楊澤艷，周建平，王富強(qiáng)，吳毅瑾，孫永娟

（1. 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120；2. 中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京市海淀區(qū) 100048）

中國(guó)混凝土面板堆石壩發(fā)展30年

楊澤艷1，周建平2，王富強(qiáng)1，吳毅瑾1，孫永娟1

（1. 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120；2. 中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京市海淀區(qū) 100048）

2015年是中國(guó)引進(jìn)現(xiàn)代筑壩技術(shù)建設(shè)混凝土面板堆石壩的第30年。30年來(lái)，中國(guó)混凝土面板堆石壩技術(shù)穩(wěn)步、快速發(fā)展，走過(guò)了一條“引進(jìn)、發(fā)展、創(chuàng)新、超越”之路。中國(guó)面板堆石壩數(shù)量最多，幾乎遍布全國(guó)，技術(shù)難度、工程規(guī)模和最大壩高都處于世界前列。在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、科研和惡劣自然條件建壩等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，壩體變形控制、滲流控制、面板防裂等方面也取得了矚目的成就，筑壩技術(shù)走向成熟，并正在向超高面板堆石壩方向發(fā)展。本文從建設(shè)成就、技術(shù)進(jìn)展、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。

面板堆石壩；建設(shè)成就；技術(shù)進(jìn)展；經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；發(fā)展方向

1 建設(shè)成就

1.1 數(shù)量和分布

從1985年引進(jìn)現(xiàn)代面板堆石壩技術(shù)以來(lái)，中國(guó)面板堆石壩筑壩技術(shù)穩(wěn)步、快速發(fā)展，走過(guò)了一條“引進(jìn)、發(fā)展、創(chuàng)新、超越”之路。據(jù)2016年中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)[1]～[3]，截至2015年底，中國(guó)壩高30m以上面板堆石壩已建約270座，在建約60座，擬建約80座，總數(shù)超過(guò)400座。

中國(guó)已建、在建和擬建的面板堆石壩（壩高≥30m）分布在29個(gè)?。▍^(qū)、市）。主要分布情況見(jiàn)圖1。其中，新疆、浙江面板堆石壩超過(guò)50座，貴州、云南超過(guò)40座，湖北、四川超過(guò)30座，重慶超過(guò)20座，其他?。▍^(qū)、市）約占30%。

圖1 中國(guó)面板堆石壩主要分布情況Fig.1 Distribution of CFRDs in China

水布埡壩仍是目前中國(guó)和世界上最高的面板堆石壩；天生橋一級(jí)壩壩頂長(zhǎng)超過(guò)1km，填筑量約1800萬(wàn)m3，面板面積約18萬(wàn)m2，是規(guī)模最大的壩。九甸峽壩是已建趾板置于深厚覆蓋層上最高的壩，銅街子左副壩覆蓋層防滲處理深度超過(guò)70m。猴子巖壩、龍首二級(jí)壩（也稱西流水）的長(zhǎng)高比僅約1.3，是在建和已建河谷最狹窄的100m以上高壩。洪家渡壩左岸趾板邊坡最高約310m，是已建河谷極不對(duì)稱且趾板邊坡高陡的壩。吉林臺(tái)一級(jí)壩抗震設(shè)計(jì)烈度達(dá)9度，是已建抗震設(shè)計(jì)烈度最高的壩。紫坪鋪壩是已經(jīng)受9～10度高地震烈度考驗(yàn)的壩。蓮花壩址極端最低氣溫為-45.2℃，是已建位于氣溫最低及溫差最大地區(qū)的壩；查龍壩壩頂高程為4388m，是海拔最高的壩；吉勒布拉克壩所處緯度高于北緯48度，是緯度最高的壩。

中國(guó)面板堆石壩涉及各種不利的地形地質(zhì)條件和氣候條件，因其安全性、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性良好得到較普遍的推廣應(yīng)用，幾乎遍布全國(guó)?？傮w而言，中國(guó)面板堆石壩的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)是成功的，也積累了應(yīng)對(duì)各種困難情況的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。中國(guó)面板堆石壩數(shù)量占全球面板堆石壩總數(shù)的一半以上，技術(shù)難度、工程規(guī)模和最大壩高等方面均處于世界前列。

