浅谈堤坝建设技术的发展及创新

2016-05-14张美贤

科技创新与应用 2016年6期

张美贤

摘要：根据以往的工程经验，再结合工程实际，文章主要针对堤坝建设技术，选择具有代表性的几大堤坝建设工程，从其发展历程、设计原则、施工技术等方面作较全面分析，浅谈近年来我国堤坝建设技术的发展及创新。

关键词：堤坝；建设；发展；创新

1 概述

众所周知，我国水资源极其丰富，其蕴藏量及技术可开发量均居世界第一位。我国改革开放以来，水利水电工程建设得到快速发展，工程技术也从一开始的引进、消化、吸收、再创新转向自主创新的发展趋势，同时也出现一批具创新代表性工程。随着我国水利水电技术的快速发展，也进一步推动了堤坝建设技术飞速发展，出现了一批极具有标志性的坝工技术创新工程。文章主要结合我国堤坝工程建设技术，选择混凝土重力坝、碾压混凝土坝、面板堆石坝这三个极具标志性的坝型工程，浅析在进行堤坝工程的设计、施工及运行过程中的关键技术问题和堤坝的最新技术创新成果。

2 混凝土重力坝

我国大部分高坝中最常用的是常态混凝土重力坝，即使此坝不断受到堤坝建设新技术的挑战，然而，对其不断进行创新，并且注入新的技术，仍能使其青春焕发。

2.1 动态温控

要想控制混泥土重力坝内大体积混凝土的温度，若想通过常规技术进行，不仅投资高而且难度大，效果不如意。采用动态温控新技术，坝体不会有裂缝出现。其技术特点主要为：

2.1.1 动态控制入仓温度。对混凝土温差控制而言，一般传统温控要通过固定的控制标准来实现，控制混凝土的入仓温度不超过20℃。而动态温控结合混凝土坝的坝址，其坝址较狭窄，且不同坝块的底宽及高度也有很大差别，所以要区分坝块基础约束性态的差异，结合混凝土自身长期以来混凝土松驰和约束的性态变化以及其体积变形效应，充分利用重力坝坝基岩石热容量自身的调整潜力，再联系浇筑混凝土过程中的环境因素等，达到混凝土入仓温度的控制作用。

2.1.2 综合考虑入仓温度。由于新浇筑混凝土过程中热容量交换因素的存在，不对温控设置每立方米混凝土的入仓温度界限，主要以每浇筑72小时的平均温度或者每3米浇筑层为标准。充分利用夏季昼夜的大温差，尽量安排在夜间低温时段进行大部分的混凝土施工。

2.1.3 优化混凝土配比。我国某坝混凝土通过粉煤灰掺量的增加，降低水泥用量，减小水化热的温升，还加入了能够使混凝土体积变形且有微膨胀特性的新型水泥，其抗裂效果十分明显。

2.1.4 使用综合简易温控措施。我国某坝使用上述方法后于高温季节进行施工，其混凝土的入仓温度还是超过了控制值，然而其差距大大缩小，也降低了温控难度。在夏季高温进行施工过程中，在混凝土生产时使用了简易综合温控方法，同时还配置相应的冰屑制冷设备，最终效果十分理想。

2.2 掺氧化镁微膨胀混凝土技术

某大坝中的7#～15#坝段基础部位要求要在夏季进行浇筑工作，通过氧化镁微膨胀混凝土技术的外掺，使得混凝土的浇筑温度比原设计的温度高6℃～8℃，这样大大简化了夏季混凝土的施工工艺、大大加快了堤坝的施工速度。

2.3 压力钢管设置压缩垫层

我国某水电站坝里，其引水压力钢管设计的内水压力为0.7MPa。因为钢管的弯管段及下游水平段覆盖的混凝土厚度只有2.25m～4.0m，要想进一步改善坝体的受力状态，使坝体的抗裂安全度提高，需要在距离钢管上游进口端大概20m处到蜗壳进口钢管段的上半周的地方设置3cm厚度的软垫层。通过设置压缩垫层的方法，可确保管周坝体混凝土结构安全的同时，还大大节约钢管周围坝体的很多配筋。此成果荣获科技部科技进步二等奖。

2.4 预应力闸墩

我国某水电站的溢流坝引进12扇15m×22m的弧形闸门设计，而每一个闸墩都承受4320吨的推力。其闸墩使用的是预应力结构，不仅保证其结构的安全度，而且还节省了投资，给我国以后闸墩大吨位预应力设计带来了经验。此成果荣获科技部科技进步三等奖。

