論混凝土面板300米級(jí)堆石壩的設(shè)計(jì)施工
沈定友
摘要 本文從未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對清潔循環(huán)能源的巨大需求，使建設(shè)混凝土面板300米級(jí)堆石壩水電站完全會(huì)成為事實(shí)，來提出設(shè)計(jì)施工方面的一些設(shè)想構(gòu)思，以供探討交流，以利工程建設(shè)。
Summary this article from future socio-economic development, on clean energy and enormous demand in the loop, so that the construction of the concrete panels 300 m level dam hydroelectric power station will become a reality, completely made in design and construction aspects of ideas for discussion on the communication, to facilitate the construction.
關(guān)鍵詞：300米級(jí)堆石壩、設(shè)計(jì)施工、探討交流、穩(wěn)定安全、嚴(yán)密防水
一般來說，混凝土面板堆石壩的構(gòu)造就是壩體分層填筑土石，上游擋水面澆筑混凝土面板，下游壩面堆石。面板壩因?qū)Φ匦巍⒌刭|(zhì)條件和環(huán)境條件的適應(yīng)性能良好；對多雨和惡劣氣候適應(yīng)性強(qiáng)；對外來物資需求少，填筑料可就地取材，各類巖石開挖料可分區(qū)使用；工程量相對較小，施工方便快速，機(jī)械化程度比較單一；且施工干擾少，運(yùn)行安全，容易維修，因此已經(jīng)成為世界公認(rèn)的一種經(jīng)濟(jì)適用的壩型而在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展。從1895年美國建成54米高的Morena壩至今，面板壩的建設(shè)和發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的歷程：20世紀(jì)60年代前是以拋填堆石為特征的早期階段；60年代后，面板壩完成了從拋填堆石向碾壓堆石的過渡；80年代后為高壩建設(shè)發(fā)展階段。1971年澳大利亞建成高110米的Cethena面板壩，奠定了現(xiàn)代面板壩的技術(shù)基礎(chǔ)。此后，巴西、哥倫比亞、墨西哥及澳大利亞等國先后修建了一些壩高在140米至190米之間的面板壩，現(xiàn)世界已建成兩座200米以上的面板壩（中國水布埡大壩233米，巴西Campos Novos大壩202米）。從目前已建成的大壩運(yùn)行狀況來看，絕大多數(shù)運(yùn)行性狀良好，面板壩已經(jīng)成為一種極富競爭力的土石壩壩型。隨著我國綜合國力的增強(qiáng)和“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的深入，在全球建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的大環(huán)境下，特別是在進(jìn)一步開發(fā)西部偏遠(yuǎn)山區(qū)水電資源的過程中，面板壩以其特有的優(yōu)勢，成為未來高壩建設(shè)中重要的選擇壩型之一。未來的10年至20年間，我國還將繼續(xù)研究探討300米左右的更高面板壩的建設(shè)，以建設(shè)提供更多清潔循環(huán)能源，積極促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展。因此，我提出混凝土面板300米級(jí)堆石壩設(shè)計(jì)施工方面的一些設(shè)想構(gòu)思，以供探討交流，以利工程建設(shè)。
我們知道，通過對地質(zhì)地形、水文氣候、生態(tài)環(huán)境、施工條件、建筑材料等情況，進(jìn)行深入細(xì)致的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，擇優(yōu)確定壩址、壩型和樞紐布置，接著進(jìn)行水工建筑物設(shè)計(jì)：構(gòu)造設(shè)計(jì)、荷載計(jì)算、抗滑穩(wěn)定分析、應(yīng)力分析、滲流計(jì)算、沉降計(jì)算、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算和抗震設(shè)計(jì)等。一般設(shè)計(jì)的壩體，壩底混凝土與巖基不易完全接觸好，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時(shí)，接觸面產(chǎn)生局部的微小裂縫，不利大壩的抗滑穩(wěn)定。強(qiáng)度和穩(wěn)定性是大壩安全的兩個(gè)重要方面，強(qiáng)度問題的研究，通常包括對內(nèi)力、應(yīng)力、變形、位移和裂縫的研究；當(dāng)應(yīng)力不超過材料的強(qiáng)度，變形和位移不超過建筑物正常工作狀態(tài)的允許值，以及在混凝土內(nèi)不出現(xiàn)裂縫或限制性裂縫在允許范圍以內(nèi)時(shí)，就可保證建筑物的正常運(yùn)行；因此，應(yīng)力分析是校核強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提；高壩應(yīng)力分析需要進(jìn)行理論計(jì)算（主要采用有限元法）和模型試驗(yàn)，以使設(shè)計(jì)的壩體滿足規(guī)定的應(yīng)力條件。大壩的構(gòu)造設(shè)計(jì)，要能保證在各種荷載組合情況下，大壩及其建筑物都能保證抗滑穩(wěn)定、滿足應(yīng)力條件、滿足滲流安全要求、滿足沉降安全、滿足應(yīng)力應(yīng)變穩(wěn)定安全、滿足地震安全要求。因此，采用下圖所示的壩體基本結(jié)構(gòu)
