万m3 月最高浇筑混凝土34 3万m3 单仓日碾压混凝土15816m3的世界纪录 由于严格执行了层间结合质量控制标准 通过钻孔取芯的试验资料统计 芯样获取率98 6 以上 层面完好率99 7 缝面完好率96 7 原位层间抗剪强度试验成果表明 无论是热升层还是冷升层 层间抗剪强度指标均远高于设计采用值 3 碾压混凝土坝 龙滩大坝施工场景 3 碾压混凝土坝 龙滩大坝碾压混凝土温控防裂技术主要有以下几点 综合运用常规温控措施 如预冷混凝土 快速平仓碾压 仓面喷雾 覆盖保温被 高温季节时埋冷却水管 加强养护和表面保温等 利用温控计算成果 采用分区冷却 合理控制混凝土内部温差和内外温差 降低混凝土温度应力 在上游面布设防裂钢筋 并在上游坝面涂刷水泥结晶型防水材料 通过系统试验 选择适合于龙滩工程的碾压混凝土配合比 并根据不同气温条件 动态控制Vc值 使碾压混凝土有光泽 有弹性 微泛浆 以保证层间结合良好 4 混凝土面板堆石坝 混凝土面板堆石坝由于其良好的适应性 经济性和安全性 在我国得到了迅速发展 我国已建和在建的面板坝已达150余座 其中百米以上的有37座 超过150m的