水利水电混凝土坝协作网2004年度技术交流会议情况汇报

受公司委派，于2004年9月18日至9月25日赴成都参加全国水利水电混凝土坝协作网2004年度技术交流会及工程考察。通过参加会议了解全国混凝土坝设计、施工最新水平，并进行技术交流，获得不少收获，现简要介绍如下：

 1.碾压混凝土拱坝筑坝技术

本次技术交流会第一个交流主题为碾压混凝土在100米高级别拱坝中的应用。碾压混凝土筑坝技术八十年代后期开始应用到拱坝领域。1988年南非建成的50m高尼尔波特（Knellpoort）重力拱坝是世界上第一座碾压混凝土拱坝，九十年代中期，国内建成了75m高的普定碾压混凝土拱坝，到目前为止，已经建成的碾压混凝土拱坝11座（南非3座，中国8座），正在设计和建设的碾压混凝土拱坝超过10余座，另外在大型水电工程上已经应用的碾压混凝土拱围堰超过5座，集中在我国和南非两国。

随着碾压混凝土筑坝技术的迅速发展，修建性能良好的高坝和拱坝已成为当前国内外碾压混凝土筑坝技术的一个重要发展方向。

我国的碾压混凝土拱坝建设发展势头迅猛，特别是在“八五”、“九五”国家重点科技攻关的大力资助下，结合普定、沙牌等拱坝的关键技术问题开展了大量深入研究，相继建成了普定（高75m）、温泉堡（高48m）、溪柄溪一级（高63m）、红坡（高55.2m）、龙首（高80m）、沙牌（高130m）、石门子（高109m）、蔺河口（高100m）等碾压混凝土拱坝，不仅在实践上取得了重大发展，而且在理论上也取得了重大突破，我国的碾压混凝土拱坝筑坝技术成功地迈上百米级高拱坝的台阶，保持世界领先地位。

其中，沙牌拱坝是目前世界上已经建成的最高碾压混凝土拱坝，是迈向100m级以上高碾压混凝土拱坝筑坝技术新台阶的里程碑工程，它标志着我国碾压混凝土拱坝建设已达到一个新的水平。

沙牌水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，是岷江支流草坡河上游的一个梯级龙头电站。电站采用蓄、引相结合的开发方式，坝址位于草坡河上沙牌村牛厂沟附近，厂址在其下游约5km的克充台地，电站尾水汇入已建成的草坡电站水库。坝址距草坡河口约19km，距汶川县城约47km，距成都约136km。

 水库正常蓄水位为1866.0m，死水位为1825.0m，总库容0.18亿m3，电站总装机容量36MW，年发电量1.79亿kw·h，年利用小时数为4791h。工程为三等工程，主要建筑物为3级建筑物，设计洪水标准按50年一遇，校核洪水标准按500年一遇，地震基本烈度为7度。枢纽工程主要由碾压混凝土拱坝、右岸两条泄洪洞及右岸发电引水隧洞、发电厂房等建筑物组成。

坝址处为深切V形河谷，其宽高比约为1.7，两岸基岩裸露，坝基岩体主要为花岗闪长岩，岩体完整性好，适合于修建混凝土拱坝。拱坝体形采用三心圆单曲拱坝，为改善拱坝坝体应力，合理利用地形条件，减轻河床深槽下部开挖和施工难度，在河床底部设置有垫座。

拱坝混凝土设计强度采用90天龄期的20MPa碾压混凝土，垫座采用掺MgO微膨胀碾压混凝土，拱坝防渗采用二级配碾压混凝土自身防渗为主，基本上是按全碾压混凝土模式设计。

沙牌碾压混凝土拱坝的主要技术成就体现在以下几个方面：

在枢纽布置方面，厂坝分离布置、坝身无泄洪建筑物，坝内廊道尽可能的少，廊道采用水平及垂直廊道布置，取消斜向廊道，采用坝后交通桥解决交通问题，减少施工干扰。选用三心圆单曲拱坝，结构简单，应力和稳定条件好。较大地简化了碾压混凝土拱坝结构，为碾压混凝土快速施工创造了极为有利的条件，容易保证施工质量。

结构方面，为合理解决碾压混凝土拱坝的分缝问题，建立了以断裂力学为基础的诱导缝强度模型，按缝断面的形式和连接面积，推导得出诱导缝在坝体受拉时的等效强度，提出了诱导缝开裂分析的理论依据和开裂的判别式，为碾压混凝土拱坝诱导缝设置提供了具有指导意义的科学方法。编制和完善了碾压混凝土带缝拱坝全过程（包括施工期和运行期）三维非线性的仿真分析程序，为沙牌工程温控设计提供了依据。仿真程序总结了国内外碾压混凝土拱坝温度徐变应力仿真分析经验，对碾压混凝土的本构关系破坏准则，仿真温度场和应力场的计算理论和方法进行探讨，并结合工程充分考虑了温度对混凝土材料性能的影响和施工进度及水库水温等边界条件。并通过模型试验对理论进行检验，模型试验将在下面有详细介绍。

温控设计方面，常规工程措施一般采用加冰、预冷骨料等方法，但是碾压混凝土本身属干硬性混凝土，用水量较少，加冰不合适。并且碾压混凝土采用薄层碾压连续上升，极易产生温度倒灌。所以常规方法均不可取。沙牌拱坝采用预埋高密度聚乙烯管作为冷却水管解决施工期温度应力以及接缝灌浆、基础接触灌浆时间选择问题。实践证明，在碾压混凝土中采用高强度聚乙烯冷却水管降温技术，能够适应碾压混凝土施工条件，埋设施工过程简捷方便，对施工的干扰小，冷却效果却好。