1.2 發(fā)展階段

1985年，中國(guó)啟動(dòng)西北口面板堆石壩設(shè)計(jì)和施工國(guó)家科技攻關(guān)試點(diǎn)工程。以此為標(biāo)志，一般認(rèn)為中國(guó)現(xiàn)代面板堆石壩技術(shù)起步于1985年。中國(guó)的現(xiàn)代面板堆石壩，按技術(shù)發(fā)展，大致可分為“引進(jìn)消化、自主創(chuàng)新和突破發(fā)展”等三個(gè)階段[4]（圖2）。

圖2 中國(guó)面板堆石壩發(fā)展示意圖Fig.2 Schematic diagram for development of CFRDs in China

2 主要技術(shù)新進(jìn)展

中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì)對(duì)中國(guó)混凝土面板堆石壩的壩址選擇和壩體布置、壩體斷面分區(qū)及筑壩材料、壩體防滲結(jié)構(gòu)、壩基處理、導(dǎo)流與度汛、主體工程施工、安全監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)及計(jì)算、壩身溢流及壩體加高、惡劣自然條件筑壩等方面的主要技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)，2010年完成綜述性論文《中國(guó)混凝土面板堆石壩25年》[4]。近年來(lái)，面板堆石壩筑壩技術(shù)又有了新進(jìn)展。

2.1 按照變形控制要求選擇填筑密實(shí)度

天生橋一級(jí)、洪家渡、三板溪、水布埡、巴貢等面板堆石壩的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，200m級(jí)面板堆石壩筑壩技術(shù)是成功的、可靠的，相關(guān)壩體布置、壩體分區(qū)、筑壩材料、防滲結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)處理、導(dǎo)流度汛、填筑分期、堆石填筑、面板澆筑、試驗(yàn)研究與計(jì)算分析、安全監(jiān)測(cè)等技術(shù)可供300m級(jí)高面板壩建設(shè)參考和借鑒。

面板堆石壩設(shè)計(jì)的技術(shù)難題之一就是選擇與壩址地形地質(zhì)條件和筑壩材料特性相適應(yīng)的堆石料設(shè)計(jì)指標(biāo)?！痘炷撩姘宥咽瘔卧O(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5016—2011）明確提出按壩高選擇設(shè)計(jì)孔隙率或相對(duì)密度（見(jiàn)表1）。

表1 筑壩材料設(shè)計(jì)孔隙率或相對(duì)密度選擇表Tab.1 Design porosity or relative density for rockfills

根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于狹窄河谷面板堆石壩、陡壩肩邊坡附近的堆石增模區(qū)一般選擇下限值。正在建設(shè)的猴子巖面板堆石壩（高223.5m）、江坪河面板堆石壩（高219m）均位于狹窄河谷地區(qū)，上下游硬巖～超硬巖堆石料區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率要求均小于19%。

試驗(yàn)表明，現(xiàn)場(chǎng)原級(jí)配試驗(yàn)的最大、最小干密度均大于室內(nèi)試驗(yàn)值，計(jì)算相對(duì)密度均小于1。參考200m級(jí)高面板堆石壩實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)茨哈峽現(xiàn)場(chǎng)筑壩料碾壓試驗(yàn)分析，中國(guó)工程師研究提出了300m級(jí)高面板堆石壩壩料碾壓參數(shù)及施工控制指標(biāo)的建議：對(duì)于250m級(jí)以上超壩堆石料孔隙率宜按17%～19%控制；砂礫石料相對(duì)密度宜大于0.90，按照0.92～0.95控制。

2.2 超高面板堆石壩安全性評(píng)價(jià)方法

高面板壩堆石壩安全可分歸納為整體安全、穩(wěn)定安全、結(jié)構(gòu)安全等三個(gè)層次。第一層次為整體安全，包括洪水設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、壩頂超高等，第二層次為穩(wěn)定安全，包括變形穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定等，難點(diǎn)是變形穩(wěn)定，第三層次為結(jié)構(gòu)安全，包括筑壩材料、壩體結(jié)構(gòu)等相關(guān)要求。

高面板堆石壩的主要包括不利地形地質(zhì)條件，壩頂漫流，壩體變形過(guò)大，面板結(jié)構(gòu)性裂縫和擠壓破壞，壩體和壩基滲漏及滲透破壞，地震引起的面板破壞、止水失效，計(jì)算和分析理論不足等風(fēng)險(xiǎn)因素。隨著壩高增加，壩坡安全系數(shù)和可靠度呈降低趨勢(shì)，250m級(jí)以上高面板堆石壩需增加壩坡穩(wěn)定可靠性，可適當(dāng)放緩壩坡。

