我国超高面板堆石坝的建设与技术展望
水利施工中面板堆石坝坝体填筑施工技术探讨
水利施工中面板堆石坝坝体填筑施工技术探讨摘要：20世纪90年代以来，我国水利水电建设进入了快速发展阶段。
这些工程多位于交通不便、经济不发达的西部地区，如黄河中上游、新疆高山峡谷等，适合建设超高混凝土面板堆石坝。
在水库建设中，由于高寒、高海拔、高地震、深厚覆盖层、重泥沙等特殊条件，形成了就地取材筑坝的趋势。
自1982年混凝土面板堆石坝施工技术引进以来，柯克亚水库混凝土面板堆石坝(坝高41.5米)已成为一支新生力量。
鉴于此，结合笔者多年的工作经验，对水利施工中混凝土面板堆石坝的施工工艺提出几点建议，仅供参考。
关键词：水利施工;面板堆石坝坝体;填筑施工技术引言随着社会的不断进步和发展，各界取得了巨大进步，同时对资源的需求也在增加。
水利水电项目大大缓解了目前的资源短缺，中国水资源的不平衡可以通过水利水电项目来解决。
对清洁能源的需求正在逐步增加，水利水电项目也可以提供更清洁的能源。
但是，水利水电工程建设较为复杂，施工时间较长，施工项目较多，增加了施工难度。
因此，有必要分析水利水电建设的困难和技术要点，以确保建设质量。
1面板堆石坝坝体填筑基本状况面板堆石坝是我国水利工程建设中常用的这种方法的资本相对较少，材料的实际应用和建造时间较短，有利于尽快建造水利项目。
在壁填方挡墙充填过程中，需要分割工作区域，并且每个区域的特定充填需求也不同。
在这种情况下，相应的填充作业将继续采用叠加模式来实现填充。
填充完成后，为了提高整体稳定性，需要采用路面和轴承。
基础施工后，为了保证质量能够满足应用要求，有必要确保质量检验程序符合技术要求。
可以说，填充墙坝项目是一个系统过程，其中每个施工环节都与以前的施工情况相关联，也会对下一施工环节产生影响。
2水利水电工程施工中的难点2.1废渣场地的选择在水利水电项目建设过程中，将产生大量废物残留物，如果废物残留物随意堆积，将导致土壤侵蚀。
废料倾倒河内时，会堵塞河道，降低河道的过滤能力，严重威胁洪水高峰时期人民的生命和财产安全。
中国水利水电科学研究院的面板堆石坝数值分析研究的回顾与展望
W a t e r R e s o u r c e s a n dh y d r o p o w e r E n g i n e e r i n gV o l .36N o .2中国水利水电科学研究院的面板堆石坝数值分析研究的回顾与展望徐泽平(中国水利水电科学研究院,北京 100044)【摘 要】 主要介绍中国水利水电科学研究院在面板堆石坝数值计算分析方面的一些经验,以及有关峡谷地区高面板堆石坝、利用软岩修筑面板堆石坝和深覆盖层上面板堆石坝等方面的研究成果,同时还对面板堆石坝数值计算分析中需进一步研究的问题进行了讨论.【关键词】 面板堆石坝;数值分析;应力;变形;中国水利水电科学研究院中图分类号:T V 641.43 文献标识码:A 文章编号:1000-0860(2005)02-0039-05R e s e a r c h w o r k s o f I WH Ro nn u m e r i c a l a n a l y s i s o f C F R D :r e v i e wa n dp r o s p e c tX UZ e -p i n g(C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r R e s o u r c e s a n dH y d r o p o w e r R e s e a r c h ,B e i j i n g 100044,C h i n a )A b s t r a c t :S o m e e x p e r i e n c e s o f I WH R o nt h en u m e r i c a l a n a l y s i s o f C F R D a r ei n t r o d u c e dh e r e i n .I na d d i t i o n ,s e v e r a l r e -s e a r c hp r o j e c t s s u c h a s :h i g hC F R Db u i l t i nn a r r o wv a l l e y ,C F R Dc o n s t r u c t e dw i t hs o f t r o c k f i l l a n dC F R Dc o n s t r u c t e do n d e e p a l l u v i a l f o u n d a t i o na r e b r i e f l y i n t r o d u c e d .F u r t h e r m o r e ,s o m e p r o b l e m s t h a t n e