摘要:全面總結(jié)了建國以來我國水電建設(shè)的壩工技術(shù)成就,涉及壩型優(yōu)選、高壩大流量泄水建筑物及消能工技術(shù)、鋼筋混凝土引水岔管技術(shù)、高壩地基處理技術(shù)、巖質(zhì)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固處理等。 
　　關(guān)鍵詞:水電工程;壩型;泄水建筑物;引水岔管;高壩地基;預(yù)應(yīng)力錨固  考試大(www．Examda。com)
　　建國以來我國水電事業(yè)發(fā)展很快,壩工技術(shù)有了長足的進(jìn)步。除常規(guī)壩型外,重點(diǎn)對碾壓混凝土壩和鋼筋混凝土面板堆石壩的設(shè)計和筑壩技術(shù)開展了大規(guī)模的研究,其成果得到了廣泛的應(yīng)用;對在特定條件下建設(shè)高壩方面,如復(fù)雜地形、地質(zhì)條件,高地震烈度區(qū),狹窄河谷泄洪等進(jìn)行過專題攻關(guān);此外,還圍繞設(shè)計與施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題,開展了多學(xué)科的綜合研究,均取得了可喜的成就。 
　　1 壩型的優(yōu)選 
　　壩型的優(yōu)選,是從我國的資源、建筑材料及勞動力優(yōu)化著眼,達(dá)到優(yōu)化利用資源、改善環(huán)境、提高社會和經(jīng)濟(jì)效益。重點(diǎn)放在碾壓混凝土壩、高薄拱壩和鋼筋混凝土面板堆石壩上,開展了大規(guī)模的研究和廣泛的應(yīng)用,取得了可喜的成就。 
　　1.1 碾壓混凝土壩的快速發(fā)展 
　　我國自1986年成功建成第一座碾壓混凝土壩以來,據(jù)估計,已建和正在設(shè)計的碾壓混凝土壩大約有50座,是我國壩工發(fā)展中有前景的壩型之一。近期已建、在建和即將開工建設(shè)的高100m以上的碾壓混凝土壩有龍灘(216m)、江埡(131m)、百色(126m)、大朝山(121m)、棉花灘(111m),其中碾壓混凝土量均超過整個大壩混凝土量的60%以上。正在施工的龍灘水電站碾壓混凝土量占65%左右,施工月高峰澆筑強(qiáng)度超過25萬m3,創(chuàng)造了世界先進(jìn)水平。 
　　我國的碾壓混凝土筑壩技術(shù),創(chuàng)立了自己獨(dú)特的經(jīng)驗,概括有:壩體體型結(jié)構(gòu)簡單;碾壓混凝土配合比水泥用量低;盡量實現(xiàn)高摻粉煤灰和摻復(fù)合外加劑;壩體以碾壓混凝土自身防滲為主,并采用富膠凝材料,抗?jié)B性能高;施工上采用大倉面薄層連續(xù)澆筑工藝等。簡言之,我國的碾壓混凝土筑壩技術(shù)是高摻粉煤灰,低稠度、薄層、全斷面、快速短間歇連續(xù)填筑。
　　1.2　混凝土面板堆石壩技術(shù)有所創(chuàng)新 
　　混凝土面板堆石壩是近二三十年內(nèi)發(fā)展起來的一種新壩型,我國雖然起步晚,但是起點(diǎn)高、發(fā)展快,10多年來已建、在建和擬建面板石壩壩高在100m以上的就有10多座,例如,在建的廣西南盤江天生橋一級面板堆石壩壩高178m,貴州烏江洪家渡面板堆石壩壩高232m。我國混凝土面板堆石壩技術(shù)在發(fā)展中還有創(chuàng)新,除面板堆石壩和面板砂礫石壩壩型外,還有土心墻與混凝土面板壩結(jié)合的堆石壩、噴混凝土堆石壩、溢流面板堆石壩和趾板建在深厚覆蓋層上的面板堆石壩等新壩型,以及建在強(qiáng)地震區(qū)的混凝土面板壩,如黑泉面板壩(按8度設(shè)防)。  把安全工程師站點(diǎn)加入收藏夾
　　1.3　高混凝土拱壩技術(shù)全面發(fā)展 
