頡建軍

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072)

300 m級澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩設(shè)計(jì)研究

頡建軍

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610072)

膠凝堆石料(Hardfill材料)是一種新型的筑壩材料,介紹了Hardfill材料的工程特性和澆筑式瀝青混凝土面板的優(yōu)點(diǎn),澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩成為300 m級面板堆石壩的理想結(jié)構(gòu)形式。對澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩的典型剖面和施工方法進(jìn)行分析研究,并與鋼筋混凝土面板堆石壩進(jìn)行對比,得到澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩具有適應(yīng)性廣、充分利用當(dāng)?shù)夭牧稀⒐こ绦阅軆?yōu)良、工程量省、便于快速施工、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn),該壩型將是300 m級面板堆石壩今后的發(fā)展方向。

膠凝堆石料(Hardfill材料)；澆筑式瀝青混凝土面板；面板堆石壩；設(shè)計(jì)

1 問題的提出

我國西部有著豐富的水能資源,在大江大河上、高山峽谷區(qū)以及相對偏遠(yuǎn)地區(qū)開發(fā)水電資源,需要修建300 m級(壩高在250 m以上)的特高壩,以形成龍頭水庫來提高流域梯級電站的補(bǔ)償調(diào)節(jié)性能和提高電能質(zhì)量。但由于大江大河的上游一般都位于經(jīng)濟(jì)相對落后、交通閉塞的高寒山區(qū),受對外交通條件、地形地質(zhì)條件以及筑壩材料等因素的制約,使得混凝土面板堆石壩成為最具有競爭力的首選壩型[1]。目前,因不能把握300 m級特高面板堆石壩的工程特性以及關(guān)鍵技術(shù)問題和運(yùn)行特性,使得在壩型選擇時(shí)不能直接選擇面板堆石壩方案,而選擇外來建材運(yùn)輸量大、造價(jià)高的混凝土壩或體積大且占用耕地多、對環(huán)境和水土保持易造成不利影響的心墻堆石壩方案,有的工程在近壩區(qū)甚至沒有可用的防滲土料,這使得待建水電站的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)競爭力降低,因此,未來我國水電站的建設(shè)迫切需要在300 m 級特高面板堆石壩技術(shù)上有所突破[2]。當(dāng)前,我國設(shè)計(jì)和建造200 m級(壩高在150～250 m范圍)超高混凝土面板堆石壩的技術(shù)已經(jīng)成熟。工程建設(shè)和運(yùn)行實(shí)踐表明,與100 m級(壩高在70～150 m范圍)的高混凝土面板堆石壩相比,200 m級超高混凝土面板堆石壩具有一些新的特點(diǎn)[3],主要表現(xiàn)在：①由于壩高增加,使得壩體的應(yīng)力水平較高,造成分區(qū)堆石料變形差異趨于嚴(yán)重；②壩體工程量大,施工周期長,需要填筑臨時(shí)剖面來抵擋施工期洪水,甚至有可能要求在堆石體上過流；③建于窄狹河谷中的特高面板堆石壩,其堆石體存在著拱效應(yīng),使壩體的三維效應(yīng)加劇,在施工期、運(yùn)行初期其應(yīng)力和變形性狀明顯有別于100 m級面板堆石壩；④堆石體流變變形的存在,使得200 m級面板堆石壩后期壩體變形量較大,對防滲體系的應(yīng)力、變形性態(tài)起著主導(dǎo)作用,是面板及趾板等防滲結(jié)構(gòu)最大的安全隱患。