e d t o b e f u r t h e r s t u d i e d a r e d i s c u s s e da s w e l l .K e yw o r d s :C F R D ;n u m e r i c a l a n a l y s i s ;s t r e s s ;d e f o r m a t i o n ;I WH R收稿日期:2004-07-11作者简介:徐泽平(1963—),男,教授级高级工程师,博士.1 概 述混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构、并在其上游表面设置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝形式.采用薄层碾压技术的现代面板堆石坝始于20世纪70年代,而中国于1985年也开始采用现代技术修建混凝土面板堆石坝.20多年来面板堆石坝的设计和施工技术取得了迅速的发展.在面板堆石坝的设计中,数值分析方法是一种有效的分析工具.通过数值计算分析,可以深入了解面板堆石坝在各种工况下坝体和面板的应力变形特性,预测坝体可能的变形与破坏形式,从而为坝体的结构设计与施工提供指导.伴随着中国面板堆石坝技术的发展,中国水利水电科学研究院(以下简称“中国水科院”)在面板堆石坝的数值计算方面进行了大量的研究工作.从中国第一座面板堆石坝———西北口面板堆石坝到目前在建的世界最高的面板堆石坝———水布垭面板堆石坝,中国水科院完成了大量实际工程的计算分析工作.表1所列为中国水科院参与计算分析的部分面板堆石坝工程.近些年来,在国家科技攻关项目和国电公司重点项目的资助下,中国水科院先后参加、完成了“200m 级高混凝土面板堆石坝关键技术研究”、“峡谷地区高混凝土面板堆石坝关键技术应用研究”、“利用软岩筑面板堆石坝关键技术应用研究”、“深覆盖层上面板堆石坝关键技术研究”、“超硬岩筑面板堆石坝关键技术应用研究”等项目的研究工作.同时,仍在继续进行“面板堆石坝长期变形特性研究”、“面板堆石坝湿化变形特性研究”、“面板堆石坝非连续变形分析方法研究”等项目的研究工作.39表1 中国水利水电科学研究院参与计算分析的部分面板堆石坝工程编号坝 名地点坝高/m筑坝材料1西北口湖北95灰岩2水布垭湖北233灰岩3天生桥一级贵州178灰岩4洪家渡贵州179.5灰岩5三板溪贵州185.56紫坪铺四川159砂岩、灰岩7吉林台新疆152凝灰岩8公伯峡青海130砂砾石9街面福建126重结晶坚硬泥岩、石英砂岩10芹山福建122凝灰岩11积石峡青海100黑云角闪片岩12龙首二级(西流水)甘肃146.5辉绿岩13九甸峡甘肃136.5灰岩14舍网浙江35.515溪口抽水蓄能电站上库浙江38.116溪口抽水蓄能电站下库浙江43.117张河湾抽水蓄能电站上库河北18西龙池抽水蓄能电站上库山西5219泰安抽水蓄能电站上库山东99.820十三陵抽水蓄能电站上库北京75安山岩21察汗乌苏新疆107.6砂砾石22云荞云南82.2灰岩23宜兴抽水蓄能电站上库江苏75石英砂岩夹泥岩24鱼跳重庆110砂岩25盘石头河南106砂岩、页岩26大坳江西90砂岩27柴石滩云南103白云岩2 数值计算分析方法2.1 堆石体的本构模型在面板堆石坝的设计施工中,堆石体的变形控制是影响坝体和面板工作性状的关键问题.就目前而言,有限元计算分析是进行面板堆石坝应力变形分析的主要手段,而材料的的本构关系又是有限元计算分析的核心问题之一,因此,堆石材料的本构模型对于面板堆石坝数值计算分析的结果有着至关重要的作用.在多年的计算分析实践中,中国水科院开发了基于多种本构模型的分析方法,其中主要包括:非线性弹性K-G模型、试验曲线插值模型和D u n c a n-C h a n g双曲线模型,目前正在进行基于剑桥弹塑性模型分析方法的开发.对于试验曲线插值模型,其模量的计算基于常规三轴试验的实测数据,通过插值计算的方法,由应力不变量、轴应变和八面体剪应变算出.模型的主要计算公式为 G=(Δτo c t/Δε1)/(Δγo c t/Δε1)(1)ν=(3/22)(Δγo c t/Δε1)-1(2)K=G(2/3)(1+ν)/(1-2ν)(3)σo c t=(σ1+2σ3)/3(4)J3=σ1(σ3)2(5)τo c t=(2/3)(σ1-σ3)(6)γo c t=(2/3)(3ε1-εν)(7)对于D u n c a n-C h a n g双曲线模型,在实际的计算中曾尝试了使用其E-ν模式和E-B模式.经计算分析比较,E-ν模式由于模量估算失真,计算结果与实测相差较大,因此,在堆石坝的分析中一般宜采用E-B模式.D u n c a n模型E-B模式的主要计算公式如下.