論混凝土面板300米級堆石壩的設計施工
沈定友
摘要 本文從未來社會經濟發展，對清潔循環能源的巨大需求，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，因此已經成為世界公認的一種經濟適用的壩型而在國內外得到迅速發展。從1895年美國建成54米高的Morena壩至今，面板壩的建設和發展經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展階段。1971年澳大利亞建成高110米的Cethena面板壩，奠定了現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，絕大多數運行性狀良好，面板壩已經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”戰略的深入，在全球建設低碳經濟、資源節約型、環境友好型社會的大環境下，特別是在進一步開發西部偏遠山區水電資源的過程中，面板壩以其特有的優勢，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能源，積極促進經濟建設、社會發展。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、生態環境、施工條件、建筑材料等情況，進行深入細致的技術經濟比較后，擇優確定壩址、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，接觸面產生局部的微小裂縫，不利大壩的抗滑穩定。強度和穩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的允許值，以及在混凝土內不出現裂縫或限制性裂縫在允許范圍以內時，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 3--鋼筋砼斜墻 4--過渡區 5--堆石區
6--固結灌漿區 7--帷幕灌漿區
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，墊層區和過渡區不嚴格分區，堆石級配良好、抗壓強度符合要求，采用統一相對密實度≧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、穩壓進行），梅花形布置；每孔一次連續完成，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，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、地震反應監測等。同時，迅速及時做好各種處理調整。
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、實施細致協調、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（全國一級建造師執業資格考試用書（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：[email protected]
5、20、2010
