艾克明

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

世界硬填方壩的新進(jìn)展

艾克明

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

文章以2016年《World Atlas Industry Guide》之RCC Dams《水電與大壩》副刊為基礎(chǔ)，摘錄了其中的硬填方壩【H-F】?jī)?nèi)容，并對(duì)其進(jìn)展做了簡(jiǎn)要分析，供研究參考。

硬填方壩 技術(shù)特點(diǎn) 進(jìn)展分析

碾壓混凝土壩（RCC）是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)， 是混凝土筑壩技術(shù)的一個(gè)重大突破。它具有施工速度快，工期短，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。為了發(fā)揮碾壓混凝土壩材料的全部?jī)?yōu)越性，20世紀(jì)80年代末，在RCC技術(shù)的基礎(chǔ)上，又提出了一種新的設(shè)計(jì)理念。 這種新的設(shè)計(jì)理念的特征是：斷面對(duì)稱，上游面防滲，壩體不設(shè)排水，采用貧水泥碾壓混凝土筑壩，即被稱之為硬填方壩（FSHD），見圖1。它的優(yōu)越性是壩體和基礎(chǔ)上的應(yīng)力低，水泥水化熱小，填方工藝簡(jiǎn)便，造價(jià)更低。 較之重力壩，特別是地震條件下的安全性更高。

圖1 硬填方壩示意圖

鑒于硬填方壩（FSHD）是碾壓混凝土壩（RCC）的一種新概念和新型式，因此國(guó)際《水電與大壩》期刊在做壩型的統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，將FSHD壩列入RCC之內(nèi)，不過在每個(gè)工程的名稱里加上【H-F】字樣，意即硬填方壩（Hard Fill）， 以示區(qū)別。

1 2016年的硬填方壩

從《RCC Dams，2016》中摘錄了世界已建和在建的硬填方壩共45座，見表1-a，表1-b。表中采用的符號(hào)如下：

用途 護(hù)面方法 火山灰E環(huán)保 *臺(tái)階形 9 RCC和預(yù)制混凝土面板外鋪熱膜C高質(zhì)量粉煤灰F防洪 1模板混凝土 10RCC和預(yù)制混凝土塊F低質(zhì)量粉煤灰G補(bǔ)充地下水M碾磨砂H發(fā)電 3 RCC模板 12 RCC筑后設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鑄件2模板混凝土內(nèi)襯土工膜11 RCC筑前預(yù)設(shè)應(yīng)力鋼筋混凝土鑄件N天然火山灰I灌溉 4 RCC模板外鋪土工膜13預(yù)制件與滑模型面外設(shè)增強(qiáng)混凝土鑄件R Rolasc粉煤灰和礦渣混合物N航運(yùn) 5預(yù)制混凝土塊 14滑模成型/壓延成型面板P防污 6預(yù)制混凝土塊外鋪土工膜17為成型的RCC面 L上述礦渣粉與石灰石粉礦物16 用機(jī)械壓實(shí)未成型的RCC面W供水8RCC和預(yù)制混凝土面板外鋪土工膜15 RCC為填充物支承 S地面篩分爆炸礦渣粉R娛樂 7 RCC外襯預(yù)制混凝土面板

2 進(jìn)展分析

2011年我們?cè)鴮?duì)國(guó)際《水電與大壩》副刊上所載2011年已建和在建的硬填方壩（FSHD）做過摘錄，共計(jì)有8個(gè)國(guó)家，16座硬填方壩。如上所述，2016年已建和在建的硬填方壩，共計(jì)有13個(gè)國(guó)家的45座壩。由此特別是2011至2016這5年時(shí)間此類壩型的增長(zhǎng)速度幾乎為前23年總和的將近3倍。由此可見，這種壩型的優(yōu)越性被越來越多的國(guó)家和工程技術(shù)人員所認(rèn)同。

表1-a

表1-b 2016年世界硬填方壩（H-F）統(tǒng)計(jì)表

表1-b 2016年世界硬填方壩（H-F）統(tǒng)計(jì)表

2.1 新建工程數(shù)與壩高隨年代變化情況的分析

世界上的首座硬填方壩建成于1988年，是非洲摩洛哥的Rouidat Amont（Rwedat），壩高24 m，壩頂長(zhǎng)125 m。隨后，分年代新建工程數(shù)和其間的最高壩高一并列于表2。

表2 新建工程數(shù)與其間的最大壩高表

由表2可見新建工程與其間的最大壩高隨年代變化很有規(guī)律性；新建工程數(shù)隨年代越來越多，壩高越來越高。初始年代，壩較低，往后隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，壩越來越高，這也是很自然的。