切线弹性模量E t=K·P a·(σ3P a)n[1-R f(1-s i nφ)(σ1-σ3)2c c o sφ+2σ3s i nφ]2(8)切线体积模量B=K b·P a·(σ3P a)m(9)卸荷时,采用卸荷弹性模量E u r=K u r·P a·(σ3P a)n(10)式中,σ1和σ3为最大和最小主应力;P a为大气压力; c和φ为强度指标;R f为破坏比;K为弹性模量数;n为弹性模量指数;K b为体积模量数;m为体积模量指数; K u r为卸荷弹性模量数.在采用非线性弹性模型进行面板堆石坝的计算分析时,程序的处理上要注意各弹性常数间的相关关系.对于D u n c a n E-B模型,尤其要注意泊桑比ν的控制,过大或过小的ν值都将对计算结果的精度产生不利的影响.从大量计算分析的结果上看,由于堆石材料应力应变关系具有明显的非线性,因此,其本构模型必须准确反映这种非线性关系,线弹性模型对于堆石变形的计算是不适用的.另外,堆石料的剪缩特性对面板的应力有一定的影响,对于堆石剪缩特性的合理考虑,宜采用弹塑性模型.采用多屈服面、非关联流动法则的弹塑性模型将是未来面板堆石坝计算分析的发展方向,但这一类模型目前仍面临着试验方法特殊、计算参数类40水利水电技术 第36卷 2005年第2期水利水电技术 第36卷 2005年第2期比性差、以及计算复杂等问题.就目前而言,采用邓肯的E -B 模型并结合一些适当的修正,其计算分析的结果基本上是可信的,就工程实用的角度而言,其计算结果的精度也可以满足工程的要求.2.2 接触面及接缝系统的模拟在面板堆石坝的结构中,涉及到刚性的混凝土面板与散粒体堆石的相互作用面,以及面板纵缝、面板周边缝等接缝系统,因此,在面板堆石坝的数值计算分析中,需对坝体结构中各类不同材料的接触面和面板的分缝进行有效地处理.由于接触面两侧材料性质相差悬殊,在外力作用下,通常都会表现出与连续体不同的剪切滑移、脱开分离等特殊的变形特征,因此,在计算分析中需要采用特殊的单元来加以模拟,以准确、真实地反映坝体各部位相互作用的特性.在以往的计算分析中,接触面的模拟常采用无厚度的G o o d m a n 单元来模拟,其单元的受力变形与接触面两边节点的相对位移直接相关,对于G o o d m a n 单元,由于其无厚度的特性,在实际计算分析中,很难保证单元两侧的节点不发生相互嵌入的现象,而且法向劲度取值过大或过小对于计算的精度也会产生不利的影响.事实上,从实际工程的观测和试验室的试验中均可发现,在两种材料性质相差悬殊的介质之间,一般都会在材料性质相对较弱的一面形成一个薄层的剪切带,因此,采用薄层接触面单元来模拟不同材料之间的接触情况可能会更接近实际.对于薄层接触面单元,接触面上的变形可以分为基本变形和破坏变形两部分.在正常受力情况下,单元产生基本变形(ε′),其材料的本构关系与垫层料一致,薄层单元在计算过程中按普通实体单元参与计算.当剪应力达到抗剪强度产生了沿接触面的滑动破坏或接触面受拉产生了拉裂破坏时,单元产生破坏变形(ε″),破坏变形采用刚塑性假定,即假定接触面单元破坏前,接触面上无相对位移,当接触面发生张裂和剪切变形时,则相对位移将不断发展.对于接触面上的破坏变形(ε″),可以用下式表示Δε″s Δε″n Δγ″s n=0001E ″001G ″ΔσsΔσnΔτs n=C ″(Δσ)(11)式中,E ″和G ″分别是反映拉裂破坏变形和滑动破坏变形的模量参数.平行于接触面方向上的正应变由于受到混凝土的约束不会发生破坏,因此可取Δεs″=0,对应的,C ″矩阵中的相应元素取为0.接触面的总变形为基本变形和破坏变形的叠加(Δε)=(Δε′)+(Δε″)=C ′(Δσ)+C ″(Δσ)=C (Δσ)(12)对于面板之间的接缝,采用在分缝处设置双节点的分离缝单元模拟,缝单元采用无厚度形式.当接缝呈受拉趋势时,缝节点分离,两缝节点各自随垂直缝两边的面板单元位移;当接缝受压时,缝节点重合.对于趾板与面板之间的周边缝,则采用软单元的方式进行模拟.即在面板单元与趾板单元之间设置一个薄层软单元,当单元受压时,此软单元取混凝土材料的力学特性;当接缝受拉或受剪时,软单元则取为较低模量的柔性材料特性.需要指出的是,尽管薄层接触面单元在模拟接触面的剪应力传递和避免接触面两边介质的互相嵌入上具有一定的优势,但是,它对于接触面相互脱开的模拟仍存在缺陷.在未来的计算分析中,我们将进一步研究能够反映接触面非连续变形特性的界面单元的应用.2.3 施工及蓄水过程的仿真从大量的计算分析中可以发现,面板堆石坝的施工顺序及蓄水过程对于坝体的变形以及面板的应力有着明显的影响,因此,在计算分析中应真实地模拟坝体的实际填筑过程和面板的分期浇筑,尤其是坝体临时挡水断面及其后续填筑层的施工过程模拟.计算中每一填筑施工层作为一个增量荷载步进行迭代计算,水库蓄水的过程也应分成多个荷载步进行计算.计算分析的结果表明,在每一填筑施工层计算结束后,采用填筑层表面位移归零的处理方式,将会得到与观测结果较为一致的成果.