復合型大壩技術在非洲國家應用的研究

袁文娟

摘要：我國大壩建設在近50年內得到了飛躍發展，技術成熟，成就斐然。目前，正值國外發展中國家建壩方興未艾之際，在國家 “一帶一路”政策的東風下，是我國水電企業走出去的大好時機。非洲地區水電開發率極低，電力也嚴重不足，水電建設有著廣闊的前景，在非洲興建水電站對當地社會影響巨大。鑒于非洲地區經濟落后，很多水電項目由于資金問題而擱置，復合型大壩可以從一定程度上體現成本和功能的優勢組合，在非洲國家會有很大的應用潛力。

關鍵詞：復合型大壩;非洲國家;水電站

引言

傳統大壩設計主要采用單一壩型，以混凝土結構居多，混凝土結構大壩可實現較大功能，壽命較長，但工程成本相對比較高;土石型大壩，工程成本低，但應用及功能也相對較弱。普遍較少采用兩種壩型或更多壩型混合形成復合型大壩，加強復合型大壩技術在非洲國家的推廣及應用，順應了非洲地區經濟落后和水電開發急需發展的現狀，具有較大的意義。

1研究背景

文章研究內容開展，基于尼日利亞宗格魯水電站項目復合型大壩工程為對象。尼日利亞宗格魯水電站是尼日利亞現有的最大型水電站，所在地土地私有制、征地困難，未發現有足夠用于筑壩的粘土料，需研究采用碾壓式瀝青混凝土作為心墻防滲，在尼日利亞屬首例。同時因為工程附近可供選擇的石料僅有千枚巖和花崗巖，相比之下不得不采用酸性骨料花崗巖。在該國常年高溫條件下，采用進口瀝青和當地酸性骨料進行水工瀝青混凝土生產，以及碾壓式混凝土大壩與瀝青心墻壩接頭處理、材料的組合、配合比的設計，都直接影響到大壩的質量及安全，這些都成為當時項目開展面臨的重要問題。

依據當地的自然資源條件，開展復合型大壩綜合技術研究，包括水工瀝青混凝土配合比、千枚巖用于堆石壩壩殼料、瀝青混凝土心墻與碾壓混凝土大壩接頭設計與施工等關鍵技術研究，確保瀝青心墻壩與碾壓混凝土壩接頭安全、確保工程整個施工質量，對本工程實踐有直接指導作用，同時所獲得研究成果可為以后非洲國家類似工程的設計和建設提供參考。

2現狀分析

（1）碾壓式酸性骨料水工瀝青混凝土配合比;

水工碾壓式瀝青混凝土宜采用堿性骨料。隨著瀝青混凝土心墻壩在國內外的發展，酸性骨料和中性骨料在通過充分的試驗論證后也逐步采用。

（2）千枚巖用于堆石壩壩殼料技術;

堆石壩對壩殼料的要求一般為堅硬、抗風化抗侵蝕、排水性好，一般根據壩型壩高因地制宜的選取。

70年代中后期，土石壩壩殼用料范圍已有較大發展，巖性已涉及到砂巖、泥質粉砂巖、灰巖、白云巖、中酸性混染巖（花崗巖、閃長巖、輝綠巖混染）、玄武巖、石英正長巖、砂質頁巖、砂卵石等諸多品種，巖石強度涉及軟巖、硬巖不同等級。

（3）瀝青混凝土心墻與碾壓混凝土大壩接頭設計與施工技術;

使用瀝青混凝土作為壩體防滲心墻在國外起步較早，已經經歷了半個多世紀，但尤其在非洲國家應用的并不多。

3針對復合型大壩技術，其主要關鍵技術研究路線如下：

3.1針對酸性骨料水工瀝青混凝土配合比試驗，其主要關鍵技術研究路線如下：

（1）獲取骨料本身的物理力學性能。

（2）通過生產獲取符合規范級配的骨料。

（3）通過多種配合比試驗，包括瀝青含量變化、是否添加抗剝落劑、更換填料等方式獲取最優配合比。

3.2針對千枚巖用于堆石壩壩殼料技術，其主要關鍵技術研究路線如下：

（1）對千枚巖本身進行試驗，如抗壓強度、磨耗值、干濕循環試驗等。

（2）選取不同風化程度，主要為弱風化和微風化的千枚巖進行碾壓工藝試驗，對比試驗結果，選定何種千枚巖用于實踐。

（3）將所選千枚巖用作實踐，同時持續觀察和監測大壩情況。

3.3針對瀝青混凝土心墻與碾壓混凝土大壩接頭設計與施工技術，其主要關鍵技術研究路線如下：

（1）依托設計院和國內高校，進行仿真分析，確定接頭設計。

（2）通過現場碾壓試驗獲得試驗數據，調整施工方案，不斷優化，獲得滿足要求的施工方案，確保接頭安全。

（3）通過后期大壩觀測，糾偏之前研究結果。

3.4所要解決的關鍵問題分析

（1）通過對花崗巖酸性骨料用作碾壓式瀝青混凝土心墻的試驗，為工程提供可用配合比，為后續其他采用酸性骨料用作防滲瀝青混凝土提供借鑒。

（2）通過對千枚巖本身的試驗以及作為壩殼料的碾壓工藝試驗，確定可用作壩殼料的千枚巖的各種參數要求，對后續千枚巖作為壩殼料的大壩提供依據，也為類似千枚巖巖性的相關材料筑壩提供指導。

（3）針對碾壓混凝土重力壩和瀝青混凝土心墻堆石壩的復合壩型，通過研究超過70m的接頭設計，實現工程接頭設計安全，為后續類似項目提供實踐依據。

（4）根據進口瀝青、不同填料的組合配合比研究，通過比較確定更為經濟、又能保證質量的瀝青混凝土配合比，為工程節約成本。

（5）通過對復合壩施工技術、質量控制措施進行研究，使項目施工組織、資源配置更加合理、經濟，工程質量優良。

3.5最終成果分析

（1）通過實踐，形成適合非洲地域或相似環境下的碾壓式水工瀝青混凝土心墻施工工法;

（2）獲取酸性骨料用作碾壓式水工瀝青混凝土心墻配合比的成果;

（3）通過工程實踐獲得千枚巖用作堆石料的專項施工方案和質量控制方法。

3.6優點和積極效果分析

（1）酸性骨料用于碾壓式水工瀝青混凝土提供科學論證，充分利用現有資源，節約成本;

（2）千枚巖用于壩殼料，拓展筑壩材料選取范圍，通過因地制宜、開挖料利用節約項目成本;

（3）彌補瀝青混凝土大壩與混凝土大壩接頭的研究空白，將復合型大壩的接頭研究提高到70m以上;

（4）通過復合壩型施工的質量控制，形成一整套復合壩型施工的質量控制標準，為后續類似施工提供依據。

結語：

基于尼日利亞宗格魯水電站復合型大壩工程為研究對象，開展復合型大壩綜合技術研究，包括瀝青混凝土心墻與碾壓混凝土大壩接頭設計與施工技術、千枚巖用于堆石壩壩殼料技術、碾壓式酸性骨料水工瀝青混凝土配合比等關鍵技術研究，確保瀝青心墻壩與碾壓混凝土壩接頭施工質量，對中國水電在類似本工程的非洲大環境中，水電項目的應用及發展有著指引作用。。

參考文獻

[1]隔河巖水利樞紐—中國首座上重下拱復合型大壩[J].河北利，2018（8）：22.