論混凝土面板300米級堆石壩的設計施工
沈定友
摘要 本文從未來社會經(jīng)濟發(fā)展，對清潔循環(huán)能源的巨大需求，使建設混凝土面板300米級堆石壩水電站完全會成為事實，來提出設計施工方面的一些設想構思，以供探討交流，以利工程建設。
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.
關鍵詞：300米級堆石壩、設計施工、探討交流、穩(wěn)定安全、嚴密防水
一般來說，混凝土面板堆石壩的構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。面板壩因對地形、地質條件和環(huán)境條件的適應性能良好；對多雨和惡劣氣候適應性強；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，機械化程度比較單一；且施工干擾少，運行安全，容易維修，因此已經(jīng)成為世界公認的一種經(jīng)濟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，面板壩的建設和發(fā)展經(jīng)歷了一個多世紀的歷程：20世紀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)代面板壩的技術基礎。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行狀況來看，絕大多數(shù)運行性狀良好，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和“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的深入，在全球建設低碳經(jīng)濟、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的大環(huán)境下，特別是在進一步開發(fā)西部偏遠山區(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，以建設提供更多清潔循環(huán)能源，積極促進經(jīng)濟建設、社會發(fā)展。因此，我提出混凝土面板300米級堆石壩設計施工方面的一些設想構思，以供探討交流，以利工程建設。
我們知道，通過對地質地形、水文氣候、生態(tài)環(huán)境、施工條件、建筑材料等情況，進行深入細致的技術經(jīng)濟比較后，擇優(yōu)確定壩址、壩型和樞紐布置，接著進行水工建筑物設計：構造設計、荷載計算、抗滑穩(wěn)定分析、應力分析、滲流計算、沉降計算、應力應變計算和抗震設計等。一般設計的壩體，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，接觸面產(chǎn)生局部的微小裂縫，不利大壩的抗滑穩(wěn)定。強度和穩(wěn)定性是大壩安全的兩個重要方面，強度問題的研究，通常包括對內(nèi)力、應力、變形、位移和裂縫的研究；當應力不超過材料的強度，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，就可保證建筑物的正常運行；因此，應力分析是校核強度和穩(wěn)定的前提；高壩應力分析需要進行理論計算（主要采用有限元法）和模型試驗，以使設計的壩體滿足規(guī)定的應力條件。大壩的構造設計，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、滿足應力條件、滿足滲流安全要求、滿足沉降安全、滿足應力應變穩(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構
1
4 4 下游
5
堆石壩壩體基本結構
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--固結灌漿區(qū) 7--帷幕灌漿區(qū)
面板壩基基礎處理，在鋼筋砼面板和鋼筋砼斜面（斜角45°）處區(qū)域，采取先固結灌漿，然后在鋼筋砼面板處進行帷幕灌漿，再在鋼筋砼面板和鋼筋砼斜墻處進行斜鉆地下巖基、雙排交錯錨桿加強地基抗滑處理。鋼筋砼斜墻標高等同設計洪水位，不分上下游堆石區(qū)，墊層區(qū)和過渡區(qū)不嚴格分區(qū)，堆石級配良好、抗壓強度符合要求，采用統(tǒng)一相對密實度≧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密防水。由于混凝土（面板采用纖維混凝土，以加強緊密韌性）需要一定柔性，所以標號適宜，但耐久性要高。其它同200米級設計。
下面，進行施工方面的相應探討。面板建基于弱風化巖石上，上游面板后面和下游面板前面0.2倍壩高范圍內(nèi)的基礎開挖至強風化中、下部巖石上，開挖面平坦，基礎開挖面清洗干凈。壩基內(nèi)其余基礎，將表面覆蓋及沖積層挖除至強風化巖石（松動層要挖除），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，基礎開挖面清洗干凈。壩基上下游要固結灌漿區(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)的基礎遇到斷層時，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。接著進行高壓固結灌漿（逐漸升壓、穩(wěn)壓進行），梅花形布置；每孔一次連續(xù)完成，全部緊密有序進行。待灌漿達到一定強度，進行帷幕灌漿，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，全部緊密有序進行。待帷幕漿液達設計強度后，進行地錨鉆孔；錨桿插入，待錨漿凝結達一定強度，露出錨桿縱橫交錯連接成網(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，稍領先于面板。待砼強度達設計要求，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夯（逐漸提高頻率）進行振動密實。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，并回填接縫嚴密。壩體適當嵌入兩岸，縫隙嚴密防水處理，回填灌縫采用噴射細混凝土護理，壩體水平分層上升。另外，高度重視加強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）和應力應變觀測、接縫位移觀測、滲透壓力和滲透流量觀測、地震反應監(jiān)測等。同時，迅速及時做好各種處理調(diào)整。
由于混凝土面板300米級堆石壩建設的非常重要性，所以對設計施工就提出了很高的要求：理念技術科學先進（積極運用Autocad Civil3D 2011、Autodesk Navisworks 2011、Autodesk Revit Architecture 2011、高精度探地雷達等)、策劃組織周密高效、信息搜集交流及時高效、實施細致協(xié)調(diào)、安全質量高度保證。
參考資料：
1、公伯峽水電站混凝土面板堆石壩設計
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務（全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書（第二版））
自我簡介
作者 沈定友 (510213196907144097)
復旦大學理學學士 1991年畢業(yè)于光源與照明工程系（主修基礎物理）
中國一級注冊建造師
已注冊機電工程、建筑工程、公路工程
正增項注冊水利水電工程
電 話：18680872253
QQ號：996771036
Email：ay6978@163.com
5、20、2010