在蓄水期,坝体堆石的上游侧由于水荷载的作用,主应力方向发生偏转,σ3数值明显增加,(σ1-σ3)数值减小,产生偏应力卸载现象.在蓄水期的计算中,应充分考虑这一卸荷过程,对相应的单元采用卸荷模量进行计算,以准确计算蓄水期面板的应力.3 工程应用研究在长期的面板堆石坝数值计算分析的实践过程中,中国水科院逐步形成并完善了一套完整的面板堆石坝应力变形分析技术,并进行了大量实际工程的计算分析和方案论证工作.其中包括面板堆石坝施工过程的仿真分析、岸坡地形对面板坝应力变形特性的影响分析、次堆石区坝料特性对坝体和面板应力变形特性的影响分析、面板堆石坝与坝基覆盖层的相互作用41分析、面板的温度应力与干缩应力分析、特殊结构形式(高趾墙、挤压式挡墙)的面板堆石坝应力变形分析等.以下所列为中国水科院近些年完成的部分面板堆石坝数值分析项目成果简介.3.1 利用软岩筑面板堆石坝对于坝高小于120m的面板堆石坝,采用软岩堆石(饱和抗压强度小于30M P a)作为筑坝材料,充分利用开挖料并提高料场的利用率,是面板坝工程中节约投资、缩短工期的重要途径.这项研究工作主要是通过对江西大坳面板堆石坝、重庆鱼跳面板堆石坝和河南盘石头面板堆石坝的数值计算研究,就软岩堆石分区对坝体应力变形特性的影响进行分析,并在此基础上提出软岩堆石分区布置和优化的一般原则.研究结果表明,对于软岩堆石料的利用,应保证软岩料区的下边界线在大坝运行时处于干燥区,以便坝体排水畅通,并避免软岩遇水产生湿化变形等;上边界线应保证其上游有不小于2m的新鲜硬岩填筑层;下游边界线应保证坝体下游边坡的稳定,且在其外侧留有不小于2m新鲜硬岩填筑区,以防止软岩料的继续风化;软岩堆石区的上游边界线应通过应力变形计算分析,在保证坝体施工期、运行期的沉降量以及面板的应力在合理范围内的前提下,尽量往坝体上游侧靠近,以期能够最大限度的利用软岩材料.3.2 峡谷地形下的面板堆石坝应力、变形特性研究对于峡谷地形条件下修建的高面板堆石坝,岸坡的约束和坝肩边坡的地形对于坝体和面板的应力和变形特性有着直接的影响,因此,在计算分析中,必须在综合考虑坝址地形条件的情况下,对坝体进行整体三维有限元计算分析.这项研究主要是通过数值计算的方法,结合179.5m高的洪家渡面板堆石坝工程,研究峡谷地形条件下高混凝土面板堆石坝的应力、变形特性.在计算分析中,通过考虑河谷地形和施工顺序对坝体及面板应力变形的影响,深入研究了洪家渡面板堆石坝在狭窄、不对称河谷地形条件下的应力、变形分布规律,以及面板周边缝的变形特点,并为坝体材料的合理分区及断面的优化设计提供依据.3.3 深覆层上的面板堆石坝对于修建于深覆盖层上的面板堆石坝,采用混凝土防渗墙构筑一道垂直防渗体系是工程中经常采用的有效方法.采用这样的防渗体系,防渗墙与上部坝体防渗体(面板)的连接将是整个防渗体系的关键部位.在这项专题的研究中,主要是通过对坝体和坝基整体结构在不同工况下应力变形的数值计算分析,深入研究覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性、深覆盖层对上部坝体变形的影响规律以及坝体—面板—趾板—连接板—防渗墙—覆盖层之间的静力相互作用性态,对工程的结构形式和设计方案作出论证.4 今后的研究工作4.1 面板堆石坝的长期变形研究近些年来,随着面板堆石坝坝高的不断增长,以及所采用的筑坝材料日益广泛,坝体的长期变形问题也日趋突出.对于面板堆石坝,其长期变形主要包括水库运行期蓄水荷载变化引起的变形以及堆石体的流变变形等.目前,关于坝体堆石流变变形的机理研究尚不成熟.一般认为,在堆石坝中,堆石颗粒之间接触紧密,颗粒接触点处的局部应力集中将可能导致颗粒的局部破坏,从而引起周围堆石体的应力重新分布,同时也可能会引起颗粒的重新排列.所有这些调整的过程,均需要一定的时间完成,因而就会造成变形随时间不断发展的过程.另外,随着时间的推移,堆石体内理、化条件的变化,也可能会导致堆石变形的发展.就工程实践而言,目前最为关心的还是工程竣工后,坝体的后期变形量及其对面板应力和位移形态的影响.对于蓄水荷载变化引起的变形,可以通过常规的方法进行计算分析.对于坝体堆石流变变形量的确定,则取决于计算分析中采用什么样的流变模型.目前,对于堆石的流变分析,主要有两种方法,一种是采用理论模型,如M a x w e l l模型、V o g i t模型和M e r c h a n t模型等;另一种是采用经验函数模型,如指数衰减函数、幂函数、双曲函数和对数函数等.采用不同的流变模型可以得出不同的流变变形,即使是对于同一种流变模型,不同的参数取值也会导致不同的流变计算结果.因此,在堆石的流变变形研究中,材料特性试验不可或缺.目前,中国水科院的大型高压蠕变试验仪即将投入使用.今后的数值计算分析研究中,将充分结合试验研究的相关成果,研究开发堆石流变分析模型及相关参数的测定方法,对面板堆石坝的长期变形特性进行深入地研究.4.2 堆石材料的湿化变形研究堆石材料由干燥状态遇水变为湿态时所产生的变42水利水电技术 第36卷 2005年第2期形称为堆石的湿化变形.