200 m級混凝土面板堆石壩表現(xiàn)出的上述性態(tài),在300 m級混凝土面板堆石壩上將會體現(xiàn)的更加明顯、突出。因此,為了打破混凝土面板堆石壩向300 m級壩高發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸,必須在筑壩材料、壩體結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)方面尋求新的突破、創(chuàng)新。施工方式和筑壩材料的改進(jìn)是大壩建設(shè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵,在筑壩材料方面尋求改進(jìn)或變革,是突破300 m級面板堆石壩筑壩技術(shù)瓶頸的研究重點(diǎn)。膠凝堆石料[4],即水泥膠結(jié)堆石料(Cementenrichedrockfill,歐美稱為Hardfill、日本稱為CSG),以其獨(dú)具有的工程特殊性能,使其成為300 m級特高面板堆石壩理想的筑壩材料。而澆筑式瀝青混凝土面板[5]可以有效克服鋼筋混凝土面板在特高壩方面表現(xiàn)出的不足,以其良好的防滲性能和適應(yīng)變形能力,與以膠凝堆石料為主材填筑的堆石壩體組合,構(gòu)成300 m級面板堆石壩的完美結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)其筑壩材料的特點(diǎn),這種壩型可稱為“澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩”。

2 Hardfill壩及Hardfill材料的工程特性

Hardfill材料是一種新型的筑壩材料,其基本特點(diǎn)是①利用在壩址附近易于得到的河床砂卵石或開挖棄渣料等材料,在其中加入水和少量水泥經(jīng)碾壓而成的一種低強(qiáng)度(相對于混凝土來講)材料；②其材料性質(zhì)具有較大的離散性,因?yàn)槠湫阅茈S骨料級配、水泥用量、單位用水量的不同而不同；③基本上不進(jìn)行骨料級配調(diào)整,也無需清洗骨料,因此,生產(chǎn)方便、價(jià)格低廉。

Hardfill壩是一種新壩型,自1993年在希臘建成世界第一座Hardfill材料壩Marathia壩(壩高25 m)以來,2005年在土耳其建成的Cindere壩(壩高107 m)是目前世界上最高的Hardfill壩。日本自20世紀(jì)90年代開始大力研究和開發(fā)具有自身特點(diǎn)的Hardfill壩,并稱為CSG(Cemented Sand Gravel),目前已建成多座CSG壩,其中壩高62 m的Honmyogawa壩為建成的最大壩高。在我國,Hardfill壩的應(yīng)用開始于2004年,已建成的最大壩高為50m,是2009年在云南瀾滄江功果橋水電站上游圍堰采用的膠凝砂礫石圍堰工程。截至目前,我國尚無在主體工程上采用Hardfill壩(或CSG壩)的先例。

Hardfill壩的壩體斷面為上、下游對稱或基本對稱的梯形斷面,其體形介于重力壩和面板堆石壩之間,上、下游壩坡可根據(jù)具體工程的壩基條件、壩高以及筑壩材料的性能等因素來確定,一般在1∶0.5～1∶0.8之間,壩體防滲由上游防滲面板來承擔(dān)。大壩壩體按堆石壩施工工藝進(jìn)行薄層碾壓填筑,施工效率高,投資省。泄洪設(shè)施可布置在壩身,不需要在河岸開鑿溢洪道或泄洪隧洞。施工期允許壩身過水,便于施工導(dǎo)流。Hardfill壩典型剖面見圖1。

Hardfill材料具有類似于貧碾壓混凝土的一些性質(zhì),但又有其自身的特性。在力學(xué)性能方面表現(xiàn)為：①應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。Hardfill材料是一種典型的彈塑性材料,具有彈性區(qū)域和塑性區(qū)域,拉伸性很強(qiáng),是處于混凝土和堆石料之間的過渡材料,其強(qiáng)度和變形模量低于混凝土,但大大高于堆石料,Hardfill材料的變形模量大約是碾壓堆石的10～100倍。②強(qiáng)度方面。Hardfill材料具有類似混凝土材料的性質(zhì),即強(qiáng)度隨齡期增長,齡期越長,強(qiáng)度越大,同時(shí)也具有一定的抗拉強(qiáng)度(約為碾壓混凝土的1/2～1/4),拉壓比在1/10左右,與混凝土相近。③骨料組成方面。Hardfill材料不進(jìn)行骨料級配調(diào)整,但由于它比碾壓混凝土有更大的離散性,通常需要嚴(yán)格控制粗骨料的含量,骨料最大粒徑不宜大于80 mm。④水泥用量和用水量方面。水泥用量是決定Hardfill材料強(qiáng)度的主要因素,水泥用量越多,Hardfill材料的彈性模量越高,這和常規(guī)混凝土的力學(xué)性能是一致的,在相同水泥用量情況下,只有選用最優(yōu)用水量才能使Hardfill材料達(dá)到最高強(qiáng)度,低于最優(yōu)用水量,雖然水灰比減小,但Hardfill材料存在很多空隙,彈性模量依然較低,Hardfill材料水泥用量一般為40～80 kg/m3,水灰比應(yīng)在0.8～1.2之間。

