世界硬填方坝的新进展

艾克明

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

世界硬填方坝的新进展

艾克明

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

文章以2016年《World Atlas Industry Guide》之RCC Dams《水电与大坝》副刊为基础，摘录了其中的硬填方坝【H-F】内容，并对其进展做了简要分析，供研究参考。

硬填方坝 技术特点 进展分析

碾压混凝土坝（RCC）是20世纪70年代末发展起来的一项新技术， 是混凝土筑坝技术的一个重大突破。它具有施工速度快，工期短，造价低等优点。为了发挥碾压混凝土坝材料的全部优越性，20世纪80年代末，在RCC技术的基础上，又提出了一种新的设计理念。 这种新的设计理念的特征是：断面对称，上游面防渗，坝体不设排水，采用贫水泥碾压混凝土筑坝，即被称之为硬填方坝（FSHD），见图1。它的优越性是坝体和基础上的应力低，水泥水化热小，填方工艺简便，造价更低。 较之重力坝，特别是地震条件下的安全性更高。

图1 硬填方坝示意图

鉴于硬填方坝（FSHD）是碾压混凝土坝（RCC）的一种新概念和新型式，因此国际《水电与大坝》期刊在做坝型的统计分析时，将FSHD坝列入RCC之内，不过在每个工程的名称里加上【H-F】字样，意即硬填方坝（Hard Fill）， 以示区别。

1 2016年的硬填方坝

从《RCC Dams，2016》中摘录了世界已建和在建的硬填方坝共45座，见表1-a，表1-b。表中采用的符号如下：

用途 护面方法 火山灰E环保 *台阶形 9 RCC和预制混凝土面板外铺热膜C高质量粉煤灰F防洪 1模板混凝土 10RCC和预制混凝土块F低质量粉煤灰G补充地下水M碾磨砂H发电 3 RCC模板 12 RCC筑后设预应力钢筋混凝土铸件2模板混凝土内衬土工膜11 RCC筑前预设应力钢筋混凝土铸件N天然火山灰I灌溉 4 RCC模板外铺土工膜13预制件与滑模型面外设增强混凝土铸件R Rolasc粉煤灰和矿渣混合物N航运 5预制混凝土块 14滑模成型/压延成型面板P防污 6预制混凝土块外铺土工膜17为成型的RCC面 L上述矿渣粉与石灰石粉矿物16 用机械压实未成型的RCC面W供水8RCC和预制混凝土面板外铺土工膜15 RCC为填充物支承 S地面筛分爆炸矿渣粉R娱乐 7 RCC外衬预制混凝土面板

2 进展分析

2011年我们曾对国际《水电与大坝》副刊上所载2011年已建和在建的硬填方坝（FSHD）做过摘录，共计有8个国家，16座硬填方坝。如上所述，2016年已建和在建的硬填方坝，共计有13个国家的45座坝。由此特别是2011至2016这5年时间此类坝型的增长速度几乎为前23年总和的将近3倍。由此可见，这种坝型的优越性被越来越多的国家和工程技术人员所认同。

表1-a

表1-b 2016年世界硬填方坝（H-F）统计表

表1-b 2016年世界硬填方坝（H-F）统计表

2.1 新建工程数与坝高随年代变化情况的分析

世界上的首座硬填方坝建成于1988年，是非洲摩洛哥的Rouidat Amont（Rwedat），坝高24 m，坝顶长125 m。随后，分年代新建工程数和其间的最高坝高一并列于表2。

表2 新建工程数与其间的最大坝高表

由表2可见新建工程与其间的最大坝高随年代变化很有规律性；新建工程数随年代越来越多，坝高越来越高。初始年代，坝较低，往后随着经验的不断积累，坝越来越高，这也是很自然的。