堆石在湿化过程中所产生的附加变形将会使坝体位移和应力重新分布,在大多数情况下,它将会导致坝体的不均匀变形,从而对面板的应力产生影响.由于面板堆石坝的防渗层位于坝体上游面,在面板未发生大的裂缝和止水系统完好的情况下,水库蓄水的升降不会造成堆石的湿化,因此,常规的数值计算分析中一般不考虑堆石的湿化变形.但是,当因面板裂缝或止水破坏而导致库水渗漏时,在一定的条件下,堆石的湿化变形将有可能导致面板的进一步损坏.另外,对于高面板堆石坝,由于雨水入渗和下游尾水位变化所引起的堆石湿化变形也有可能对坝体的整体变形和面板的应力造成不利的影响.在今后的研究中,中国水科院将通过应力控制式的三轴试验仪,对各种堆石料的湿化变形特性进行研究,并在此基础上建立堆石坝湿化变形的计算模型和分析方法,以深入研究堆石湿化变形对面板堆石坝(尤其是高面板堆石坝)应力变形特性的影响.5 结 语本文结合中国水科院从事面板堆石坝数值计算分析的实践,针对面板堆石坝应力变形分析中的主要问题进行了简要的分析.随着面板堆石坝技术的发展,未来的工程设计与施工中所面临的问题也日趋复杂.尤其是随着坝高的增长,对以往的一些工程经验和设计准则需要予以重新考虑与分析.在今后的研究工作中,对于复杂工程条件下的面板堆石坝工程,数值分析方法将在迎接新的挑战的基础上不断发展,与此同时,数值分析方法与物理模型分析方法的结合,也将会成为新的发展方向(限于篇幅,本文中未包括动力数值计算方面的内容).参考文献:[1] 蒋国澄,傅志安,凤家骥.混凝土面板坝工程[M].武汉:湖北科学技术出版社.[2] 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版)[M].北京:水利电力出版社,1994.[3] I n t e r n a t i o n a l C o m m i t t e e o nL a r g eD a m.R o c k f i l l D a m s w i t hC o n c r e t eF a c i n g,S t a t eo f t h e A r t[R].I C O L DB u l l e t i n70,1989.[4] J u s t oJ L,e t a l.T h e U p s t r e a mF a c i n g o f M a r t i n G o n z a l o 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超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题
超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题混凝土面板堆石坝技术的不断发展，给中国的社会经济发展带来了良好的影响，而且混凝土面板堆石坝的建设和发展经历了一个非常长的过程，经过发展混凝土面板堆石坝的设计和施工方法也更加成熟，但是要想获得长久的发展，必须要深入的研究超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术。
一、中国高混凝土面板堆石坝的发展中国以现代技术修建混凝土面板堆石坝始于 1985 年。
第一座开工建设的是湖北西北口水库大坝，坝高为 95m，第一座建成的是辽宁关门山水库大坝，高度为 58.5m。
中国的现代混凝土面板堆石坝建设与国外相比，起步虽晚，但起点高、发展快。
根据中国大坝委员会的统计，截止到 2005 年底，中国已建成或在建的混凝土面板堆石坝有 150 多座，其中，坝高大于100m 的混凝土面板坝有 37 座。
2000 年建成的天生桥一级水电站大坝，坝高为 178m，在当时同类坝型中列居亚洲第一，世界第二，其库容、坝体体积、面板面积、电站装机容量等指标均居世界同类工程之首。
近些年来，中国又相继建成了高 179.5m 的贵州洪家渡混凝土面板堆石坝和坝高 185m 的贵州三板溪混凝土面板堆石坝等一批高混凝土面板堆石坝工程，而即将建成的湖北清江水布垭混凝土面板堆石坝，则是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝，坝高达到了 233m。
就目前的发展而言，中国的面板堆石坝建设无论是规模、数量和技术发展的程度都走在了世界的前列。
二、超高混凝土面板堆石坝的技术难点与研究方向随着我国西部水电开发进程的加快，未来将在金沙江、澜沧江、怒江、雅砻江、大渡河和黄河上游以及西藏的雅鲁藏布江修建一批高坝工程。
由于这些地区地形、地质条件复杂，交通运输困难，缺乏防土料等因素，混凝土面板堆石坝坝型将可能是最为经济的选择，如古水、马吉、松塔和茨哈峡等工程。