Hardfill材料的工程物理性能表現(xiàn)為：①滲透性能。Hardfill材料具有較大的滲透性,滲透系數(shù)可達(dá)10-3～10-5cm/s,而一般常態(tài)混凝土滲透系數(shù)在10-10cm/s量級,故Hardfill材料可以達(dá)到自由排水的效果。②抗溶蝕性。在壓力水長期滲透作用下,Hardfill材料的強(qiáng)度會有較大的下降(降幅達(dá)20%～30%)。③熱力學(xué)性能。水泥摻量在50～60 kg/m3的Hardfill材料,強(qiáng)度可達(dá)到5 MPa(90 d齡期),彈性模量約為2 GPa(是一般混凝土的1/10左右),產(chǎn)生的絕熱溫升約為8～10 ℃,產(chǎn)生的溫度應(yīng)力約為碾壓混凝土重力壩的1/15～1/20,故其自身的抗拉強(qiáng)度足以抵御其溫度應(yīng)力,不用設(shè)置伸縮縫。④施工。Hardfill壩可以像堆石壩一樣全斷面快速碾壓施工,施工期可以允許壩身過水。

3 澆筑式瀝青混凝土面板

面板是面板堆石壩主要的防滲結(jié)構(gòu),采用常規(guī)堆石料修建的200 m級鋼筋混凝土面板堆石壩,由于堆石體流變變形的存在,使壩體在施工期和運(yùn)行期較長時(shí)段內(nèi)存在不均勻沉降變形,導(dǎo)致鋼筋混凝土面板因不能適應(yīng)超高面板壩壩體變形而出現(xiàn)擠壓、開裂、錯斷等破壞形式,因此,鋼筋混凝土面板應(yīng)用于300 m級特高面板堆石壩有其自身難以克服的缺點(diǎn)。澆筑式瀝青混凝土面板由于具有較好的柔韌性和優(yōu)良的防滲性能,可以適應(yīng)特高面板堆石壩的變形,可以人工澆筑,不需要機(jī)械碾壓,可以在-20～-30 ℃下澆筑,對于修建在寒冷地區(qū)、又需冬季施工、壩體變形較大的特高面板堆石壩特別適合。所以,澆筑式瀝青混凝土面板是300 m級面板堆石壩理想的面板結(jié)構(gòu)形式。

瀝青混凝土面板按施工方式分為碾壓式和澆筑式。根據(jù)國內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn),瀝青混凝土面板堆石壩的上游壩坡多是從施工便利角度出發(fā)來考慮,以滿足施工人員的工作安全和攤鋪、碾壓機(jī)械的作業(yè)效果為前提條件,碾壓式瀝青混凝土面板目前多用于抽水蓄能電站的上池庫盆防滲,且壩坡多緩于1∶1.7。由于多數(shù)面板堆石壩的上游壩坡采用1∶1.4,Hardfill壩的上游壩坡一般都陡于1∶1,因此,較陡的壩坡面不便于碾壓式瀝青混凝土面板的攤鋪、碾壓作業(yè),從而限制了碾壓式瀝青混凝土面板的使用,但澆筑式瀝青混凝土面板由于采用了澆筑方式進(jìn)行施工,對于陡邊坡或直立面都適合采用。從已建成的工程統(tǒng)計(jì)資料來看,瀝青混凝土面板堆石壩壩高絕大多數(shù)在70 m以下,且多采用碾壓式瀝青混凝土,在壩高大于100 m的高面板壩上目前還缺乏成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