　　我國已經(jīng)建成的高度超過30m的拱壩有300多座,是世界上拱壩最多的國家之一。20世紀(jì)80年代以來,我國陸續(xù)建成高度超過100m的拱壩多座。已建成的雙曲拱壩有:黃河李家峽壩高165m、B/H=0.163,雅礱江二灘壩高240m、B/H=0.232。在建和擬建的雙曲拱壩有:烏江構(gòu)灘壩高225m,黃河拉西瓦壩高250m,瀾滄江小灣壩高292m,金沙江溪洛渡壩高295m。 
　　近幾十年來,我國致力于300m級特高混凝土拱壩專門技術(shù)和在高地震烈度區(qū)高拱壩的合理體型的研究。在高拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)、高拱壩建設(shè)全過程仿真技術(shù)、高拱壩設(shè)計判據(jù)理論依據(jù)、高拱壩孔口配筋理論及高拱壩設(shè)計方法等方面的研究已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展,為在我國興建300m高混凝土拱壩打下了基礎(chǔ),提供了科學(xué)的理論依據(jù)。 
　　正在建設(shè)中的混凝土雙曲薄拱壩,以小灣和溪洛渡為代表。小灣水電站,壩型為混凝土雙曲薄拱壩,壩高292m,裝機(jī)4200MW,泄洪總功率46000MW(比二灘水電站多7000MW),壩體受總水推力170MN,地震基本烈度為8度。溪洛渡水電站壩型為混凝土雙曲薄拱壩,壩高295m,裝機(jī)容量15000MW,泄洪總功率為100000 MW,地震烈度為8度。溪洛渡水電站建設(shè)的難度比小灣高出1倍,壩體受總水推力為200MN,比世界最高水平高出2～3倍。www.Ｅxamda.CoM 
　　1.4 混凝土重力壩筑壩技術(shù)的發(fā)展 
　　在我國的大壩建設(shè)中,混凝土重力壩是主要的壩型之一。我國最早的寬縫重力壩是20世紀(jì)50年代建設(shè)的新安江水電站大壩和古田一級水電站大壩;上游江水電站大壩壩高67.5m,是我國第一座壩內(nèi)式廠房重力壩;1969年建成的劉家峽水電站實體重力壩壩高147m;70年代建成的楓樹壩水電站壩高95.5m,牛路嶺水電站壩高93.3m,兩者都是我國第一批空復(fù)重力壩。正在興建的三峽水電工程大壩壩高175m,也是實體重力壩。三峽工程重力壩身泄洪量大,泄洪建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,大壩下泄千年一遇流量是68000m3/s,萬年一遇加10%的洪水也都集中在壩身渲泄。壩身孔數(shù)之多、尺寸之大實屬罕見。 
　　80年代以后,我國重力壩的設(shè)計理論又有了新的進(jìn)展,技術(shù)有了大的進(jìn)步,在壩工設(shè)計中的有限元分析法、可靠度設(shè)計理論、壩體優(yōu)化、壩體溫度應(yīng)力仿真計算、斷裂力學(xué)、壩體裂縫及擴(kuò)展追蹤和壩體泄洪新的消能工等均有重大進(jìn)展。 
　　1.5　高土石壩技術(shù)的發(fā)展新技術(shù)在高土石壩設(shè)計中的應(yīng)用從80年代就開始了。小浪底大壩土質(zhì)斜心墻堆石壩具有代表性,其壩高254m,壩長1300m,壩體填筑量為4900萬m3,壩體設(shè)計充分考慮到黃河泥沙多的特點(diǎn),水庫淤積快,對壩體的防滲體系有特殊的作用。 
　　2 大流量泄洪建筑物及消能工技術(shù) 