防渗设计方面，沙牌拱坝迎水面坝体部位采用了二级配碾压混凝土自身防渗为坝体主要防渗措施，在迎水面增加变态混凝土，共同构成防渗体系，考虑到高拱坝的安全性，还采用LJP型合成高分子防水涂料作为坝体辅助防渗措施。

施工技术方面主要采用了横缝重复灌浆系统、连续式强制混凝土拌合设备、百米级真空溜管等先进施工技术。

通过会议交流，会议代表得出共识：碾压混凝土坝作为一种新生坝型在成套筑坝技术方面已经成熟，并且已经由围堰临时工程向重力坝乃至拱坝发展，是目前最有竞争力的一种坝型。龙滩碾压混凝土重力坝已经是向200m级高坝发起冲击。为保持公司的技术竞争力，应抓住机会上碾压混凝土坝，丰富公司的坝型设计经验，实现公司的可持续发展。

2,复杂地基下拱坝的基础处理技术

    铜头拱坝作为一座在复杂地基条件下的拱坝，其基础处理具有代表性，是复杂地基条件下修建高拱坝的成功尝试。

铜头拱坝位于四川省雅安市芦山县宝兴河末段，河谷对称狭窄呈U型，河谷宽高比1.27，拱坝跨高比1.29，大坝为变截面圆弧形双曲拱坝，平面拱圈上游边界为等半径圆弧，下游边界为三心圆弧。坝基周边设置混凝土垫座，大坝最大坝高75米，拱冠梁顶厚3.5m，底厚15.3m，厚高比0.217。

大坝工程地质条件为坝址区河谷陡峻，两岸基本对称，地基岩体完整性较好。坝肩、坝基由钙泥质砾岩、泥钙质砾岩组成，沉积年代新，固结程度差，软化系数较低，分别属于较软岩与中硬岩。基岩中存在着较多的软弱夹层。

铜头拱坝主要的工程技术问题与特点为基岩变模过软，钙泥质砾岩变模为2.6Gpa，泥钙质砾岩变模为3.1Gpa，仅为大坝混凝土的1/5~1/6。以及基岩中的地质构造较多，从而引起坝肩稳定度不足，基岩变形过大，阻水帷幕有被拉裂的危险。基岩过软，坝体与基础不匹配，坝体拉应力出现在下游面，范围较大。

针对以上工程特性及基础问题，铜头拱坝在三维非线性有限元分析及地质力学模型试验的指导下，精心设计，采取了以下的基础处理方案：对发现的断层采取开挖回填混凝土塞，并进行灌浆处理。对大坝下游两岸采用预应力锚索加固，单根锚索按200T加固，锚索布置3×3m间距，梅花形布置，从上游顺两岸向下游延伸40m，左岸96根，右岸117根，单根锚索长30~50m

    通过以上混凝土置换、灌浆处理及锚索加固处理措施，可以提高大坝的安全度及地基刚度，减少大坝变形。地基变形也有显著减少，地基强度增加，使得地基点安全度大幅提高。铜头拱坝运行9年来，已数次遭遇洪水，大坝及坝基各项观测指标均正常，且变化有明显的规律。巡视检查无异常。证明基础处理加固方案是行之有效的。

通过对铜头拱坝的考察，作为设计人员之一，增强了建好锦潭拱坝的信心，只要认真细致的做好基础处理方案，抓住主要矛盾，就能解决好工程中出现的问题。

3.结构及地质力学模型试验发展与工程实践

结构以及地质力学模型试验作为一种重要的设计手段已经有几十年历史，并且该技术也在不断的发展完善之中，这次会议组织考察了四川大学（原成都科技大学）水利水电工程学院为溪落渡、锦屏一级等工程所做的地质力学模型试验。张林教授介绍了变温相似材料在地质力学模型试验中的应用，其基本原理是采用高分子材料制成的变温相似材料模拟地基中的软弱夹层，其强度随温度而变化，从而可以通过改变温度来改变夹层强度，在荷载不变的情况下，逐步降低夹层的力学强度，最终至模型失事破坏。从而得出大坝的超载安全度。该方法克服了以往地质力学模型试验只能在夹层力学强度不变情况下，逐步加大荷载直至模型破坏，得出超载安全度，要改变夹层强度，就需重新制作模型的弱点。并且与夹层在长期的渗透水作用下，力学强度指标不断下降的特点相吻合。所以该方法是一种很具有生命力的模型试验方法。已经在诸如溪落渡、锦屏一级等高坝设计中得到应用。

公司在水工模型试验方面一直专注于水力学与河流动力学方面，在结构及地质力学模型试验方面接触较少，随着公司设计产品向高坝、大库、大泄洪量发展，逐步要采用结构、地质力学模型试验结果指导设计，公司应加强与高等学校，科研院所的联系，提高设计人员的设计水平与经验。

最后，有部分材料生产厂家进行了产品介绍，可详见厂家资料介绍，其中对公司具有现实意义的为LJP防水涂料，在病险库加固中可以采用。利用各种资源，收集设计资料一套共6本。存水工处坝工室。 

                                            报告执笔人：李勇

                                          2004.9.30