高面板堆石壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)可按1.6和1.7控制，對(duì)應(yīng)壩坡抗滑穩(wěn)定目標(biāo)可靠指標(biāo)正常工況可達(dá)4.45～4.7。初步探索表明，壩體變形可靠指標(biāo)在蓄水期和竣工期分別為2.02和2.22，面板撓度可靠度指標(biāo)蓄水期為1.766，大于歐洲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范Eurocode 0的指標(biāo)1.5。高壩滲透穩(wěn)定具有足夠的安全裕度，滲透穩(wěn)定可靠度指標(biāo)可達(dá)9.91。

2.3 超高面板堆石壩設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)和工程措施

針對(duì)古水、茨哈峽、馬吉和如美等超高面板堆石壩的工程特點(diǎn)，中國(guó)工程師開(kāi)展了面板壩設(shè)計(jì)研究[5]，包括壩體布置、材料設(shè)計(jì)、壩料分區(qū)、防滲結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)處理等。超高面板堆石壩比高面板堆石壩在筑壩材料選擇、斷面設(shè)計(jì)、材料分區(qū)、設(shè)計(jì)指標(biāo)、面板結(jié)構(gòu)等方面有更高的要求。改進(jìn)后的超高面板堆石壩，壩體抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、應(yīng)力變形均可控制在已有經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)。

中國(guó)工程師歸納總結(jié)提出300m級(jí)面板堆石壩的安全標(biāo)準(zhǔn)及其控制指標(biāo)。安全標(biāo)準(zhǔn)涉及樞紐整體安全、滲流安全、變形安全和抗滑穩(wěn)定安全，安全量化控制指標(biāo)包括防洪標(biāo)準(zhǔn)、抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、壩頂安全超高、大壩滲流控制指標(biāo)、壩體變形控制指標(biāo)、面板變形及應(yīng)力控制指標(biāo)、接縫變形安全控制指標(biāo)、抗滑穩(wěn)定控制指標(biāo)等。

超高面板堆石壩樞紐整體安全措施包括選擇較高的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、適當(dāng)?shù)膲雾敵?，壩體變形安全措施包括壩料級(jí)配、接縫可靠性、壩體整體和不均勻沉降等，抗滑穩(wěn)定安全措施和抗震安全措施包括較大的壩頂寬度、上部壩高放緩壩坡、上部壩體下游壩坡加筋、加強(qiáng)護(hù)坡、提高壩體壓實(shí)密度等。

2.4 超高面板堆石壩筑壩材料特性

《300m級(jí)高面板堆石壩安全性及關(guān)鍵技術(shù)研究》[5]對(duì)筑壩材料顆粒破碎特性、材料強(qiáng)度的影響、堆石料的流變特性、復(fù)雜應(yīng)力路徑的影響，開(kāi)展了大量室內(nèi)三軸試驗(yàn)。隨著堆石料孔隙率減小，模型參數(shù)提高，壩體變形明顯減??；試驗(yàn)揭示，堆石料K值小于砂礫石料；≥5mm的顆粒含量越多，破碎率越高，在高圍壓條件，顆粒粒徑越小，顆粒破碎越不明顯。

研究表明，堆石料的顆粒破碎表現(xiàn)為大顆粒易于破碎和大試件材料參數(shù)低于小試件、大顆粒的咬合作用強(qiáng)于小顆粒和大試件材料參數(shù)高于小試件等兩種與尺寸有關(guān)的細(xì)觀機(jī)制。縮尺效應(yīng)由這兩種機(jī)制之間的綜合作用決定。高壩的實(shí)際變形值大于計(jì)算值，大壩堆石的實(shí)際變形參數(shù)低于室內(nèi)三軸試驗(yàn)值已為實(shí)際安全監(jiān)測(cè)所證實(shí)。

研究表明，導(dǎo)致縮尺效應(yīng)的主要原因之一是高圍壓條件下顆粒破碎，這在室內(nèi)大型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算模擬試驗(yàn)三種方法得到相互補(bǔ)充和驗(yàn)證。綜合試驗(yàn)表明，當(dāng)堆石料最大粒徑增大，摩擦角衰減值Δφ增加明顯，初始摩擦角φ0稍有增加；最大圍壓越大，縮尺效應(yīng)越明顯；當(dāng)最大粒徑增加，體變模量減小明顯，楊氏模量系數(shù)變化相對(duì)較小。堆石料的流變量和流變趨穩(wěn)時(shí)間均有所增加，但應(yīng)力路徑對(duì)堆石料強(qiáng)度的影響不大。