　　我國水電工程泄洪建筑物的特點(diǎn):一是高水頭、大流量、窄河谷、單寬流量大;二是低水頭、低佛氏數(shù)、寬河谷。這兩種泄洪水流的消能技術(shù)都是非常難處理的。世界上最大的伊太普水電站的泄洪功率有50000MW。而我國的大型電站一般能量集中,消能要求高,如二灘、構(gòu)皮灘、小灣和溪洛渡等工程,都在河床寬80～110m的范圍內(nèi),其泄洪功率:構(gòu)皮灘31600MW、二灘39000MW、小灣46000MW、溪洛渡98000MW。我國水電工程不僅泄洪功率大,而且泄洪、導(dǎo)流流量也大,泄洪建筑的單寬流量和流速均很大。據(jù)統(tǒng)計,泄洪、導(dǎo)流設(shè)施流量超過20000m3/s的工程就有30多座,如葛洲壩、三峽工程,校核洪水流量達(dá)124300m3/s。另外我國還有多座水頭超過200m以上的高壩泄洪建筑物,流速大于50m/s,泄洪建筑的單寬流量都大于200m3/s。 
　　黃河小浪底水電站,最大含沙量為800kg/m3以上。泄洪建筑物的消能工設(shè)計不僅要考慮水頭高、流量大,而且還要考慮高水頭高速水流空化和有泥沙磨蝕的情況,這是要解決的又一新的技術(shù)課題。在泄洪建筑物及消能工的研究方面,我國是多途徑的,在設(shè)計泄洪安排上,采用聯(lián)合消能工技術(shù),即壩身、壩上、隧洞和水墊塘聯(lián)合消能。我國已建的泄洪洞有三種形式:明流洞、短有壓長明流洞、長有壓洞(全洞有壓),這三種洞均必須在出口以后才能消能。近幾年我國在黃河小浪底工程上進(jìn)行洞內(nèi)消能工研究,該工程設(shè)計了三條明流洞和三條孔板洞。在三條孔板洞中進(jìn)行洞內(nèi)消能,這三條孔板洞是利用導(dǎo)流洞改造成功的。這種消能方式,可以達(dá)到減小流速、簡化襯砌結(jié)構(gòu),防止空蝕破壞等功能,也節(jié)省工程量。 
　　3 鋼筋混凝土引水岔管技術(shù) 
　　在60年代,洪門口水電站引水管就采用了鋼筋混凝土岔管,90年代建成的廣州天荒坪大型抽水蓄能電站,水頭高達(dá)700～800m,引水岔管主洞直徑8～9m、支洞直徑3.5～4.2m,由于充分利用圍巖的支承作用,鋼筋混凝土初砌體厚僅為0.6m。對天荒坪和廣州兩抽水蓄能電站的鋼筋混凝土引水岔管的安全進(jìn)行了大量的科學(xué)實驗,研究了岔管和圍巖聯(lián)合受力。 
　　4 高壩地基處理技術(shù) 
　　在混凝土壩修建過程中經(jīng)常遇到不良地質(zhì)條件,如斷層破碎帶、節(jié)理、裂隙等密集帶或軟弱夾層,需要進(jìn)行處理。 
　　4.1 壩基不良地質(zhì)處理 
　　在我國有代表性的工程之一,是黃河龍羊峽水電站壩基的4號斷層(G4),系偉晶巖劈理帶,在經(jīng)過高壓水泥灌漿處理后,又進(jìn)行了環(huán)氧化學(xué)灌漿和聚氨脂灌漿處理,使劈理帶變形模量達(dá)到5～7MPa,較處理前提高了70%,抗剪強(qiáng)度大于1.5MPa,單位吸水率小于1Lu,符合設(shè)計要求。有代表性工程之二是銅街子水電站,地質(zhì)復(fù)雜,斷層、層間錯動發(fā)育,含有較多軟弱夾層,大壩部分全部采用深孔高壓噴射沖洗,再進(jìn)行固結(jié)灌漿處理,噴射壓力為30MPa,沖洗軟弱夾層效果良好,固結(jié)灌漿壓力3MPa,水泥灌漿的水灰比為0.5～0.6。 
　　4.2 深厚覆蓋層防滲處理 
　　對壩基深厚覆蓋層的防滲處理,主要采用混凝土防滲墻和帷幕灌漿。有代表性的工程是: 
　　a.四川南椏河冶勒水電站,河床壩基覆蓋層深百米,在現(xiàn)場進(jìn)行了混凝土防滲墻和帷幕灌漿的工程試驗,其混凝土墻深達(dá)101m,墻厚從0.8～1.0m增加到1.2m,墻體垂直精度0.2%,墻體28d強(qiáng)度大于40MPa。在基礎(chǔ)100m以下,打廊道進(jìn)行100m深的帷幕灌漿,可以達(dá)到200m深的覆蓋層處理。目前,101m深的混凝土防滲墻已試驗成功,帷幕灌漿正在進(jìn)行。 
