新疆坝工各坝型建设历史及发展趋势分析

2021-08-03杨玉生彭兆轩

水利规划与设计 2021年7期

马军，杨玉生，彭兆轩

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆乌鲁木齐 830000；2.中国水利水电科学研究院，北京 100048)

1 概述

新中国成立后，尤其是新疆维吾尔自治区成立后，在国家大力支持下，新疆水利建设迎来前所未有的发展机遇，水利建设进入快车道，而水库建设速度及发挥效益尤为明显，自治区成立至今全疆含兵团已建、在建水库达到722座，总库容294.45亿m3，坝型涵盖均质土坝、黏土心墙坝、土工膜斜墙坝、砌石重力坝、混凝土重力坝、混凝土双曲拱坝、混凝土面板坝及沥青混凝土心墙坝等多种坝型。建国初期，因施工条件、设备及技术水平的影响，大坝主体以均质土坝为主。近年来，随着国外先进技术的引进、施工设施能力及强度的大幅提高，以及国家对新疆水利工作的重视，2010—2030年新疆规划建设大中型水库近百座。大坝建设的数量、坝高、库容、规模不断增大，多种坝型均是同类坝型中极具典型性和复杂性、且难度很大的工程，尤其是以沥青混凝土心墙坝和面板坝两种坝型在新疆的发展最迅猛，建坝高度不断刷新疆内甚至国内记录。以面板堆石坝为例，2019年建成了坝高164.8m、覆盖层100m的阿尔塔什面板堆石坝，在建的大石峡混凝土面板堆石坝坝高更是达到了247m。当前正在建设中的设计烈度为Ⅸ度的大石门水库沥青混凝土心墙坝坝高128.8m，设计烈度为Ⅷ度的尼雅水库坝高达到了131.8m。

70年来，新疆水库大坝建设吸收了大量国内外经验，取得了大量创新成果和实践经验。今后疆内水库建设如何在保证大坝建设和运行安全的情况下，不断创新并提高工程效益，无疑对疆内各类坝型的建设提出了更高的要求。因此，本文重点对新疆水库坝型建设的历史、目前现状及下一步发展趋势进行回顾与分析。

2 各坝型历史演变

按照地州及管属范围，对自建国以来的全疆水库进行梳理，兵团系统水库不在本次水库统计范围之内，剔除尾矿库及资料不完整的小型水库，本次共收集水库578座，总库容259.35亿m3，各种坝型数量见表1。

表1 新疆各坝型统计表

表2 各坝型年代建设数量统计表单位：座

根据70年来新疆水库大坝建设统计资料，新疆坝工建设包括了各种坝型。其中均质土坝数量最多，其次为沥青混凝土心墙坝、混凝土面板坝，而数量较少的为混凝土坝。浆砌石坝的建设是由当时年代、施工材料和投资限制而初期采用的坝型，其数量和高度均不大，后期建设中被逐渐淘汰，不再采用。20世纪40—90年代，21世纪00—20年代各坝型的建设数量见表2，如图1所示。

图1 各坝型年代建设数量统计表

从图1可见，均质土坝在各年代中建设数量均最多。目前仍在正常运行的最早的挡水建筑物是1942年修建并投入使用的喀什红海水库，坝型为均质土坝，坝高仅6.3m，总库容7200万m3。由于年度久远，无相关图纸及建设期的参数指标，通过现场实测，经多年运行及库区淤积，目前上游边坡已达到1∶6.0，下游边坡为1∶2.5。

通过以上图表可以看出，受水库建设投资及机械设备等多方面影响，施工工艺较简单的均质土坝在水库建设发展初期被大量采用，其特点是施工方式多以人力为主，工程设计填筑标准较低，坝高较低。在当时社会经济和技术条件有限的的时代背景下，均质土坝满足了工程总体投资低，且能有效解决城市等人口稠密区用水这两个最主要的问题。随着城市化进程中城市人口加速增长，以及国家对边远偏地区人口生活质量提升的要求，再加上适宜修建低坝大库容水库的坝址越来越少，各种坝型的修建高度越来越高。均质土坝上下游边坡较缓，修建所需土料随建设高度呈几何级增长，而满足要求的料场越发稀缺以及运距不断加长，根据市场运作的要求，以及降低工程造价和加快建设工期的迫切需求，面板堆石坝、沥青心墙坝等坝体断面较小的坝型被及时引入新疆，并得到大力发展。