澆筑式瀝青混凝土面板由護(hù)面板和瀝青混凝土防滲層組成。護(hù)面板按鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì),要求滿足瀝青混凝土防滲層流變側(cè)壓力對強(qiáng)度和剛度的要求,護(hù)面板厚5～10 cm、長100～200 cm、高40～60 cm,護(hù)面板四周設(shè)置企口以便于相互聯(lián)結(jié),護(hù)面板用錨筋固定于壩面。瀝青混凝土防滲層所用的瀝青混凝土要求滿足防滲性、流變穩(wěn)定性、方便施工的要求,防滲層厚6～10 cm,瀝青采用50號水工瀝青、道路瀝青或摻配瀝青,配合比參數(shù)范圍為：瀝青占瀝青混合料總重的11%～16%,填料占礦料總重的16%～20%,骨料的最大粒徑為4.75～13.2 mm,級配指數(shù)0.24～0.3。

4 300 m級澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩的典型剖面設(shè)計(jì)

我國對Hardfill材料的研究起步較晚,現(xiàn)階段對于膠凝堆石壩(或膠凝砂礫石壩)壩體剖面設(shè)計(jì)尚缺乏系統(tǒng)理論支撐,多將Hardfill材料看作混凝土材料,采用線彈性本構(gòu)關(guān)系來模擬Hardfill材料的本構(gòu)關(guān)系。但現(xiàn)有研究成果表明,膠凝堆石料具有明顯的非線性及彈塑性特征,可是目前研究成果仍主要集中在對其彈性特征的描述方面,尚無法反映其塑性變形特征[6]。因此,采用線彈性本構(gòu)關(guān)系不能準(zhǔn)確地模擬Hardfill材料的實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)。Hardfill材料介于堆石料和混凝土材料之間,Hardfill壩剖面同樣介于面板堆石壩和混凝土重力壩之間,很顯然,完全套用混凝土重力壩的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行Hardfill壩剖面設(shè)計(jì)是不合理、不準(zhǔn)確的。如果依據(jù)重力壩設(shè)計(jì)理念,按材料力學(xué)的方法,以壩體不產(chǎn)生拉應(yīng)力和滿足Hardfill材料的抗壓強(qiáng)度要求作為應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)滿足壩體整體穩(wěn)定要求來擬定Hardfill壩壩體剖面,當(dāng)取上、下游邊坡為1∶0.7、壩頂寬度5 m時(shí),在滿庫水重和壩體自重作用下,以Hardfill材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度6 MPa為控制標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)計(jì)算,最大壩高為68 m[7]。已建成的土耳其Cindere壩,壩高107 m,上、下游邊坡均為1∶0.7,膠凝材料為50 kg/m3水泥和20 kg/m3粉煤灰,材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度為6 MPa,很明顯是不滿足重力壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的,但實(shí)際上大壩卻在安全運(yùn)行,這就是典型的例證。

現(xiàn)代混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì),計(jì)算分析工作主要為壩體邊坡穩(wěn)定分析和壩體及面板的應(yīng)力、變形分析,而變形控制是300 m級特高混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)和施工的核心,變形控制的目的是確保上游壩面防滲結(jié)構(gòu)與壩體堆石變形的協(xié)調(diào)性,防止防滲體系遭受破壞。壩體設(shè)計(jì)的基本過程為①采用極限平衡分析方法對壩體的邊坡進(jìn)行不同坡比的穩(wěn)定分析,從中找出滿足規(guī)范要求的最小坡比；②通過有限元計(jì)算,針對堆石分區(qū)邊界線的不同位置進(jìn)行應(yīng)力變形分析,從中找出滿足壩體和面板應(yīng)力變形要求的壩體分區(qū)。因此,可以說壩體變形控制設(shè)計(jì)的核心就是壩體的分區(qū)設(shè)計(jì)以及各分區(qū)填筑材料性能指標(biāo)的選用。采用普通堆石料填筑的堆石壩,無論堆石的密實(shí)狀態(tài)如何,堆石塊狀顆粒之間的孔隙總是存在的,這就為堆石體的變形創(chuàng)造了條件。利用膠凝堆石料作為面板堆石壩的筑壩材料,由于其強(qiáng)度、剛度和整體性大大高于作為散粒體結(jié)構(gòu)的普通堆石料,其較強(qiáng)的抗沖、抗剪、抗壓強(qiáng)度以及更高的變形模量,可減小面板變形和周邊縫張開,且不存在因時(shí)間效應(yīng)引起的堆石體流變問題。

