現(xiàn)代面板堆石壩的優(yōu)越性綜述

【摘要】本文從安全性、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性三個方面闡述了現(xiàn)代面板堆石壩的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵字】面板堆石壩；優(yōu)越性；安全性；經(jīng)濟(jì)性；適應(yīng)性

混凝土面板堆石壩能在現(xiàn)代得到迅速發(fā)展，是其本身在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性決定的。其優(yōu)勢可以歸納為安全性、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性三個方面。

1.1 安全性

① 抗滑穩(wěn)定性：在堅硬巖基或密實砂礫石層上的面板堆石壩具有良好的抗滑穩(wěn)定性。迄今為止，還沒有發(fā)生過堆石體失穩(wěn)而破壞的事例。現(xiàn)代修建的面板堆石壩一般都不進(jìn)行穩(wěn)定分析，壩坡根據(jù)己有經(jīng)驗采用1：1.31：1.4。對于地基內(nèi)有軟弱夾層、使用軟巖堆石或砂礫石等壩料的情況，仍需要進(jìn)行穩(wěn)定分析，對壩坡進(jìn)行專門設(shè)計。

② 抗?jié)B穩(wěn)定性：由于堆石是非沖蝕性材料，在有滲透水流通過時，不會因細(xì)顆粒被帶走而發(fā)生類似土體的管涌等滲透破壞問題，因此不存在滲透穩(wěn)定問題。特別是碾壓堆石，本身密實度高，粗粒組成的骨架比較穩(wěn)定，其細(xì)粒含量遠(yuǎn)不能填滿粗粒間的孔隙，即使有游離的細(xì)粒被帶走或在粗粒孔隙內(nèi)移動的現(xiàn)象，也不會影響骨架的穩(wěn)定性，或因此帶來較大變形。所以通過面板壩發(fā)生滲漏與通過心墻壩或均質(zhì)土壩發(fā)生滲漏有著根本不同的意義。

③ 抗震性能：一些國際壩工界的土石壩專家根據(jù)面板堆石壩的結(jié)構(gòu)及實際震害情況，認(rèn)為碾壓式面板堆石壩具有良好的抗震性能，不論在強地震區(qū)還是非地震區(qū)，都可以采用同樣的設(shè)計[1]。但是根據(jù)現(xiàn)有資料，已建混凝土面板堆石壩都位于中低地震強度的地區(qū)[2]，而經(jīng)受過實際地震考驗的幾座面板堆石壩，其峰值地表加速度都不超過0.2g[3]，所以在強地震情況下面板堆石壩的性狀還是未經(jīng)實際檢驗的。因此國內(nèi)外都對強震區(qū)面板堆石壩的性狀及抗震措施進(jìn)行了廣泛的研究。

我國在“七五”“八五”期間，都把這個問題列入國家重點科技攻關(guān)課題，進(jìn)行了動力分析和振動臺模型試驗研究。認(rèn)為強震下面板堆石壩的破壞形態(tài)主要是壩頂附近下游坡石塊的松動滾落，逐步形成淺層滑動，并向上游面發(fā)展，使混凝土面板上部脫空，以致斷裂，只要采取適當(dāng)措施，加強壩頂附近土體的剛度和強度，防止其松動滑落而影響到面板的安全，并適當(dāng)多留超高以適應(yīng)其震陷，強地震區(qū)的面板壩也是安全可靠的。

④ 變形特性：從面板堆石壩的運行實踐來看，主要問題在于大量變形而致混凝土面板斷裂和接縫張開所帶來的大量滲漏，影響到大壩的正常運行，并使人們產(chǎn)生不安全感，尤其在拋填堆石時期更為嚴(yán)重。

現(xiàn)代碾壓堆石的變形量是很小的，而且穩(wěn)定得很快，施工期可完成絕大部分沉降變形，竣工三年后沉降變形基本穩(wěn)定，表現(xiàn)出與拋填堆石完全不同的變形特征，對面板堆石壩的安全運行十分有利。較好地解決了拋填堆石壩過大變形與面板和接縫承受能力間的矛盾。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

① 與混凝土壩比較

不同壩型的造價取決于材料總用量及材料單價，對于在狹窄河谷內(nèi)修建100150m的高壩，如以混凝土面板堆石壩的體積為1，則混凝土重力壩約為1/2.7，薄拱壩約為1/101/14，因此其經(jīng)濟(jì)性將取決于彼此單價之比。

在施工方面，混凝土面板堆石壩所需施工機械及工藝流程都較混凝土壩簡單，采用現(xiàn)代大容量土石方機械可以達(dá)到很高上壩強度，施工干擾少。因其具備快速施工條件，發(fā)電工期和總工期都可以較混凝土壩縮短，為提前受益創(chuàng)造有利條件。如考慮貸款利息、物價上漲等因素，從動態(tài)投資看快速施工的得益更大。