2.5 超高面板堆石壩有限元計(jì)算分析方法

超高面板堆石壩需采用與壩高相適應(yīng)的應(yīng)力變形分析的數(shù)值計(jì)算模型和計(jì)算方法。對(duì)200m級(jí)高面板堆石壩的計(jì)算分析程序改進(jìn)包括[5]堆石材料的流變特性及相應(yīng)的數(shù)值分析模型；反應(yīng)堆石顆粒破碎特性的堆石本構(gòu)模型；堆石與混凝土材料的非線性接觸特性及相關(guān)模擬方法；堆石材料特性的時(shí)效變化規(guī)律及其相應(yīng)的數(shù)值模擬方法；精細(xì)化建模及大規(guī)模數(shù)值計(jì)算的并行計(jì)算方法。

典型高面板堆石壩的數(shù)值計(jì)算分析表明，只要壩體材料及其碾壓參數(shù)選擇適當(dāng)， 特高面板堆石壩的應(yīng)力變形規(guī)律與超高面板堆石壩的基本相當(dāng)，但面板的應(yīng)力和堆石體的位移均有較為明顯的增大。首次通過(guò)研究來(lái)揭示高混凝土面板壩面板擠壓破損機(jī)理，宏觀原因是過(guò)大的堆石體變形，直接原因是面板沿縱縫的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)接觸擠壓。

茨哈峽、古水、馬吉、如美4座面板堆石壩工程采用改進(jìn)后的應(yīng)力變形計(jì)算分析表明，大壩應(yīng)力變形分布規(guī)律合理，符合高面板堆石壩的一般規(guī)律。對(duì)于古水和茨哈峽壩，在采取一定的變形控制措施后，壩體變形可以控制到與200m級(jí)高面板堆石壩大致相當(dāng)?shù)乃?。由于馬吉和如美壩壩高相對(duì)較高，蓄水后面板局部部位的應(yīng)力偏大，可通過(guò)設(shè)置縫間柔性材料、平順兩岸趾板地形等措施來(lái)解決。

2.6 超高面板堆石壩筑滲透穩(wěn)定特性

采用滲透變形試驗(yàn)方法驗(yàn)證了茨哈峽和古水壩的過(guò)渡區(qū)與墊層區(qū)的反濾關(guān)系。有過(guò)渡區(qū)的保護(hù)，在超高水頭下墊層料承受滲透梯度可超過(guò)200而不發(fā)生滲透破壞。滲流分析成果表明，當(dāng)墊層料滲透系數(shù)達(dá)到10-4cm/s量級(jí)時(shí)，如果沒(méi)有面板保護(hù)，墊層料在過(guò)渡料的保護(hù)下不會(huì)發(fā)生滲透破壞，但需要適當(dāng)采取措施對(duì)下游堆石料的滲流出口做好保護(hù)。

2.7 超高面板堆石壩防滲和止水系統(tǒng)方案

文獻(xiàn)[6]針對(duì)300m級(jí)高面板堆石壩計(jì)算和分析確定的接縫位移量值和位移特點(diǎn)，提出適應(yīng)更大變形的接縫止水結(jié)構(gòu)型式及止水材料。評(píng)價(jià)現(xiàn)行止水結(jié)構(gòu)對(duì)300m級(jí)高面板堆石壩的適應(yīng)性和改進(jìn)措施，提出解決方向和方案。

通過(guò)總結(jié)已建工程，分析面板和趾板對(duì)300m級(jí)高面板堆石壩的適應(yīng)性，提出混凝土原料選擇、混凝土配合比方案、相關(guān)施工措施，評(píng)價(jià)高寒地區(qū)面板混凝土耐久性及工程措施對(duì)300m級(jí)高面板堆石壩的適應(yīng)性。開(kāi)展混凝土面板耐久性防滲加強(qiáng)技術(shù)措施研究。

2.8 超高面板堆石壩抗震安全性及其工程措施

通過(guò)深入研究[5]，真非線性模型、廣義塑性本構(gòu)模型、循環(huán)本構(gòu)模型及三維彈塑性接觸面本構(gòu)模型得到改進(jìn)和發(fā)展。研究還提出了高面板壩波函數(shù)組合法的非一致地震輸入和波動(dòng)分析方法、非線性大壩與庫(kù)水耦合及涌浪的精細(xì)化分析方法、面板塑性損傷分析方法。