面板膠凝堆石壩的設(shè)計(jì)應(yīng)以控制大壩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全和穩(wěn)定安全為基本原則,其主導(dǎo)思想是變形控制和滲透穩(wěn)定。為了充分利用當(dāng)?shù)夭牧弦约鞍l(fā)揮不同組份材料的力學(xué)性能,可以參照面板堆石壩進(jìn)行材料分區(qū),不必像膠凝砂礫石壩(CSG壩)一樣全斷面采用同一種組份和性能的材料。已有研究成果表明：當(dāng)膠凝材料含量為40～80 kg/m3時(shí),滿足壩坡自身穩(wěn)定的臨界坡比從1∶0.7過渡到直立,壩體剖面逐步從類似于堆石壩剖面過渡到混凝土重力壩剖面,此時(shí)的膠凝堆石壩既有混凝土重力壩的特征又有土石壩的特征。也就是說壩體剖面設(shè)計(jì)的上、下游邊坡首先要滿足壩坡自身穩(wěn)定的邊坡要求,當(dāng)滿足這一要求的邊坡比較陡時(shí)(如小于1∶0.5),壩體的下游邊坡還要滿足壩體的整體穩(wěn)定要求。強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)壩體的應(yīng)力分布狀況而確定,當(dāng)最大、最小應(yīng)力出現(xiàn)在壩體表面時(shí),按單軸抗壓、抗拉強(qiáng)度校核,當(dāng)最大應(yīng)力出現(xiàn)在壩體內(nèi)部時(shí),既要校核壩體內(nèi)部應(yīng)力水平,又要按壩體邊緣應(yīng)力校核其抗壓、抗拉強(qiáng)度。面板膠凝堆石壩的設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 面板膠凝堆石壩的設(shè)計(jì)流程

綜合200 m級鋼筋混凝土面板堆石壩表現(xiàn)出的工程性態(tài)及膠凝堆石材料的工程特性,參照鋼筋混凝土面板堆石壩的壩體結(jié)構(gòu)分區(qū)[8],初步擬定300 m級澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩的典型剖面如圖3所示。

圖3 300 m級澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩典型剖面示意

壩體結(jié)構(gòu)從上游至下游依次為：

(1)澆筑式瀝青混凝土防滲面板。包括護(hù)面板和防滲層,厚度10～20 cm。起防滲作用。

(2)墊層料Hardfill區(qū)。厚度10～12 m,采用等厚度設(shè)置。在常規(guī)墊層料中摻加富膠凝材料碾壓而成,對瀝青混凝土面板防滲體起支承作用,并起輔助防滲作用。其性能相當(dāng)于碾壓混凝土。

(3)壩體排水層。采用常規(guī)主堆石料填筑,具有自由排水功能,厚度3～10 m,從壩上部向下逐漸加寬；壩頂部因?qū)挾认拗茻o法設(shè)置排水層的部位改為設(shè)置壩內(nèi)排水孔。其作用是對經(jīng)過面板和墊層料Hardfill區(qū)的滲水進(jìn)行截流、排泄,防止?jié)B水對主堆石料Hardfill區(qū)的溶蝕破壞。

(4)主堆石料Hardfill區(qū)。采用在常規(guī)主堆石料中摻加適量膠凝材料碾壓而成,是大壩的主要受力區(qū)域,抵抗庫水對壩體形成的壓力。

(5)下游壩基砂卵礫石保留區(qū)。為了節(jié)省大壩填筑工程量,在壩體下游部位的任意料Hardfill區(qū)基礎(chǔ)部位,對滿足大壩承載力要求的河床砂卵礫石層予以保留。

(6)任意料Hardfill區(qū)。采用任意堆石料(包括隧洞開挖洞渣、壩基開挖棄渣、河床砂卵石、料場開挖棄料或其他軟巖堆石料、常規(guī)的次堆石料以及它們的混合料等)摻加適量的膠凝材料碾壓而成,其力學(xué)性能稍次于主堆石料Hardfill區(qū),主要起壩體穩(wěn)定作用。