3 各年代坝型建设高度

统计各年代各种坝型的建设高度可以发现，在各个年代均有一定数量的均质土坝在建，但坝高增长不明显。20世纪70—80年代，受国内投资及施工工艺落后、进展慢的影响，沥青混凝土心墙坝建设基本停滞，而90年代后又随着国内经济增长，沥青心墙坝得到快速发展，目前在建的尼雅水利枢纽工程，坝高达到131.8m。黏土心墙坝的建设在90年代及21世纪00年代加快发展，数量和坝高均增长较快，但受制于坝址区心墙土料质量、储量的限制，2010年后建设数量减少。近年来发展最为迅猛、坝高不断刷新全疆甚至创造全国记录的是坝体以砂砾料和爆破堆石料填筑的混凝土面板坝，其高度已突破200m，如坝高247m的大石峡混凝土面板坝。表3、图2为20世纪40年代至今新疆水库大坝各坝型中的最大坝高。

4 各坝型典型参数指标

新疆坝工建设中，沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝是高坝建设采用最多的两种坝型。混凝土面板坝是目前疆内各坝型中超200m级采用最多的坝型。2017年阿克苏河上正式开工建设的大石峡水利枢纽工程，水库总库容11.74亿m3，装机750MW，主坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高247m，为同类坝型中世界第一高坝。2020年又开工建设玉龙喀什河水利枢纽，大坝也采用混凝土面板砂砾石坝，其坝高达到了235.5m，玉龙喀什河水利枢纽大坝上、下游边坡分别为1∶1.5、1∶1.4，坝顶宽度10m。新疆坝工中均质土坝是建设数量最多的坝型，建设数量超半数，坝高最大的为2010年修建的坝高62.6m和田县东方红水库。新疆均质土坝都是中低坝，与其他坝型的发展形成较为鲜明对比，但其施工工艺相对简单，在中低坝建设中仍有其巨大的需求。混凝土坝、沥青心墙坝及黏土心墙坝在疆内也具有大量已建及在建工程，黏土心墙坝高度已达到百米级，沥青混凝土心墙坝已近150m级，混凝土坝已达250m级。表4对全疆各种典型坝型最高坝相关参数指标进行了汇总。

表3 各坝型年代建设高度统计表单位：m

图2 各坝型年代建设高度统计图

5 发展趋势

随着脱贫攻坚、乡村振兴等一系列政策的实施，国家不断推进城市及农村饮水和经济发展，水利工程也在向偏、远、散等建国初期不具备建设能力的区域推进，以满足当地人民生活、灌溉以及当地经济发展的需要，随之带来的是水库大坝建设向高严寒、高地震、高海拔、深厚覆盖层、多泥沙、少水文资料的“三高一深一多一少”地区不断调整，工程复杂性和建设难度不断加大。

在新疆坝工实践中，大坝施工工艺取得了不断创新和突破。以近年发展较快的沥青心墙坝、面板坝为例，百米级沥青心墙坝建设加快，目前正向150m级推进。除建设高度不断增大外，新技术也有较多的应用，如坝高80m的新疆策勒县奴尔水库沥青混凝土心墙堆石坝，其心墙总填筑料38.8万m3，工程建设中通过大量现场试验研究，最终采用砾石骨料填筑；混凝土面板坝建设中，大量工程采用压实后具有更高的压缩模量的砂砾石填筑，与坝体采用爆破堆石料填筑相比，坝体沉陷量较小，大坝填筑速度有较大进步，部分高坝压实后相对密度可达0.90。在新疆复杂的坝工实践中，大坝建设仍然在持续开展深入的探索，进一步向高质量发展迈进。