通過(guò)GPU加速技術(shù)、MPI并行計(jì)算、內(nèi)存優(yōu)化、多任務(wù)和高效求解算法等先進(jìn)技術(shù)及前述理論與方法，集成了三維靜動(dòng)力分析軟件，效率高、大規(guī)模。建立了基于應(yīng)力分析、變形分析、穩(wěn)定分析的高面板壩抗震安全性評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及極限抗震能力分析方法；論證了古水壩壩頂下游壩坡加鋼筋網(wǎng)、面板中部壓性豎縫內(nèi)間隔填充復(fù)合橡膠板、面板上部設(shè)置永久性水平縫等抗震措施的有效性。

2.9 超高面板堆石壩施工技術(shù)要求及質(zhì)量控制

近年面板堆石壩填筑碾壓設(shè)備重量有較大發(fā)展，猴子巖壩、江坪河壩采用振動(dòng)碾達(dá)到32t。文獻(xiàn)[6]重點(diǎn)對(duì)水布埡、三板溪、洪家渡、天生橋一級(jí)4個(gè)面板壩工程的施工技術(shù)和質(zhì)量控制要求進(jìn)行總結(jié)。依托天生橋、古水面板堆石壩分析研究堆石體分期填筑高差、填筑超高、預(yù)沉降期等確定壩體填筑程序的技術(shù)指標(biāo)與面板變形控制的關(guān)系。

結(jié)合古水、馬吉、如美、茨哈峽水電站的具體設(shè)計(jì)工作，提出300m級(jí)高混凝土面板堆石壩適應(yīng)度汛、提前蓄水發(fā)電，同時(shí)兼顧變形要求的施工方案，初選了碾壓機(jī)具，提出了壩體預(yù)沉降控制措施。

2.10 超高面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)200m級(jí)高面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入調(diào)查，總結(jié)了高堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)特點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)主要監(jiān)測(cè)措施的有效性和存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。對(duì)已有面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及儀器設(shè)備進(jìn)行深化研究，對(duì)新技術(shù)、新儀器設(shè)備進(jìn)行研究。通過(guò)研究提出適應(yīng)高面板堆石壩1000m級(jí)監(jiān)測(cè)管線的變形監(jiān)測(cè)方案，包括監(jiān)測(cè)儀器結(jié)構(gòu)形式、材料工藝、技術(shù)指標(biāo)、埋設(shè)技術(shù)要求等，為300m級(jí)高面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究提供技術(shù)支撐。

對(duì)高面板堆石壩監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智能反饋與預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。通過(guò)全面的調(diào)研并基于已有科研成果及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，提出蓄水期和運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)安全指標(biāo)；對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)及綜合分析，考慮時(shí)空效應(yīng)結(jié)合多尺度有限元計(jì)算進(jìn)行反演分析，獲得大壩材料的合理參數(shù)，并預(yù)測(cè)大壩在不同條件下的安全裕度及工作性態(tài)；根據(jù)監(jiān)測(cè)和分析成果修正和完善不同時(shí)期各級(jí)警戒值和安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案與措施。

3 主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

文獻(xiàn)[4]對(duì)面板混凝土溫度和干縮裂縫、面板結(jié)構(gòu)性裂縫及擠壓破壞、滲透破壞或水力沖蝕、接縫止水失效等方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)。近年來(lái)，仍有面板堆石壩筑壩出現(xiàn)類似的工程事故。

湖南白云面板堆石壩工程，壩高120m。1992開(kāi)建，1998年完工并下閘蓄水。蓄水后前10年滲漏觀測(cè)顯示正常，2008年5月后滲漏量加大，最大達(dá)1200L/s。2015年完成加固處理。初步分析主要原因有：壩體與兩岸基巖變形不協(xié)調(diào)，大壩填筑體密實(shí)度不足、變形量過(guò)大，止水結(jié)構(gòu)缺陷或者耐久性差，趾板基礎(chǔ)處理不到位，大壩填料分區(qū)不合理，各分區(qū)級(jí)配不良等。