这些工程的坝高一般都在 250 ～ 300m 左右，如选择混凝土面板堆石坝方案，则需要在 300m 级高面板堆石坝的工程特性及关键技术问题和运行特点方面进行深入细致的研究。
高混凝土面板堆石坝施工技术
高混凝土面板堆石坝施工技术摘要：随着现代社会经济和科学技术不断发展，人们开展生产和生活活动对各项能源资源需求也不断提升，为更好满足现代人们需要，我国也加大了基础设施建设和完善力度，水利水电工程建设也获得进一步发展。
高混凝土面板堆石坝作为应用比较广泛的一种坝型，具有造价低、安全性高和适应强等优势特点，在工程建设中应用前景十分广阔。
但是想要取得理想应用效果，还需要对高混凝土面板堆石坝施工技术进行有效把握，才能够确保施工质量。
基于此，结合工程案例，对高混凝土面板堆石坝施工技术进行研究和分析。
关键词：高混凝土面板堆石坝；施工技术；实际应用；分析高混凝土面板堆石坝主要是以堆石体作为支承结构，在上游表面浇筑混凝土面板将其作为防渗结构的堆石坝，属于土石坝中的一种。
并且还具有坝坡稳定性好、承受水压力强、施工导流和度汛方便、施工受气候条件影响较小等特点，现已发展成为应用最为广泛的新坝型[1]。
然而在实际施工过程中，如果没有对高混凝土面板堆石坝施工技术进行有效把握，也就不能够充分发挥提高大坝防渗效果和保障大坝安全稳定的作用。
在本文中，结合工程实际案例，对高面板堆石坝施工主要技术进行研究，并对这些技术实际应用进行详细探讨。
1工程概况某水电站大坝坝高180m，坝顶长1000m，整个坝体分为半透水垫层料区、过渡料区、主堆石区等填筑料区，坝体进行填筑施工的总量达到1200万m3，具体如下图1所示。
图1 大坝填筑料分区剖面图2坝体填筑技术2.1填筑分期进行高面板堆石坝填筑施工时，需要采取分期方式，以达到安全度汛和挡水发电目的，然而在整个施工中，也容易导致坝体出现沉降不均匀情况，进而导致面板出现拉伸性和弯曲新性裂缝，因此需要对坝体填筑分期引起高度重视。
该坝体工程总共分成了8期，在实际施工过程中一期面板施工完毕后，立即开展二期面板施工，也导致面板脱空、裂缝等问题频频出现[2]。
针对出现的这些问题，也要求根据坝体施工实际情况，在每期面板施工之前，给予填筑体充足的沉降时间，对上下作业面也要进行严格控制，使其不得超过40m。
浅议中国面板堆石坝发展与展望
价值工程1混凝土面板堆石坝的发展混凝土面板堆石坝（CFRD，或简称面板堆石坝）是以碾压堆石体（含垫层区、过渡层区、主堆石体和次堆石体）为支承结构，并在其上游表面设置混凝土面板（含面板下的趾板和灌浆帷幕）为防渗结构的堆石坝。
这种坝型与一般土坝相比，具有抗滑、抗渗稳定性好，施工方便，坝体经济等特点，因而是一种极具竞争力的坝型。
混凝土面板堆石坝的问世要追溯至19世纪中叶修建与美国加利福尼亚州金矿地区，它的发展经历了三个阶段：第一阶段（1850-1940年），为抛填石阶段，这个时段坝高未超过60米；第二阶段（1940-1965年），是抛填石向碾压堆石的过渡阶段，由于抛填堆石的变形很大，导致混凝土面板裂缝和大量漏水，因此，面板堆石坝的发展没有得到更多推广普及；第三阶段（1965年以后至今），主要是以碾压堆石为特征，将大型振动碾运用于坝体堆石体碾压，从而大幅降低了坝体的变形，防止了面板破坏形成渗漏的破坏。
2我国混凝土面板堆石坝的发展我国最早的抛填式混凝土面板堆石坝是1966年建成猫跳河二级百花水电站大坝，高48.7m，系抛填堆石，坝轴线上游有干砌石垫层，上游坡1：0.6，混凝土面板支撑在埋入基岩的混凝土基座上。
由于抛填堆石的变形很大，导致混凝土面板裂缝和大量漏水，因此这种坝型没有得到发展。
1985年开始，我国开始建设现代碾压式混凝土面板堆石坝。
最早开工建设的是西北口水库大坝，坝高95m，而最早建成的是关门山水库大坝，高58.5m，1988年建成。
随后，我国的面板堆石坝得到了快速发展。
其中代表性的有成屏一级（高74.6m），洪家渡（高182.3m）、乌鲁瓦提（高135m）、紫坪铺（高159m）,天生桥一级（178m）和水布垭等（233m），其中水布娅是世界上最高的面板堆石坝。
本文总结了几点我国混凝土面板堆石坝的明显进步：2.1坝体材料的合理分区早期经验认为下游堆石的变形对面板性状没有影响，因而在坝体材料的分区上，凭经验，做出分区。
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术
水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术摘要：目前，在所有水利施工中，混凝土面板堆石坝是一种主要的施工技术。
水利的修建与很多产业息息相关，它既关系着畜牧业、农业又关系着防汛抗旱等工作，因此，我们应该高度重视水利的修建。
堆石坝施工技术是经过多年的发展才逐渐形成的，现在已经广泛应用于我国的水利建设中。
