新疆特殊條件下瀝青混凝土心墻壩和面板堆石壩設(shè)計(jì)施工技術(shù)的研究

王世剛

【摘要】本文主要講述了改革開放以來(lái)，新疆在特殊條件下瀝青混凝土心墻壩和面板堆石壩設(shè)計(jì)施工技術(shù)的特點(diǎn)以及發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合新疆高地震、高海拔、高嚴(yán)寒、深厚覆蓋層的特殊情況，整理并歸納了面板堆石壩的各種設(shè)計(jì)，總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)上已經(jīng)獲得的成就，提出了今后應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】瀝青混泥土心墻壩；面板堆石壩；施工技術(shù)

1、新疆瀝青混凝土心墻壩和面板堆石壩設(shè)計(jì)施工特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

1.1 瀝青混凝土心墻壩。2010年，在葉爾羌河的上游（大概高原位置3000米）建成了高達(dá)78米的下坂地水利樞紐瀝青混泥土心墻壩；而且也成功建立了超過100米的五一水庫(kù)、阿拉溝水庫(kù)瀝青混泥土心墻壩，在2014年也開始建設(shè)了吉爾格勒德水利樞紐瀝青混泥土心墻壩。目前最高的瀝青混泥土心墻壩就是大石門水利樞紐，壩高約為130米；目前正在研究建設(shè)131米高的尼亞水利樞紐瀝青混泥土心墻壩。百米高的瀝青混泥土心墻變形、壩基防滲技術(shù)和壩體防滲體系等多種問題面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

1.2 面板堆石壩。自從克孜爾水庫(kù)在活斷層上的建壩的成功，新疆在高地震、高嚴(yán)寒、軟巖、深厚覆蓋層等特殊環(huán)境下有了技術(shù)性的突破。吉林臺(tái)混泥土面板砂礫石壩就是在高地震區(qū)域建成。目前162米高的阿爾塔什水利樞紐混泥土面板堆石壩就是建在河床覆蓋層高達(dá)90米的區(qū)域。規(guī)劃擬建的235米的玉龍喀什河水利樞紐面板壩、252米高的大石峽水電站面板壩。深厚覆蓋層上面壩基防滲技術(shù)、石壩防滲體系都存在這一系列的問題。

2、瀝青混凝土面板堆石壩施工技術(shù)進(jìn)展

2.1 天然砂礫石建壩。新疆不同于一般地區(qū)面板堆石壩的主要特點(diǎn)就是使用天然的砂礫石建筑大壩。由于此類大壩存在著造價(jià)低、就地取材、施工方便等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，便在新疆得到了廣泛地使用。

2.2 高地震區(qū)域抗震機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和壩體滲流控制。使用爆破石料填筑已經(jīng)成為了目前瀝青混泥土面板堆石壩的主流，而砂礫料比堆石料具有更大的壓縮性，可以使整體沉陷量降到最低，使面板不易變形，這對(duì)于在高地震區(qū)域的大壩安全極為關(guān)鍵。在滲流控制方面，制定科學(xué)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)；在變形控制方面，根據(jù)壩體使用的不同材料，制定嚴(yán)格的碾壓標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)劃分填筑區(qū)域，最大的程度上減少在施工及地震造成的變形。

2.3 寒冷地區(qū)面板止水結(jié)構(gòu)研究。吉林臺(tái)一級(jí)水電站根據(jù)高嚴(yán)寒地區(qū)與高地震地區(qū)的特殊情況，對(duì)分期澆筑面板間的水平縫、面板劃分條快的垂直縫、趾板和面板連接處的周邊邊緣、防浪墻底板和面板間的垂直縫以及水平縫中的壓性縫和張性縫等不同部位、不同類型的接縫止水材料與止水結(jié)構(gòu)展開了專業(yè)的研究分析。在便于施工、安全可靠、適應(yīng)大變位等多方面有了顯著的改良，提出了周邊縫自愈型的止水結(jié)構(gòu)。

2.4 壩面溢流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我國(guó)建成的第一座高達(dá)67.5米的壩面溢流混泥土面壩堆石壩就是榆樹溝水庫(kù)。主要是根據(jù)當(dāng)時(shí)地理形狀、地理位置、地質(zhì)條件等多方面因素，將溢洪道直接設(shè)計(jì)在堆石壩體上面，充分使用了挖掘棄料、簡(jiǎn)化樞紐設(shè)計(jì)、降低工程資金、加快工程所需時(shí)間。對(duì)于泄洪規(guī)模不大、河谷狹窄、兩岸邊坡高陡的面板壩具有很重大的參考價(jià)值。