四川布西面板堆石壩工程，壩高135.8m。2008年開(kāi)建，2010年完工并下閘蓄水。一期蓄水后，發(fā)現(xiàn)大壩滲漏明顯偏大。水庫(kù)蓄水水位快速上升過(guò)程中，出現(xiàn)大壩沉降量加大及面板開(kāi)裂異常情況。實(shí)測(cè)最大滲漏量1982L/s。檢查發(fā)現(xiàn)部分面板間出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、局部隆起，面板高程3300m附近出現(xiàn)局部橫向裂縫。

云南普西橋和甲巖面板堆石壩工程，壩高分別為140m和146m，初期蓄水后均出現(xiàn)壩后滲漏量較大情況，同時(shí)伴隨有壩體變形較大等情況。采取了降低庫(kù)水位檢查、加強(qiáng)岸坡帷幕灌漿、壩前拋灑粘土鋪蓋等工程措施進(jìn)行處理。

面板堆石壩的任何設(shè)計(jì)和施工缺陷在施工期或運(yùn)行期會(huì)毫無(wú)保留地顯露出來(lái)。面板堆石壩設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵還在于借鑒已有工程經(jīng)驗(yàn)，遵照客觀規(guī)律，開(kāi)展深入細(xì)致的地質(zhì)勘查和設(shè)計(jì)研究，提出與地形地質(zhì)條件、筑壩材料特性相適應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量，才能確保不出現(xiàn)壩體變形大、面板擠壓破壞、滲漏量過(guò)大等問(wèn)題。

4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 更高面板堆石壩

由于河流梯級(jí)水電開(kāi)發(fā)及水資源合理配置的需要，未來(lái)我國(guó)西部還將建設(shè)一批調(diào)節(jié)性能好的高壩大庫(kù)工程。近期，古水、茨哈峽、拉哇和大石峽等工程均已在可行性研究或初步設(shè)計(jì)階段推薦面板堆石壩為選定壩型（見(jiàn)表2）。

這些工程壩址位于西部高山峽谷、交通不便、經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)；屬高壩大庫(kù)，庫(kù)容大于12億～41億m3，工程規(guī)模大；水庫(kù)大都具有較好的調(diào)節(jié)能力，為梯級(jí)中的控制性水庫(kù)和關(guān)鍵梯級(jí)；泄洪量900m3/s～13000m3/s，泄洪問(wèn)題可通過(guò)岸邊溢洪道和泄洪洞加以解決；場(chǎng)地基本烈度為7度，地震設(shè)計(jì)烈度大于8度。這些工程壩址區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)和建設(shè)具有相當(dāng)?shù)碾y度，雖然前期設(shè)計(jì)階段均結(jié)合300m級(jí)高面板堆石壩適應(yīng)性、安全性及技術(shù)對(duì)策和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)施階段還需結(jié)合具體工程特點(diǎn)開(kāi)展深入的研究。

4.2 深厚覆蓋層上的高面板堆石壩

新疆葉爾羌河干流上的阿爾塔什水利樞紐工程面板堆石壩最大高度164.8m[7]，水庫(kù)總庫(kù)容約22.4億m3，電站裝機(jī)容量755MW。工程于2015年6月開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2021年5月完工。工程具有高地震烈度、高邊坡、高壩及深厚覆蓋的“三高一深”特點(diǎn)[8]。

阿爾塔什面板堆石壩采用砂礫石和堆石料筑壩，上游壩坡1：1.7，下游壩坡1：1.6。河床覆蓋層最大厚度94m，趾板建在深厚覆蓋上。壩基覆蓋層采用全封閉混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理。該工程建成后將是世界上趾板建在深厚覆蓋層上最高的面板堆石壩工程。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）中國(guó)面板堆石壩數(shù)量超全球總數(shù)的一半，技術(shù)難度、工程規(guī)模和壩高都處于世界前列。面板堆石壩在中國(guó)已成為土石壩中的主導(dǎo)壩型。

（2）中國(guó)面板堆石壩技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了“引進(jìn)消化、自主創(chuàng)新和突破發(fā)展”三個(gè)階段。未來(lái)隨著中國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用，還將促進(jìn)更多面板堆石壩的建設(shè)。

（3）中國(guó)面板堆石壩在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、科研、惡劣自然條件筑壩等方面都積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，形成了完整的工業(yè)化體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系。

（4）中國(guó)從溝后潰壩事件，株樹(shù)橋等壩面板破損事故中吸取教訓(xùn)，壩體變形控制、滲透控制以及混凝土面板防裂技術(shù)取得新的突破。

（5）中國(guó)面板堆石壩將向基巖上250m～300m級(jí)高壩、深覆蓋層上200m級(jí)高壩方向發(fā)展。大壩信息化筑壩技術(shù)、防震抗震研究設(shè)計(jì)、大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)將邁上新臺(tái)階。