然而，在很多面板坝中会出现不同种类的损坏，具体可以分为挤压破坏和裂缝两种，有的大坝可能突然出现渗漏，对大坝的安全造成威胁。
我们按照面板堆石坝本身的特点，加上长期的探索总结，了解到了面板堆石坝施工技术加固方面的一些措施。
例如，修补以及处理破损或开裂的面板，从而有效的解决加固除险等问题。
关键词：水利工程；面板；石坝；填筑目前面板堆石坝一般采用水管式沉降仪进行坝体内部沉降变形监测，本文通过采用统计对比分析法，从时间上和空间上两个方面对坝体内部沉降变形进行了分析，得到了不同高程坝体变形规律和最终大坝的总体沉降量，与其他类似工程相比，本工程大坝总体沉降较小，一定程度上反映了该大坝填筑工艺质量控制较好。
1面板堆石坝的相关概述1.1面板堆石坝结构面板堆石坝是一种新型的大坝类型，其结构特点和施工工艺与传统的重力式混凝土大坝有很大的不同。
面板堆石坝采用钢筋混凝土面板作为主体结构，以石块为填料进行填筑，具有以下结构特点：第一，面板堆石坝的主体结构是钢筋混凝土面板，其具有较高的抗拉强度和弯曲强度，能够有效抵抗大坝产生的水压力和地震力，具有较好的抗震性能和耐久性能。
第二，面板堆石坝的填筑材料是石块，填筑面板与面板之间的空隙，形成了坝体内部的排水系统，能够有效排除坝体内部的渗漏水，提高了大坝的稳定性和安全性。
第三，面板堆石坝的坝顶宽度较窄，一般为3~5m，相对于传统的混凝土大坝，其占地面积较小，可以节省大量的土地资源。
1.2面板堆石坝施工特点面板堆石坝的施工特点与传统的混凝土大坝有很大的不同，具有以下施工特点。
第一，面板堆石坝的施工工艺相对简单，施工速度较快。
水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状
水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状摘要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，水利水电工程在全球范围内发挥着越来越重要的作用。
混凝土面板堆石坝作为一种经济、实用的坝型，在全球范围内得到了广泛的应用。
本文将探讨水利水电施工混凝土面板堆石坝技术的现状及发展趋势。
关键词：水利水电；混凝土面板堆石坝；施工技术；现状引言混凝土面板堆石坝以其独特的结构和多功能性在各种水文条件下得以广泛应用。
它们不仅可以有效控制河流水位，减轻洪水的危害，还能为供水、灌溉和发电等方面提供重要支持。
然而，混凝土面板堆石坝的建设和维护涉及复杂的工程技术和科学原理，需要综合考虑地质、水文、结构等多个因素。
1.水利水电施工混凝土面板堆石坝技术现状1.1 施工工艺和设备混凝土面板堆石坝的施工工艺和设备在现代建筑中扮演着至关重要的角色。
目前，施工主要采用半机械化或机械化方法，这在提高效率和减少人力成本方面发挥了重要作用。
在堆石体填筑方面，大型挖掘机和自卸车等设备的广泛应用，不仅加速了填筑的进度，还提高了施工的精度和稳定性。
这些机械设备能够迅速处理大量的石块和土壤，从而降低了施工周期，并减少了劳动力的需求。
此外，在混凝土面板的浇筑方面，滑模技术和泵送混凝土技术的应用也起到了关键作用。
滑模技术使得混凝土可以以一种均匀而高效的方式流动到指定位置，确保了面板的质量和一致性。
泵送混凝土技术则通过泵送装置将混凝土输送到远距离或高难度的施工区域，避免了传统浇筑方式的限制。
这些技术的运用不仅提高了施工效率，还减少了废料和浪费，有助于保护环境。
1.2 防渗技术刚性防水主要涉及混凝土面板本身的防水性能。
通过严格的混凝土配方和施工工艺，确保混凝土面板具有高度的密实性和耐水性。
这有助于减少渗漏风险，同时增加了坝体的结构强度，提供了可靠的水密性。
此外，坝面板的表面也可以涂覆防水材料，如特殊的涂层或密封剂，以提高其防渗性能。
柔性防水则主要依赖于防水材料，如土工膜。
土工膜是一种高分子聚合物材料，具有出色的防渗特性。
面板堆石坝大坝填筑施工技术分析
面板堆石坝大坝填筑施工技术分析摘要：我国的水利工程建设中面板堆石坝因其安全性好、适应性强、施工速度快、工期短、造价低、施工机械化程度高、绿色环保等优点，成为一种富有竞争力的坝型，被广泛应用于国内外水利水电工程中。
其中面板堆石坝的坝体填筑是保障坝体安全有效运行的关键环节之一，文章通过梳理该技术在应用期间管理要点，明确各作业环节要点，为相关工作者提供借鉴。
关键词：面板堆石坝；大坝填筑；施工技术1填筑规划面板堆石坝一般填筑量都比较大，在开始施工前期要做好相关的填筑规划，包括：施工分期方案的选择、施工方法的确定。
确定各阶段的坝体填筑断面及各坝区料的工程量。
根据各阶段坝体填筑的起止时间、计算填筑强度。
确定坝区施工道路的布置。
料源挖填平衡。
施工机械和人员组合。
质量保障措施。
同时坝体填筑的分期有导流度汛方式确定，并决定总进度中其他控制节点。