1
4 4 下游
5
堆石壩壩體基本結(jié)構(gòu)
1--鋼筋砼面板 2--墊層區(qū) 3--鋼筋砼斜墻 4--過渡區(qū) 5--堆石區(qū)
6--固結(jié)灌漿區(qū) 7--帷幕灌漿區(qū)
面板壩基基礎(chǔ)處理，在鋼筋砼面板和鋼筋砼斜面（斜角45°）處區(qū)域，采取先固結(jié)灌漿，然后在鋼筋砼面板處進(jìn)行帷幕灌漿，再在鋼筋砼面板和鋼筋砼斜墻處進(jìn)行斜鉆地下巖基、雙排交錯(cuò)錨桿加強(qiáng)地基抗滑處理。鋼筋砼斜墻標(biāo)高等同設(shè)計(jì)洪水位，不分上下游堆石區(qū)，墊層區(qū)和過渡區(qū)不嚴(yán)格分區(qū)，堆石級(jí)配良好、抗壓強(qiáng)度符合要求，采用統(tǒng)一相對密實(shí)度≧0.9。壩頂采用單層雙向鋼筋砼，面板和斜墻采用雙層鋼筋砼，面板錨桿混凝土埋入巖基一部分，所有砼體及接縫要求嚴(yán)密防水。由于混凝土（面板采用纖維混凝土，以加強(qiáng)緊密韌性）需要一定柔性，所以標(biāo)號(hào)適宜，但耐久性要高。其它同200米級(jí)設(shè)計(jì)。
下面，進(jìn)行施工方面的相應(yīng)探討。面板建基于弱風(fēng)化巖石上，上游面板后面和下游面板前面0.2倍壩高范圍內(nèi)的基礎(chǔ)開挖至強(qiáng)風(fēng)化中、下部巖石上，開挖面平坦，基礎(chǔ)開挖面清洗干凈。壩基內(nèi)其余基礎(chǔ)，將表面覆蓋及沖積層挖除至強(qiáng)風(fēng)化巖石（松動(dòng)層要挖除），不允許有高度大于1.0 m的陡坡和反坡，其間的連接坡度不陡于1∶1.4，基礎(chǔ)開挖面清洗干凈。壩基上下游要固結(jié)灌漿區(qū)域，將表面覆蓋及沖積層挖除，露出基巖面平整潔凈處理。對于上游面板后面和下游面板前面0.2倍壩高范圍內(nèi)的基礎(chǔ)遇到斷層時(shí)，將斷層破碎帶及斷層夾泥全部挖除，回填混凝土塞；處理深度：混凝土斷層塞的深度為斷層寬度的2--3倍。接著進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿（逐漸升壓、穩(wěn)壓進(jìn)行），梅花形布置；每孔一次連續(xù)完成，全部緊密有序進(jìn)行。待灌漿達(dá)到一定強(qiáng)度，進(jìn)行帷幕灌漿，沿面板壩基全線布置，每處不少于2排；每孔一次連續(xù)完成，全部緊密有序進(jìn)行。待帷幕漿液達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行地錨鉆孔；錨桿插入，待錨漿凝結(jié)達(dá)一定強(qiáng)度，露出錨桿縱橫交錯(cuò)連接成網(wǎng)，鋼筋與錨桿緊密相連形成骨架。采用高大鋼模，一次面板段順板澆筑2米。斜墻施工基本與面板同步，稍領(lǐng)先于面板。待砼強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求，拆除模板，該處緊接堆石分層填筑、適量灑水碾壓（面板稍遲于斜墻，基本同步），靠近混凝土處采用小型高頻振動(dòng)夯（逐漸提高頻率）進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)。兩相鄰混凝土段間做好防水處理，面板壩基與其上下游基巖間做好防水處理，并回填接縫嚴(yán)密。壩體適當(dāng)嵌入兩岸，縫隙嚴(yán)密防水處理，回填灌縫采用噴射細(xì)混凝土護(hù)理，壩體水平分層上升。另外，高度重視加強(qiáng)整體施工過程中的各種測量，以及各種原型觀測：壩面位移觀測（壩頂、上下游壩面的水平位移和垂直位移）、壩體內(nèi)部垂直位移和水平位移觀測（及壩基沉降）、面板變形（撓度）和應(yīng)力應(yīng)變觀測、接縫位移觀測、滲透壓力和滲透流量觀測、地震反應(yīng)監(jiān)測等。同時(shí)，迅速及時(shí)做好各種處理調(diào)整。
由于混凝土面板300米級(jí)堆石壩建設(shè)的非常重要性，所以對設(shè)計(jì)施工就提出了很高的要求：理念技術(shù)科學(xué)先進(jìn)（積極運(yùn)用Autocad Civil3D 2011、Autodesk Navisworks 2011、Autodesk Revit Architecture 2011、高精度探地雷達(dá)等)、策劃組織周密高效、信息搜集交流及時(shí)高效、實(shí)施細(xì)致協(xié)調(diào)、安全質(zhì)量高度保證。
參考資料：
1、公伯峽水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)
2、世界最高面板堆石壩--水布埡大壩
3、水利水電工程管理與實(shí)務(wù)（全國一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書（第二版））
自我簡介
作者 沈定友 (510213196907144097)
復(fù)旦大學(xué)理學(xué)學(xué)士 1991年畢業(yè)于光源與照明工程系（主修基礎(chǔ)物理）
中國一級(jí)注冊建造師
已注冊機(jī)電工程、建筑工程、公路工程
正增項(xiàng)注冊水利水電工程
電 話：18680872253
QQ號(hào)：996771036
Email：ay6978@163.com
5、20、2010