5 澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩的施工方法研究

5.1 膠凝堆石料施工

由于施工方法的改變對Hardfill材料的物理力學(xué)指標(biāo)和壩體的剖面型式都有直接影響,因此,應(yīng)通過工程實(shí)踐,結(jié)合生產(chǎn)過程研究和探索適合膠凝堆石壩填筑的施工方法(包括壩材制備、壩料運(yùn)輸、鋪料、灑水以及碾壓方法)、施工機(jī)械(包括壩料開采機(jī)械、壩料拌和和運(yùn)輸機(jī)械、攤鋪機(jī)械、填筑灑水機(jī)械以及碾壓設(shè)備)以及施工方法與施工設(shè)備的相互配套,并提出保證工程質(zhì)量的施工程序和現(xiàn)場質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

目前國內(nèi)外的膠凝砂礫石壩(CSG壩)施工方法大多采用兩種類型,一種是采用碾壓混凝土壩的拌和及運(yùn)輸、卸料、平倉、碾壓方法進(jìn)行施工,即碾壓混凝土施工法(或稱為“澆筑法”)；另一種是利用施工機(jī)械進(jìn)行非常簡易的拌和后,按照堆石料填筑的方法運(yùn)輸上壩、鋪料、碾壓,即堆石料填筑施工法(或稱為“填筑法”)[9]。前者施工質(zhì)量較好,工程質(zhì)量容易把控,但是當(dāng)壩體剖面較大時(shí),經(jīng)濟(jì)效益不明顯；后者顯然施工簡單,但施工質(zhì)量難以得到保證,目前只能在臨時(shí)項(xiàng)目(如圍堰工程)上采用,永久工程建設(shè)中未能夠得以推廣。但是,隨著新型施工機(jī)具的出現(xiàn)以及對施工工藝、現(xiàn)場施工質(zhì)量控制措施的不斷完善,采用立模填筑法施工Hardfill材料將具有很大的技術(shù)優(yōu)勢,將會得到大力發(fā)展。

5.2 澆筑式瀝青混凝土面板施工

澆筑式瀝青混凝土具有瀝青含量高、礦粉含量高和拌和溫度高的特點(diǎn)。澆筑式瀝青混凝土因?yàn)槭抢闷涓邷貢r(shí)的流動性“澆筑、攤平”,不需要碾壓而成為高密度的沒有空隙的均勻的防滲層,具備如下優(yōu)點(diǎn)：密實(shí)不透水,耐久性好,同時(shí)又具有極好的粘韌性,適應(yīng)變形能力強(qiáng),與壩面變形具有很好的隨從性。目前,在壩工方面澆筑式瀝青混凝土面板應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)缺乏,但澆筑式瀝青混凝土心墻應(yīng)用較多,具有成熟的施工工藝；在交通領(lǐng)域,澆筑式瀝青混凝土已經(jīng)普遍采用,具有成熟的施工工藝[10]。澆筑式瀝青混凝土面板的施工方法可以參照澆筑式瀝青混凝土心墻和交通領(lǐng)域澆筑式瀝青混凝土路面的有關(guān)施工方法進(jìn)行。

6 鋼筋混凝土面板堆石壩與澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩比較

依據(jù)DL/T5016—2011《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》,確定的300 m級混凝土面板堆石壩典型剖面如圖4所示。