3 碾压混凝土坝

在上世纪八十年代，有了通过振动碾压实及超干硬性混凝土方式的堤坝建设技术，进一步推动了混凝土重力坝发展。此类新坝型，在工程造价及施工速度上都比常规的混凝土重力坝有优势，因此，得到广泛应用。对于碾压混凝土坝而言，其坝体与上游面防渗层间的结合强度是难点也是重点。历经30年的实践及发展，我国科技工作者研究了变态混凝土，其代替了常态混凝土高掺合料、防渗、低水泥用量、高效减水剂、大仓面连续浇筑、斜坡碾压、低Vc值等一系列具有我国建筑特点的堤坝建设技术。近几年还成功研发了振捣一体化及变态混凝土注浆技术。

以龙滩碾压混凝土重力坝为例。龙滩大坝是世界最高的碾压混凝土重力坝之一，如图1所示。龙滩大坝的特点是：日温差超过20℃，且在雨季暴雨十分频繁，在冬天或夏天，太阳辐射十分强烈；且施工仓面很大；施工强度很高。所以龙滩工程建设的难点之一就是温控防裂技术，进一步的创新技术如下：（1）快速入仓方式。对龙滩大坝而言，其碾压混凝土低高程需要采用的是汽车入仓方式，通常通过皮带机运输。从11公里以外的料场利用皮带机将灰岩骨料直接运送到拌合搂，经过一、二次骨料风冷以及加冰拌制的混凝土出机口可将其温度控制小于12℃，其皮带机上方设置保温隔热设及施遮阳防雨盖板，把混凝土转运至塔带机接着入仓，其塔带机的最高运输强度达到320m3/h，因而达到了一万平米级的大仓面4h到6h的快速浇筑覆盖技术，突破了年浇筑大坝混凝土318万平方米的纪录。（2）温控防裂技术。对龙滩大坝碾压混凝土而言，其通过预冷混凝土、仓面喷雾、高温季节时埋冷却水管、表面保温、上游坝面死水位以下回填黏土等一系列温控防裂措施，给高温地区全年建设施工的提供了宝贵的经验。

4 混凝土面板堆石坝

因为有良好的抗震性、安全性、经济性机适应性，混凝土面板堆石坝在我国的发展十分迅速。图2是已建成的面板堆石坝。得到的建设经验如下。

合理的堆石分区：将主堆区范围扩大，向坝轴线下游扩展主堆石区，占2/3左右的底宽如图3所示。同时在下游洪水位以下装设水下堆石区，且要求其渗透系数，抗冲蚀性好，级配良好。在上部合理范围增设增模区，在两岸坝坡增设变模过渡区，有利于协调坝体的变形。

改变坝体填筑程序：为了避免上下游堆石不均匀出现沉降现象，造成混凝土面板有结构性裂缝产生，因此，要从下游往上游进行依次填筑施工工作，尽量做到平起填筑。

设置堆石预沉降时间：要在拉面板前预留六个月的沉降周期，在沉降速率不超过5mm/月才能拉面板，且分期施工面板的顶高程要比堆石体低20m。

选用大型碾压设备：为了得到更高的干密度和更小的孔隙率，使压缩变形不容易发生。要想办法将上下游堆石的压缩模量比减少，避免上下游堆石出现不均匀沉降的现象。

面板混凝土防裂技术：将面板混凝土的强度等级提高。于水布垭面板的上部1/3坝高处增加水平永久缝。在混凝土中掺入钢纤维，并使用双层布筋。

压缝面板预留宽缝：于缝内填充弹性垫料，来适应面板的挠曲变形，同时改进压缝面板底部的铜止水结构，保证面板厚度超过40cm。

延长蓄水时间：把大量有害变形转化成为“无害”变形，这样可防止面板沿垂直缝的挤压破坏和面板水平拉伸裂缝。

5 结束语

以后我国的水电开发会转移向西部高海拔及高寒山区，其地质条件复杂，生态环境也愈加脆弱，自然条件也愈加恶劣，社会环境愈加敏感，很多300m级大坝以及大型的地下厂房将被建起，水电建设工作者面临的挑战也更大。然而只要我们充分利用产学研结合的科技进行创新，我国的堤坝建设技术也将有更大突破。

参考文献