　　b.二灘水電站上下游圍堰河床覆蓋層44m,主要由卵礫石、漂石組成,堰長127m。采用旋轉(zhuǎn)沖擊式SM505型噴射鉆機(jī),高壓泵壓力0～100MPa,實用40～50MPa,造孔斜率1%。噴射直徑4m,防滲墻有效墻厚2.6m,實用直徑1.5m,三排孔連鎖。考試大(www．Examda。com)
　　c.小浪底工程地質(zhì)復(fù)雜,壩基覆蓋層深82m,表層為粉細(xì)砂層,分布于右岸灘地,厚3～7 m;上部砂礫石層厚30～45m,為石英砂巖組成,礫石最大粒徑30～40cm;中間有夾層厚10～25m;深槽底部砂礫石厚5～10m;接近基巖有大孤石,最大粒徑3m;基巖為粉砂質(zhì)粘土巖。小浪底主壩斜心墻下設(shè)有一道1.2m厚的混凝土防滲墻,防滲墻軸線全長439m,總防滲面積21800m2,防滲墻設(shè)計強(qiáng)度為35MPa,彈性模量為3×104MPa。 
　　5　巖質(zhì)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固處理 
　　1965年在梅山水庫大壩,我國首次采用預(yù)應(yīng)力錨索加固壩肩滑動巖體取得成功。大噸位的預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù),已在水工建筑物中廣泛應(yīng)用,特別是在巖質(zhì)高邊坡處理中應(yīng)用較多。預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿的噸位已達(dá)500～10000kN,錨索長20～80m。單個工程邊坡穩(wěn)定加固,最大總錨固力達(dá)8×106kN,錨索及錨桿根數(shù)已達(dá)8×104根之多,加固高邊坡高度達(dá)380m。在龍羊峽、天生橋二級、漫灣、隔河巖、五強(qiáng)溪、李家峽、小浪底及三峽工程上都廣為應(yīng)用。另外,對預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)、錨固體系、內(nèi)外錨頭形式、拖拉設(shè)備、鉆孔工藝、灌漿材料及錨索、錨桿防腐等,也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,取得了良好的效果。 
　　6　地下建筑物建設(shè)水平 
　　據(jù)統(tǒng)計,我國已建和在建的水工隧洞有400余條,長達(dá)400km,地下廠房40多座。云南魯布革水電站,其地下洞室群上下重疊,交錯布置,共有42個洞室,總長3.12km,開挖量為238萬m3,地下廠房尺寸為18m×38.4m×125m(寬×高×長)。目前在建的二灘水電站,地下廠房跨度25.5m,高度67.5m,長度為2429m。二灘導(dǎo)流隧洞尺寸17.5m×23m,為我國目前開挖尺寸最大的隧洞。天生橋二級水電站引水隧洞長9.7km,洞徑10.8m,在巖溶地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件下建成。甘肅省引大入秦工程,引水隧洞群有71條,總長110km,其中盤道嶺隧洞長15.7km,創(chuàng)造了月進(jìn)尺為1300m的記錄。馬上建設(shè)的溪洛渡水電站,兩岸各有8條泄洪、引水、交通、變電室等地下洞室群。地下廠房有18臺機(jī)組,單機(jī)800MW,兩座地下廠房分別布置在左右兩岸山體內(nèi),單座廠房尺寸為300m×30m×74.7m(長×寬×高),將成為世界上規(guī)模最大的地下廠房。在技術(shù)難度具有特色的小浪底工程,其泄洪、排沙、引水、發(fā)電、灌溉工程均為地下洞室,集中布置在左岸山體內(nèi),洞群密集、縱橫交錯,勘稱世界地下工程建筑一絕。另外,拉西瓦、龍灘、小灣水電站的地下工程的規(guī)模及十三陵、天荒坪、廣州抽水蓄能電站的地下洞室群工程規(guī)模也很大。