修建堆石壩主要利用當(dāng)?shù)夭牧希梢怨?jié)省水泥、鋼材、木材等外來材料，除降低造價外受材料供應(yīng)和運輸?shù)葪l件的制約較小，便于快速施工。關(guān)門山水庫，由雙曲拱壩改為混凝土面板堆石壩，節(jié)約水泥1800t，鋼材500t，木材4000m3。節(jié)省投資約16%，提前工期一年；成屏一級水電站，由混凝土重力壩改為混凝土面板堆石壩，大壩造價由4769.53萬元降為1826.27萬元，節(jié)省投資約61.7%工期也可提前[4]。

② 與土質(zhì)心墻堆石壩比較

混凝土面板堆石壩是所有土石壩型中斷面最小的一種，壩體填筑量約可減少40%50%，因而也是最經(jīng)濟(jì)的，而且面板壩壩坡陡，底寬小，可相應(yīng)減小泄水、輸水建筑物長度，使樞紐布置更為緊湊。可以利用未完成的部分壩體直接擋水或過水渡汛，從而簡化施工導(dǎo)流和渡汛，并保證壩體施工期的安全。面板堆石壩各個施工工序均可獨立進(jìn)行，互不干擾。

③ 與瀝青混凝土面板堆石壩比較

混凝土面板堆石壩斷面比瀝青混凝土面板堆石壩小，前者上游坡一般為1：1.31：1.4，后者至少要1：1.7。前者施工都是通過機具，而后者需專門機具設(shè)備，而且施工時的環(huán)境條件較差，國產(chǎn)高品位的瀝青不多，抗老化性能不及混凝土。因此在一般情況下，前者在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都有一定的優(yōu)勢。西北口水庫壩型由瀝青面板壩改為混凝土面板壩后，樞紐造價由3723.66萬元降至3258.16萬元，節(jié)省造價12.5；柯柯亞壩改變壩型后，造價由110.3萬元降至80.4萬元，節(jié)省27.1%[5]。

1.3 適應(yīng)性

混凝土面板堆石壩對壩址地形、地質(zhì)、氣候及各種類型的工程都有較好的適應(yīng)性，使這種壩型有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

① 面板壩對各種河谷地形有較強的適應(yīng)性。在已建成的面板壩中。既有位于峽谷地區(qū)的，如安其卡亞、格里拉斯、塞沙那等，也有位于寬闊河谷的，如阿里亞、薩爾瓦興娜、天生橋一級等。它不單對高中壩有優(yōu)越性，而且對長而低的壩同樣是合適的和經(jīng)濟(jì)的。

② 面板壩對壩址地質(zhì)條件也能較好適應(yīng)。面板壩對壩址地質(zhì)條件的要求主要是選擇合適的趾板線。過去對趾板地基的要求是堅硬的、不沖蝕的、可灌漿的基巖，而現(xiàn)在這種經(jīng)典的提法已被大大突破。國內(nèi)外許多工程的趾板地基為強風(fēng)化巖石、砂礫石覆蓋層、殘積土等，只要經(jīng)過適當(dāng)處理都可安全運行。

③ 混凝土面板堆石壩對不同壩址氣候條件具有較強的適應(yīng)性。在多雨地區(qū)，心墻的挖運和填筑受降雨影響較大，不能全年施工，而面板壩則不受限制。嚴(yán)寒地區(qū)面板壩也能適應(yīng)，己建成的壩在-45℃的氣候下也未發(fā)現(xiàn)有損害和破壞的清況[6]。

④ 混凝土面板堆石壩還特別適應(yīng)擴(kuò)建加高及分期施工。

參考文獻(xiàn)

[1]Sherard J L， Cooke J B. The Concrete Face Rockfill Dams[J]. I. Assessment. Journal of Geotechnical Engineering. ASCE， 1987（113），10

[2]Meteron B. Construction Method for CFRD. Invited lecture. Proceedings of International Symposium on High Earth-rockfill Dams. Beijing： CSHEE， 1993

[3]Seed H B et al. Seismic Design of Concrete Faced Rockfill Dams. CFRD-Design，Construction and Performance. ASCE， 1985

[4]Bureau G et al. Seismic analysis of Concrete Face Rockfill Dams. CFRD-Design，

Construction and Performance. ASCE， 1985

[5]蔣國澄等.混凝土面板壩工程[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997

[6]盧天杰等.混凝土面板堆石壩的特性及其發(fā)展[[J].山西水利科技，1999，6（增刊）：16-17