2.2 硬填方坝的地域分布情况表

由表3可见，在四大洲中，亚洲已建和在建硬填方坝达25座，居首位，非洲作为策源地，有8座，居次席。欧洲7座居第三位。就国家而言，土耳其11座居首位，日本8座，希腊7座，分别居第二和第三位。值得注意的是土耳其不但工程多，居第一位，而且坝高，其中96～135 m“100 m级”的硬填方坝就达6座（见表1）。显然，它们的建坝技术和经验很值得大家研究和学习。

表3 硬填方坝的地域分布情况表 座

2.3 胶凝材料的分析

胶凝材料在硬填方坝中起固结作用。在保证强度的前提下，总的趋势是尽量降低水泥用量，以减少水泥水化热，预防坝体裂缝。为了增加和易性与增加后期强度，多添加火山灰材料。由于受地方材料或施工水平的影响，表1中，45个工程中较难找到完全一致掺量指标。但从表1中，还是可以找到一些共同点。例如，当当地火山灰（波特兰）材料奇缺时，多数工程只用纯水泥做胶凝材料，水泥掺量约为80 kg/ m3～100 kg/m3，个别工程最多用到130 kg/m3。若当地有天然火山灰或粉煤灰时则力图在水泥中掺加这些波特兰材料。还有添加加工矿渣粉的工程实例。此时，水泥用量大体为50 kg/m3左右，波特兰材料的掺量波动较大，少则10 kg/m3，多则100 kg/m3。但比较多的工程波特兰材料的用量在50～60 kg/m3左右。

2.4 摊铺层厚度与升程高度问题的分析

关于摊铺层厚与升程高度问题，应视结构物的型式，施工机械水平以及当地的经验习惯而定。摊铺层厚的300 mm为多，个别也是采用250 mm或400 mm的。而升程高度，则以层厚为基准，如采用300 mm，600 mm，900 mm或1 200 mm或采用250 mm，500 mm，750 mm等。

3 我国硬填方坝的研究和应用进展情况

在国际《水电与大坝》2016工程表1中，我国已建硬填方坝仅有一例，为Hong Kou Atagula坝，坝高36 m，完建于2007年，其他细节资料不全，难于分析（可能是指福建洪口水电站的下游围堰-作者注）。

从期刊杂志上收集的一些资料来看，我国福建省在硬填方坝上做的研究较多和较为系统。2004年福建省街面水电站施工时曾兴建了一座用硬填方方法修建的施工围堰，并且在施工期还过了水。

该围堰高16.4m，上、下游坡比均为1∶0.4，见图2。

福建街面水电站下游胶凝砂砾石围堰，采用的配合比为：水泥40 kg/m3，粉煤灰40 kg/m3，砂率21%，水70 kg/m3，减水剂FDN-FZ，掺量为水泥用量的0.8%，其抗剪断试验结果列于表4及图3。

2006年，福建省又修建了洪口水电站的施工围堰，堰高40 m，并且也过了水。

图2 福建街面水电站下游围堰剖面

图3 试料强度随龄期增长曲线

表4 街面水电站下游围堰抗剪断试验

2007年，福建省在修建两座围堰经验的基础上再次设计了白沙水电站硬填方坝，坝高73.4 m。该工程的技术指标，一并列入表5。

表5 福建3座FSHD工程指标表 10 kg/m3

4 结语

对称断面面板硬填方坝实际上是一种低造价的RCC坝。它的低造价来自于对现有RCC的强度、止水性能和接触缝处理的现有要求的放宽， 与常规的RCC重力坝相比，FSHD坝的优点是增大了大坝的稳定性。 这意味着可以很安全地修建在较弱基础上和强地震区。对于无防渗材料地区修建FSHD坝比修建面板堆石坝（CFRD）坝的工程量要省。

自20世纪80年代以来，世界各国共13个国家已设计建成了FSHD坝40多座， 其最大坝高已达135 m。足见FSHD坝不失为一种既经济又安全的新坝型，大有研究和推广应用的广阔前景。

2017-01-09）

艾克明（1933-），男，湖南益阳人，大学本科，教授级高级工程师，从事水工水力学设计与试验研究。