面板堆石坝直面技术革新

随着薄层碾压施工技术的不断进步和完善，面板堆石坝的数量和高度迅速增加，逐渐成为当今水利水电工程建设的主流坝型之一。未来，水电开发将集中在地质更复杂、气候更恶劣的高寒高海拔地区，如何适应当地特殊要求，就地取材，建设超高面板堆石坝，是水利水电行业一项重要课题。

“我国在黄河公伯峡、积石峡等水电项目高面板堆石坝工程实践过程中，通过坝料、坝体变形评价理论及筑坝关键技术系列研究，在高寒高海拔高面板堆石坝设计与施工中取得了良好的实践及经验，提高了大坝的安全稳定性，加快了施工进度，节约了工程投资。”日前，黄河上游水电开发有限公司董事长谢小平在中国大坝工程学会2016学术年会上表示，“建设超高面板堆石坝将是未来发展的方向，目前开展的研究及应用将为200米级向300米级超高坝建设提供坚实的技术支撑。”

开创新型镶嵌组合坝

以堆石体为支承结构，在其上游表面浇筑混凝土面板作为防渗结构的堆石坝，简称面板堆石坝或面板坝，属于土石坝类型。世界上最早的面板堆石坝出现在19世纪50年代美国加利福尼亚州内华达山脉的矿区，当时的堆石坝采用木面板防渗。

信息显示，面板堆石坝的发展大致可分成三个时期：1850-1940年为以抛填堆石为特征的早期阶段，该阶段修建的面板堆石坝坝高一般低于100米，坝体变形较大，面板开裂渗漏问题严重；1940-1965年为从抛填堆石到碾压堆石的过渡阶段，该阶段面板堆石坝的发展基本停滞；1965年以后是以碾压堆石为特点的现代阶段，碾压堆石完全取代了抛填堆石。现代面板堆石坝基本为混凝土面板堆石坝，因其具有造价低、工期短的特点，混凝土面板堆石坝得到了蓬勃的发展。

面板堆石坝虽然已经有100多年的建造历史，并且经过几个发展阶段，迎来较为成熟的混凝土面板堆石坝，但现行高混凝土面板堆石坝仍存在一些缺陷和尚需解决的技术难题。“混凝土面板适应大坝变形能力有限，抗裂性和抗震性差，难免出现裂缝，特别是随着坝高的增加，安全风险随之加重。”谢小平介绍，“死水位以下的面板，所受水头高，一旦因强震、坝体不均匀变形等原因导致面板裂缝过大或周边缝变形过大而出现渗漏及安全问题，难以及时维修和恢复。”

此外，混凝土面板长期浸泡在水下或长期经受干湿和冷暖循环作用，特别是在有裂缝存在和水压侵蚀状态下长期工作，因钢筋锈蚀而产生的耐久性问题尚未很好解决。如何减少混凝土面板的铺设施工周期和增长面板铺设之前坝体的预留沉降时间，对于提高筑坝质量是极为关键的问题之一。

位于黄河上游的羊曲水电站工程大坝结合下部狭窄河谷地形首次研究采用了镶嵌组合坝新型面板坝结构体型，从设计到施工对方案进行优化，开创了新型镶嵌组合坝新工艺。

“新方案很好地揭示了镶嵌组合坝中混凝土坝体、堆石体及面板结构三者的复杂相互作用机理与规律，并深入研究了施工期、运行期、地震期等各种工况下的应力变形特性规律。通过典型断面离心模型试验，掌握了基本的变形及破损规律。镶嵌组合坝在羊曲项目中的成功实践，为新型镶嵌高组合坝设计和推广积累经验。”谢小平称。

攻克一系列筑坝难题

除羊曲水电站外，黄河上游水电开发建设过程中还诞生了不少代表性工程，并在流域梯级滚动开发及混凝土面板堆石坝研究建设方面取得突破性进展。

公伯峡水电站是青藏高原大江大河上第一座百米级面板坝工程，坝顶高程2010米，最大坝高132.2米，装机容量150万千瓦，年发电量51.4亿千瓦时。该工程于2001年8月开工，2003年10月大坝填筑到128米高度，创造了一年内填筑一座百米高坝的新记录。

“公伯峡项目在国内率先研究采用挤压边墙固坡新技术，使施工效率为常规方法的1.5倍，施工工序简化，工效提高，施工进度明显加快，坡面保护得到可靠保证。”谢小平表示，“挤压墙作为混凝土面板的基础，能很好地协调面板与垫层料之间的变形，对防止面板混凝土产生结构性裂缝，延长面板的使用寿命起到了有效作用。”

据介绍，在国内百米高坝中，公伯峡项目首次采用全断面平起上升填筑技术，解决了堆石坝分区填筑造成的坝体不均匀沉降及面板结构性裂缝问题。谢小平补充：“正是得益于该技术，公伯峡大坝填筑一次到顶，总填筑方量440万立方米，工期仅15个月，比合同工期缩短近10个月的时间。”

不仅如此，在大坝填筑碾压过程中为快捷、简便、经济地检测碾压质量，公伯峡首次应用K30快速检测技术来控制大坝填筑质量；通过对面板混凝土配合比、一次拉模浇筑工艺和高寒、干燥环境下养护技术的研究，连续不间断的成功浇筑了斜长达218米的混凝土面板；对GB塑性填料挤出机和配套工作平台配合使用进行了生产型实验，实现了GB材料表面止水的机械化施工。

“表面止水机械化施工技术填补了GB材料机械化施工的空白，取代人工作业，有效解决施工人员投入多、坡面材料堆放困难、工作效率低下，以及施工技术和施工质量难以保证等难题，从而大大提高了止水条的施工进度。”谢小平介绍。

位于公伯峡下游的积石峡水电站也是我国面板堆石坝的示范工程，其坝下掩埋式引水发电压力管道设计技术，和多岩性混合软岩开挖料筑坝关键技术，为复杂河谷混合软岩面板堆石坝的设计、施工提供了很好借鉴。据悉，积石峡水电站面板坝关键技术能优化大坝断面、筑坝材料，而坝基原河床砂石料的相关碾压试验，则大大降低填筑料的开挖运输成本和处理开挖料的成本，取消深河床部位未扰动砂石料的开挖，节省投资约1.5亿元。