新疆特殊条件下沥青混凝土心墙坝和面板堆石坝设计施工技术的研究

王世刚

【摘要】本文主要讲述了改革开放以来，新疆在特殊条件下沥青混凝土心墙坝和面板堆石坝设计施工技术的特点以及发展趋势。结合新疆高地震、高海拔、高严寒、深厚覆盖层的特殊情况，整理并归纳了面板堆石坝的各种设计，总结了现有技术上已经获得的成就，提出了今后应该注意的事项。

【关键词】沥青混泥土心墙坝；面板堆石坝；施工技术

1、新疆沥青混凝土心墙坝和面板堆石坝设计施工特点和发展趋势

1.1 沥青混凝土心墙坝。2010年，在叶尔羌河的上游（大概高原位置3000米）建成了高达78米的下坂地水利枢纽沥青混泥土心墙坝；而且也成功建立了超过100米的五一水库、阿拉沟水库沥青混泥土心墙坝，在2014年也开始建设了吉尔格勒德水利枢纽沥青混泥土心墙坝。目前最高的沥青混泥土心墙坝就是大石门水利枢纽，坝高约为130米；目前正在研究建设131米高的尼亚水利枢纽沥青混泥土心墙坝。百米高的沥青混泥土心墙变形、坝基防渗技术和坝体防渗体系等多种问题面临着巨大的挑战。

1.2 面板堆石坝。自从克孜尔水库在活断层上的建坝的成功，新疆在高地震、高严寒、软岩、深厚覆盖层等特殊环境下有了技术性的突破。吉林台混泥土面板砂砾石坝就是在高地震区域建成。目前162米高的阿尔塔什水利枢纽混泥土面板堆石坝就是建在河床覆盖层高达90米的区域。规划拟建的235米的玉龙喀什河水利枢纽面板坝、252米高的大石峡水电站面板坝。深厚覆盖层上面坝基防渗技术、石坝防渗体系都存在这一系列的问题。

2、沥青混凝土面板堆石坝施工技术进展

2.1 天然砂砾石建坝。新疆不同于一般地区面板堆石坝的主要特点就是使用天然的砂砾石建筑大坝。由于此类大坝存在着造价低、就地取材、施工方便等多项优点，便在新疆得到了广泛地使用。

2.2 高地震区域抗震机构设计和坝体渗流控制。使用爆破石料填筑已经成为了目前沥青混泥土面板堆石坝的主流，而砂砾料比堆石料具有更大的压缩性，可以使整体沉陷量降到最低，使面板不易变形，这对于在高地震区域的大坝安全极为关键。在渗流控制方面，制定科学严格的标准；在变形控制方面，根据坝体使用的不同材料，制定严格的碾压标准和科学划分填筑区域，最大的程度上减少在施工及地震造成的变形。

2.3 寒冷地区面板止水结构研究。吉林台一级水电站根据高严寒地区与高地震地区的特殊情况，对分期浇筑面板间的水平缝、面板划分条快的垂直缝、趾板和面板连接处的周边边缘、防浪墙底板和面板间的垂直缝以及水平缝中的压性缝和张性缝等不同部位、不同类型的接缝止水材料与止水结构展开了专业的研究分析。在便于施工、安全可靠、适应大变位等多方面有了显著的改良，提出了周边缝自愈型的止水结构。

2.4 坝面溢流的结构设计。我国建成的第一座高达67.5米的坝面溢流混泥土面坝堆石坝就是榆树沟水库。主要是根据当时地理形状、地理位置、地质条件等多方面因素，将溢洪道直接设计在堆石坝体上面，充分使用了挖掘弃料、简化枢纽设计、降低工程资金、加快工程所需时间。对于泄洪规模不大、河谷狭窄、两岸边坡高陡的面板坝具有很重大的参考价值。

2.5 高趾墙的应用。坝高106米的斯木塔斯水电站面板砂砾石坝，是位于峡谷入水口下游150米处，岸坡的方向和河谷方向几乎平行。河流两边的岩石基本露在外面，岸坡比较陡峭，坡度多是60度到85度之间。部分都是陡坎，坡度高大概115米到130米之间。上游围堰是一座比较大的刚性混泥土心墙坝。防渗体与围堰体都是按照当时大坝的建造要求设计而成，面板砂砾石坝和上游围堰都是相互结合的。上游围堰里的刚性混泥土心墙坝就是我们所说的高趾墙。坝体和上游围堰的互相搭配，优化了整体的设置，对工程的安全都有很大的提高。河床覆盖内槽孔混泥土防渗墙与人工浇筑的混凝土在运行和施工期间，两者都是相互受力，并且变化趋势也是一模一样的。

3、沥青混凝土心墙坝设计施工技术进展

3.1 沥青混凝土心墙耐久性和力学性能。新疆的沥青混凝土心墙坝技术有了迅速的发展，但同时也存在着沥青混凝土心墙的耐久性问题。一是根据大坝的各种情况得知，沥青拥有比较好的防渗性能和耐久性能，新疆气候炎热、干燥、冬季时间长的特点，导致有效施工期短暂，目前已经建設好的沥青心墙坝，都没有发现心墙变形导致的坝体漏水、渗水等问题。二是沥青混凝土心墙的工作状态，目前国内已建成的沥青混凝土心墙都是深埋大坝内部，导致很多问题都是观察不到的。但从石门、坎尔其工程等变形、渗漏问题得知心墙总体运行都是比较好的。三是沥青混凝土是比较好的粘弹塑性物质，具有一些岩土、水泥混凝土和公路沥青混凝土的力学性能；但沥青混泥土有它比较特有的性质，就是有良好的抗震性能。在地壳运动的作用下，心墙内也不会像黏土心墙一样变形、开裂等问题导致大坝坍塌。

3.2 施工技术的进展。近几年的克孜加尔水利枢纽、下坂地水利枢纽、库什塔依水电站沥青混凝土西气囊坝都在快速发展。地处帕米尔高原的下坂地水利枢纽沥青混凝土心墙，由于高海拔、温度低、缺氧、高辐射、温差大的一系列问题，经过系统的实验和研究，也成功地建设好了大坝。随后在极端环境下的库什塔依水电站也完成了沥青混泥土心墙的建设，整体上都有质的突破。沥青混凝土心墙上层和下层都是相结合的，结合部分和非结合部分的密度均匀，防渗性能都是比较出色。

4、总结

自改革发展以来，新疆的水库建设方向已从平原水库转变到山区水库，很多建设所需的材料都是就地取材。沥青混凝土心墙坝和面板堆石坝也在不断地突破。现在，如何保证在特殊地质结构、恶劣气候条件、艰难的建设大坝环境下，提高大坝建设得整体质量和性能，符合生态保护及安全正常运行也给我们带了更大的挑战和机遇。

参考文献：

[1]李江，李湘权.新疆特殊条件下面板堆石坝和沥青混凝土心墙坝设计施工技术进展[J].水利水电技术，2016（03）：2-8+20.

[2]沈振中，邱莉婷，周华雷.深厚覆盖层上土石坝防渗技术研究进展[J].水利水电科技进展，2015（05）：27-35.