马来西亚某在建面板堆石坝填筑材料分区图及填筑断面分期图上坝道路的布置。
施工道路的布置及标准，与车速、循环时间、运输能力、车辆和轮胎使用寿命、运输成本费用、行车安全等直接相关。
马来西亚某在建面板堆石坝开挖与填筑道路布置采用岸坡与坝坡相结合的布置方式，充分利用开挖期已经形成的边坡道路与坝后边坡永久道路相结合。
直接进入坝体填筑的施工道路主要有三条：左岸L1道路，右岸R4和R6道路。
为解决填筑期间填筑料运输跨趾板问题，在左右坝肩EL110高程均设计了跨趾板道路，另外进水口道路和坝后“之”形爬坡道路做为坝体回填辅助道路。
马来西亚某在建面板堆石坝道路布置图碾压试验。
根据初定的压实机械和时间选定的大坝填筑料，在现场进行不同参数的碾压试验。
碾压试验的内容包括：①测试岩石的密度、容重。
抗压强度、软化系数、级配料的视比重；②测试压实机械性能；③复核设计提出的压实标准；④确定适宜、经济的施工压实参数，如碾压设备、铺层厚度、碾压遍数、行驶速度、加水量等；⑤研究和完善填筑的施工工艺和措施，并制定填筑施工的实施细则。
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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]
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。
2 200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（FOZ DO AREIA）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
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
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
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
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
为了避免近年来几座高坝面板混凝土产生沿垂直缝的挤压破坏现象，洪家渡坝还偿试将二、三期面板中部的压型垂直缝设计成有一定宽度（8mm）、具有抗压缩能力和富有弹性的结构型式，即采取了防纵向位移破坏措施。
5．安全监测
2000年前后建成的坝基本上都布设了比较完毕的安全监测仪器，但都只重视坝体垂直和水平向位移及总体渗漏量监测。
洪家渡坝将坝体内部纵向位移纳入监测视线，首次在两个高程设置了纵向位移监测线。
到2005年底，监测到的最大纵向位移为16.5mm，总体上，左岸纵向位移比右岸大。
事实上部分高坝中部面板混凝土产生沿垂直缝挤压破坏与坝体存在纵向位移有关，对不同宽度河谷的坝都值重视和推广纵向位移监测技术。
洪家渡在两岸低高程设置了渗流截水沟，将坝体渗漏分两岸和河床监测。
此外，200m级高面板堆石坝建设还积累了丰富的基础处理、混凝土施工质量缺陷处理技术和新技术、新材料应用的经验。
2.2 施工技术
1．碾压机具
施工特性统计见表7。
2000年后建设的坝，碾压遍数较高，大多为8～10遍；设备吨位加大，大多为18t自行式振碾或25t牵引式振碾，水布垭和三板溪还采用了25t自行式振碾，即激振力加大了；洪家渡为降低层厚160cm次堆石区和层厚80cm主堆石区填筑孔隙
率，首次引入冲碾压实技术[3]，进行了大量碾压试验研究，成功应用于次堆石区和上部主堆石区，实现碾压层厚0.8m～1.6m、干密度达到2.181～2.19g/cm3的设计要求，取得较好效果。
表7 国内200m级高面板堆石坝施工特性统计表[1]
2．堆石预沉降
2000年以前完建的坝，有的堆石填筑完成不到一个月即开始拉面板。
2000年后建设的坝，基本上都注意面板施工前应有足够的预沉降量，确保面板施工后坝体不会有大的变形。
洪家渡工程首次提出了坝体预沉降控制两条标准，一是预沉降期控制标准，二是沉降收敛（单位沉降量）控制标准。
预沉降期标准：即每期面板施工前，坝体应有3～6个月预沉降期，且不得少于3个月；沉降收敛标准：即每期面板施工前，沉降变形率最大的垂直位移计的沉降值已趋于收敛，即监测显示的沉降曲线已过拐点，趋于平稳，月沉降变形量不大于2mm～5mm。
有的工程要求预留沉降期不得低于5～7个月。
每期面板施工前，坝体分期填筑面超高都在6m～10m以上。
3．施工填筑分期
2000年后建设的坝，都注重坝体施工填筑分期与减小坝体变形的控制结合起来，除低高程因“一枯度汛抢拦洪”的需要，采取在上游超填临时断面外，坝体填筑分期尽量做到上、下游面平行上升，条件许可时让下游超高。
一期临时断面拦洪度汛，有利于度汛挡水断面受洪水预压，提高压缩模量。