2.2 硬填方壩的地域分布情況表

由表3可見，在四大洲中，亞洲已建和在建硬填方壩達(dá)25座，居首位，非洲作為策源地，有8座，居次席。歐洲7座居第三位。就國(guó)家而言，土耳其11座居首位，日本8座，希臘7座，分別居第二和第三位。值得注意的是土耳其不但工程多，居第一位，而且壩高，其中96～135 m“100 m級(jí)”的硬填方壩就達(dá)6座（見表1）。顯然，它們的建壩技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)很值得大家研究和學(xué)習(xí)。

表3 硬填方壩的地域分布情況表 座

2.3 膠凝材料的分析

膠凝材料在硬填方壩中起固結(jié)作用。在保證強(qiáng)度的前提下，總的趨勢(shì)是盡量降低水泥用量，以減少水泥水化熱，預(yù)防壩體裂縫。為了增加和易性與增加后期強(qiáng)度，多添加火山灰材料。由于受地方材料或施工水平的影響，表1中，45個(gè)工程中較難找到完全一致?lián)搅恐笜?biāo)。但從表1中，還是可以找到一些共同點(diǎn)。例如，當(dāng)當(dāng)?shù)鼗鹕交遥úㄌ靥m）材料奇缺時(shí)，多數(shù)工程只用純水泥做膠凝材料，水泥摻量約為80 kg/ m3～100 kg/m3，個(gè)別工程最多用到130 kg/m3。若當(dāng)?shù)赜刑烊换鹕交一蚍勖夯視r(shí)則力圖在水泥中摻加這些波特蘭材料。還有添加加工礦渣粉的工程實(shí)例。此時(shí)，水泥用量大體為50 kg/m3左右，波特蘭材料的摻量波動(dòng)較大，少則10 kg/m3，多則100 kg/m3。但比較多的工程波特蘭材料的用量在50～60 kg/m3左右。

2.4 攤鋪層厚度與升程高度問題的分析

關(guān)于攤鋪層厚與升程高度問題，應(yīng)視結(jié)構(gòu)物的型式，施工機(jī)械水平以及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)習(xí)慣而定。攤鋪層厚的300 mm為多，個(gè)別也是采用250 mm或400 mm的。而升程高度，則以層厚為基準(zhǔn)，如采用300 mm，600 mm，900 mm或1 200 mm或采用250 mm，500 mm，750 mm等。

3 我國(guó)硬填方壩的研究和應(yīng)用進(jìn)展情況

在國(guó)際《水電與大壩》2016工程表1中，我國(guó)已建硬填方壩僅有一例，為Hong Kou Atagula壩，壩高36 m，完建于2007年，其他細(xì)節(jié)資料不全，難于分析（可能是指福建洪口水電站的下游圍堰-作者注）。

從期刊雜志上收集的一些資料來看，我國(guó)福建省在硬填方壩上做的研究較多和較為系統(tǒng)。2004年福建省街面水電站施工時(shí)曾興建了一座用硬填方方法修建的施工圍堰，并且在施工期還過了水。

該圍堰高16.4m，上、下游坡比均為1∶0.4，見圖2。

福建街面水電站下游膠凝砂礫石圍堰，采用的配合比為：水泥40 kg/m3，粉煤灰40 kg/m3，砂率21%，水70 kg/m3，減水劑FDN-FZ，摻量為水泥用量的0.8%，其抗剪斷試驗(yàn)結(jié)果列于表4及圖3。

2006年，福建省又修建了洪口水電站的施工圍堰，堰高40 m，并且也過了水。

圖2 福建街面水電站下游圍堰剖面

圖3 試料強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)曲線

表4 街面水電站下游圍堰抗剪斷試驗(yàn)

2007年，福建省在修建兩座圍堰經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上再次設(shè)計(jì)了白沙水電站硬填方壩，壩高73.4 m。該工程的技術(shù)指標(biāo)，一并列入表5。

表5 福建3座FSHD工程指標(biāo)表 10 kg/m3

4 結(jié)語

對(duì)稱斷面面板硬填方壩實(shí)際上是一種低造價(jià)的RCC壩。它的低造價(jià)來自于對(duì)現(xiàn)有RCC的強(qiáng)度、止水性能和接觸縫處理的現(xiàn)有要求的放寬， 與常規(guī)的RCC重力壩相比，F(xiàn)SHD壩的優(yōu)點(diǎn)是增大了大壩的穩(wěn)定性。 這意味著可以很安全地修建在較弱基礎(chǔ)上和強(qiáng)地震區(qū)。對(duì)于無防滲材料地區(qū)修建FSHD壩比修建面板堆石壩（CFRD）壩的工程量要省。

自20世紀(jì)80年代以來，世界各國(guó)共13個(gè)國(guó)家已設(shè)計(jì)建成了FSHD壩40多座， 其最大壩高已達(dá)135 m。足見FSHD壩不失為一種既經(jīng)濟(jì)又安全的新壩型，大有研究和推廣應(yīng)用的廣闊前景。

2017-01-09）

艾克明（1933-），男，湖南益陽人，大學(xué)本科，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水工水力學(xué)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。