2.5 高趾墻的應(yīng)用。壩高106米的斯木塔斯水電站面板砂礫石壩，是位于峽谷入水口下游150米處，岸坡的方向和河谷方向幾乎平行。河流兩邊的巖石基本露在外面，岸坡比較陡峭，坡度多是60度到85度之間。部分都是陡坎，坡度高大概115米到130米之間。上游圍堰是一座比較大的剛性混泥土心墻壩。防滲體與圍堰體都是按照當(dāng)時(shí)大壩的建造要求設(shè)計(jì)而成，面板砂礫石壩和上游圍堰都是相互結(jié)合的。上游圍堰里的剛性混泥土心墻壩就是我們所說的高趾墻。壩體和上游圍堰的互相搭配，優(yōu)化了整體的設(shè)置，對(duì)工程的安全都有很大的提高。河床覆蓋內(nèi)槽孔混泥土防滲墻與人工澆筑的混凝土在運(yùn)行和施工期間，兩者都是相互受力，并且變化趨勢(shì)也是一模一樣的。

3、瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)施工技術(shù)進(jìn)展

3.1 瀝青混凝土心墻耐久性和力學(xué)性能。新疆的瀝青混凝土心墻壩技術(shù)有了迅速的發(fā)展，但同時(shí)也存在著瀝青混凝土心墻的耐久性問題。一是根據(jù)大壩的各種情況得知，瀝青擁有比較好的防滲性能和耐久性能，新疆氣候炎熱、干燥、冬季時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致有效施工期短暫，目前已經(jīng)建設(shè)好的瀝青心墻壩，都沒有發(fā)現(xiàn)心墻變形導(dǎo)致的壩體漏水、滲水等問題。二是瀝青混凝土心墻的工作狀態(tài)，目前國(guó)內(nèi)已建成的瀝青混凝土心墻都是深埋大壩內(nèi)部，導(dǎo)致很多問題都是觀察不到的。但從石門、坎爾其工程等變形、滲漏問題得知心墻總體運(yùn)行都是比較好的。三是瀝青混凝土是比較好的粘彈塑性物質(zhì)，具有一些巖土、水泥混凝土和公路瀝青混凝土的力學(xué)性能；但瀝青混泥土有它比較特有的性質(zhì)，就是有良好的抗震性能。在地殼運(yùn)動(dòng)的作用下，心墻內(nèi)也不會(huì)像黏土心墻一樣變形、開裂等問題導(dǎo)致大壩坍塌。

3.2 施工技術(shù)的進(jìn)展。近幾年的克孜加爾水利樞紐、下坂地水利樞紐、庫(kù)什塔依水電站瀝青混凝土西氣囊壩都在快速發(fā)展。地處帕米爾高原的下坂地水利樞紐瀝青混凝土心墻，由于高海拔、溫度低、缺氧、高輻射、溫差大的一系列問題，經(jīng)過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和研究，也成功地建設(shè)好了大壩。隨后在極端環(huán)境下的庫(kù)什塔依水電站也完成了瀝青混泥土心墻的建設(shè)，整體上都有質(zhì)的突破。瀝青混凝土心墻上層和下層都是相結(jié)合的，結(jié)合部分和非結(jié)合部分的密度均勻，防滲性能都是比較出色。

4、總結(jié)

自改革發(fā)展以來(lái)，新疆的水庫(kù)建設(shè)方向已從平原水庫(kù)轉(zhuǎn)變到山區(qū)水庫(kù)，很多建設(shè)所需的材料都是就地取材。瀝青混凝土心墻壩和面板堆石壩也在不斷地突破?，F(xiàn)在，如何保證在特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)、惡劣氣候條件、艱難的建設(shè)大壩環(huán)境下，提高大壩建設(shè)得整體質(zhì)量和性能，符合生態(tài)保護(hù)及安全正常運(yùn)行也給我們帶了更大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1]李江，李湘權(quán).新疆特殊條件下面板堆石壩和瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)施工技術(shù)進(jìn)展[J].水利水電技術(shù)，2016（03）：2-8+20.

[2]沈振中，邱莉婷，周華雷.深厚覆蓋層上土石壩防滲技術(shù)研究進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展，2015（05）：27-35.