圖4 300 m級混凝土面板堆石壩典型剖面示意

在壩頂寬度和壩高相同的情況下,對圖3和圖4進(jìn)行比較,對比結(jié)果見表1。

與鋼筋混凝土面板堆石壩相比,在施工方面,澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩具有如下優(yōu)點(diǎn):①壩體工程量相對較小,施工需要投入的人員、設(shè)備相對較少,臨建規(guī)模和場地占用面積相對較?。虎趬误w進(jìn)行立模填筑,不需要進(jìn)行壩坡面防護(hù)；③不需要預(yù)留壩體沉降期,可滿足大壩連續(xù)施工、均衡上升的要求,使工期縮短；④面板可隨壩體上升隨時(shí)澆筑,對水庫進(jìn)行分期蓄水、電站提前發(fā)電有利。在施工導(dǎo)流與施工期防洪度汛方面,澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩壩身允許過流；施工沒有壩體度汛斷面限制,可以做到均衡施工,有利于施工設(shè)備利用最大化。在對環(huán)境的影響方面,澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩料場占用面積相對較小,堆石料開采量相對減小,棄料量很少,棄渣場占用場地較小。并且在運(yùn)行期,膠凝堆石體不存在流變變形問題。

表1 鋼筋混凝土面板堆石壩與澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩對比結(jié)果

7 結(jié) 語

(1)澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩集膠凝堆石材料與瀝青混凝土的優(yōu)勢于一身,與普通的混凝土面板堆石壩相比,具有結(jié)構(gòu)形式簡單、充分利用當(dāng)?shù)夭牧?、壩體不存在流變變形、合理利用建壩材料的性能等特點(diǎn),同時(shí)具有工程量省、節(jié)約工程投資、施工速度快、臨建規(guī)模相對較小、建設(shè)工期相對較短、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是300 m級面板堆石壩理想的新型結(jié)構(gòu)形式,非常適合于在大江大河上游的高寒地區(qū)、深山峽谷中興建龍頭水庫大壩。目前,由于膠凝堆石料、澆筑式瀝青混凝土面板在壩高超過100 m的高壩上使用經(jīng)驗(yàn)較少,沒有形成膠凝堆石壩完整的設(shè)計(jì)理念,限制了這兩種有著優(yōu)良性能的材料在超高面板壩上的應(yīng)用。因此,突破傳統(tǒng)觀念,推動澆筑式瀝青混凝土面板膠凝堆石壩的建設(shè),是壩工界廣大科技工作者的責(zé)任。

(2)膠凝堆石材料與常規(guī)堆石料相比,雖增加了膠凝材料用量,使填筑壩料的單價(jià)上升,但由于大壩體積減小,總工程量降低,還可充分利用軟巖與開挖棄渣料等普通面板堆石壩不能利用的廢料筑壩,節(jié)省了壩料開采工程量和費(fèi)用,其總體造價(jià)仍低于普通面板堆石壩。

(3)在我國,目前由于對膠凝堆石壩的設(shè)計(jì)方法、安全評價(jià)方法、施工方法以及工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)尚沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范,致使這一壩型在工程實(shí)際中的運(yùn)用受到限制,一般僅僅用在圍堰工程上,沒有發(fā)揮它應(yīng)有的工程優(yōu)勢和效益。應(yīng)進(jìn)一步研究在高應(yīng)力和高水頭條件下膠凝堆石材料的應(yīng)力變形特點(diǎn)以及耐久性問題,使之在300 m級面板堆石壩工程上盡快得到實(shí)際應(yīng)用。

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(責(zé)任編輯 王 琪)

Design Study of Jellification Rockfill Dam for 300m-high Level Pouring Asphalt Concrete Face

XIE Jianjun

(PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu 610072, Sichuan, China)

The jellification rockfill material (Hardfill material) is a new type of damming material. As the technical performances of Hardfill material and the advantages of pouring asphalt concrete face, the “Pouring asphalt concrete facing jellification rockfill dam” combined with mentioned two materials will be the ideal structure type of 300 m-high level face rockfill dam. The type profile and construction method of pouring asphalt concrete facing jellification rockfill dam are analyzed and compared with reinforced concrete face rockfill dam. The comparison shows that the new dam has many advantages of wider applicability, full using local materials, good engineering performance, saving construction volume, rapid construction and less impact on environment. This dam will be future development direction of 300 m-high level face rockfill dam．

jellification rockfill material (Hardfill material); pouring asphalt concrete face; face rockfill dam; design

2016-02-29

頡建軍(1963—),男,甘肅隴西人,教授級高工，注冊一級建造師、PMP,從事水利水電工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與項(xiàng)目管理工作．

TV641.4

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0559-9342(2017)02-0054-06