表2 擬建超高面板堆石壩主要特性表Tab.2 Main characteristics of the proposed super-high CFRDs in China

圖3 阿爾塔什面板砂礫石堆石壩剖面示意圖Fig.3 Section of Aertashi concrete face sand-gravel rockfill dam

[1] 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì). 中國(guó)30m以上已建混凝土面板堆石壩統(tǒng)計(jì)表（截至2015年底）.

[2] 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì). 中國(guó)30m以上在建混凝土面板堆石壩統(tǒng)計(jì)表（截至2015年底）.

[3] 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì). 中國(guó)30m以上擬建混凝土面板堆石壩統(tǒng)計(jì)表（截至2015年底）.

[4] 中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會(huì). 中國(guó)混凝土面板堆石壩25年[A]. 混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐與進(jìn)展[C]. 北京： 中國(guó)水利水電出版社，2010：1-20.

[5] 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院、中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)有限公司、華能瀾滄江水電股份有限公司、黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限公司、云南華電怒江水電開(kāi)發(fā)有限公司. 300m級(jí)高面板堆石壩安全性及關(guān)鍵技術(shù)研究[R]. 2016.

[6] 中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司、華能瀾滄江水電有限公司、云南華電怒江水電開(kāi)發(fā)有限公司. 300m級(jí)高面板堆石壩適應(yīng)性及對(duì)策研究[R]. 2010.

[7] 范金勇. 阿爾塔什深厚覆蓋上高面板砂礫石堆石壩壩體變形控制設(shè)計(jì)[J]. 水利水電技術(shù)，2016（47）：29-32.FAN Jinyong. Design of Deformation Control on High Concrete Face Sandy Gravel-rockfill Dam Built on Aertashi Deep Overburden[J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2016, 47(3): 29-32.

[8] 陳曉，王旭紅. 阿爾塔什“三高一深”工程地質(zhì)問(wèn)題的勘察研究[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011（31）：72-76.CHEN Xiao, WANG Xuhong. Geological Survey and Study on Problems of ‘High Seismic Intensity, High Slopes, High Dam and Deep Overburden Layer’ for Aertashi Project [J]. Acta Geologica Sichuan, 2011, 31: 72-76.

The 30 Years’ Development of Concrete Face Rockfill Dam in China

YANG Zeyan1, ZHOU Jianping2, WANG Fuqiang1, WU Yijin1, SUN Yongjuan1
（1. China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing, 100120,China; 2. Power Construction Corporation of China, Beijing,100048, China）

2015 is the 30th anniversary for introduction of modern technologies in constructing concrete face rockfill dams （CFRD）in China. In the past 30 years， construction techniques developed fast and a path of ‘introduction， development， innovation， and breakthrough’ is discovered to design and construct CFRD in China. The quantity， dam height， project scale and technical difficulty of CFRD in China are all at the forefront of the world.Plentiful and valuable experiences are accumulated and remarkable achievements are achieved in the design， construction， scientific research， safety monitoring. and dam construction under unfavorable natural conditions. Technologies of CFRD construction matured and develop to face greater challenges from the super-high dams. Brief summary is put forward in this paper on construction profile， technical progress， experience and lessons and development direction of CFRD.

concrete face rockfill dam， achievements of CFRD construction， technical development， experience and lessons，development direction

TV641

A

570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.001

2016-09-13

2017-01-11

楊澤艷（1962—），男，湖北老河口人，教授級(jí)高級(jí)工程師，全國(guó)勘察設(shè)計(jì)大師，副總工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢。E-mail： yangzy@creei.cn

周建平（1962—），男，湖南常德人，教授級(jí)高級(jí)工程師，總工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究及建設(shè)管理。zjp@powerchina.cn

王富強(qiáng)（1983—），男，山東單縣人，博士，高級(jí)工程師，主任助理，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢、審查、驗(yàn)收。E-mail： wfq@creei.org

吳毅瑾（1964—），女，江蘇宜興人，教授高級(jí)工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢、安全鑒定。

孫永娟（1943—），女，山東即墨人，教授高級(jí)工程師，主要研究方向：水電工程設(shè)計(jì)和科技管理。