1-中国混凝土面板堆石坝25年-2010年度专委会年会

向从事混凝土面板堆石坝建设的各位专家、同仁学习中国混凝土面板堆石坝25年中国水力发电工程学会混凝土面板堆石坝专业委员会水电水利规划设计总院报告人：杨泽艳2010年8月16日本文同时提出的还有中国混凝土面板堆石坝已建、在建和拟建统计表。由中国水力发电工程学会混凝土面板堆石坝专业委员会组织策划，杨泽艳执笔编写，蒋国澄顾问修改完善，周建平主任和孙永娟秘书长审阅定稿，并得到多位专家的帮助和支持。编写时参考了历次面板堆石坝学术研讨会议文集、学术期刊论文、科研成果等有关资料，不一一列举，在此一并致谢。报告内容1建设概况2主要技术进展3主要经验教训4发展方向5结语1建设概况1.1数量和分布据不完全统计，截至2009年底，中国坝高30m以上面板堆石坝已建约170座，在建、拟建各约40座，总数约260座。浙江湖北云南新疆重庆贵州四川甘肃广东其他432622181715161087317.34%10.48%8.87%7.26%6.85%6.05%6.45%4.03%3.23%29.44%1.1数量和分布中国已建、在建及拟建坝高30m以上面板堆石坝分布图、表。最高的面板堆石坝：水布垭坝（湖北清江，高233m，2008年，也是目前世界上最高的面板堆石坝）1.1数量和分布规模最大的面板堆石坝：天生桥一级坝（广西、贵州，南盘江，高178m，2000年，坝顶长1104m，填筑量约1800万m3，面板面积约17.7万m2，总库容102.57亿m3，最大泄洪流量21750m3/s）1.1数量和分布洪家渡坝（贵州乌江，坝高179.5m，趾板边坡最高约310m）1.1数量和分布河谷极不对称且边坡高陡的面板堆石坝：1.1数量和分布九甸峡坝（甘肃洮河，坝高136.5m，河床覆盖层深近50m）趾板置于深厚覆盖层上最高的面板堆石坝：1.1数量和分布铜街子左副坝（四川大渡河，坝高48m，覆盖层防渗处理深度超过70m）覆盖层防渗处理深度最深的面板堆石坝：1.1数量和分布吉林台一级坝（新疆喀什河，坝高157m，抗震设计烈度达9度）抗震设计烈度最高的面板堆石坝：1.1数量和分布紫坪铺坝（四川岷江，坝高156m，经受地震烈度达9～10度，在世界面板堆石坝中也是最高的）已经受最高地震烈度考验的面板堆石坝：1.1数量和分布莲花坝（黑龙江牡丹江，坝高71.8m，极端最低气温为-45.2℃，年温差达82.7℃，日温差为20～30℃）位于气温最低及温差最大地区的面板堆石坝：1.1数量和分布查龙坝（西藏那曲河，坝高39m，坝顶高程4388m）海拔最高的面板堆石坝：1.1数量和分布纬度最高的面板堆石坝：山口坝（新疆哈巴河，坝高40.5m，高于北纬48度）

中国面板堆石坝几乎遍布全国，涉及各种不利的地形、地质条件和气候条件，因其安全性、经济性和适应性良好而得到普遍的推广应用。中国面板堆石坝的工程设计和建设是成功的，因此也积累了应对各种困难情况的经验和教训。

中国面板堆石坝，无论在数量上、高度上和规模上，还是在技术难度上都处于世界前列。1.1数量和分布1.2

发展阶段

1982年，第十四届国际大坝会议在巴西召开，会上有国际专家介绍了部分面板堆石坝设计建设经验，从此现代面板堆石坝概念引入中国。1985年，美国土木工程师协会年会在底特律召开，会上举行了一场面板堆石坝设计、施工和运行的专题学术讨论会，系统介绍了面板堆石坝设计和施工技术。同年中国启动西北口面板堆石坝试点工程。以此为标志，一般认为中国现代面板堆石坝技术起步于1985年。1.2

发展阶段

中国的现代面板堆石坝，按技术发展，大致可分为引进消化、自主创新和突破发展等三个阶段。1.2

发展阶段

第一阶段：

1985年至1990年为引进消化阶段。

开建工程：西北口、关门山、沟后、株树桥、成屏一级、龙溪、横山加高、铜街子左副坝、小干沟和广州蓄能上库等，约有14座。

建成工程：柯柯亚、关门山、成屏一级、沟后、龙溪、罗村和株树桥等7座，最大坝高不超过75m。

里程牌工程：西北口（湖北黄柏河，坝高95m）。

特点：筑坝技术虽起步较晚，但起点较高；已有无轨滑模、碾压砂浆固坡等少量技术开发和创新；最大坝高不超过100m；开始起草设计导则，向规范化建设迈出了第一步；对面板堆石坝特性的认识不足，面板混凝土裂缝较多，发生溃坝的沟后坝和面板严重坡损的株树桥坝都是在这一阶段建成，说明设计和施工还存在一定的缺陷。第一阶段里程碑工程：西北口（湖北，高95m，1989年）1.2

发展阶段第一阶段早建成的面板堆石坝坝：关门山（吉林小汤河，高58.5m，1987年）1.2

发展阶段1.2

发展阶段

第二阶段：

1991年至2000年为自主创新阶段。

开建工程：开工建设的面板堆石坝约有70余座，有万安溪、天生桥一级、白云等。

建成工程：建成40多座。

里程牌工程：天生桥一级坝（南盘江，坝高178m）。

特点：从西北口坝面板混凝土裂缝问题到沟后溃坝事件中总结了大量宝贵的经验和教训；建成了多座坝高100m及以上高坝，100m级高坝的筑坝技术日益成熟；自主创新了设计、施工成套技术，并开始向200m级高坝发展；面板混凝土温度和干缩性裂缝得到较好控制；编制和发布了面板堆石坝及接缝止水等设计和施工规范；坝体变形控制尚缺乏经验，面板产生结构性裂缝的工程还比较多，相关技术问题引起了普遍重视和研究。第二阶段里程碑工程：天生桥一级坝（广西、贵州，南盘江，高178m，2000年）1.2

发展阶段1.2

发展阶段

第三阶段：

2000年至2010年为突破发展阶段。

开建工程：开工建设的坝超过120座。

建成工程：建成的坝超过110座，已建150m以上高坝达6座，如洪家渡、紫坪铺、三板溪、吉林台一级、水布垭和滩坑等坝。

里程牌工程：水布垭坝（湖北清江，坝高233m）。

特点：最大坝高突坡200m，深厚覆盖层上建坝高度突破100m；150m级高坝技术日益成熟，取得200m级高坝筑坝的全套技术；坝体变形控制和面板防裂取得良好效果；紫坪铺大坝经受了汶川特大地震的考验；面板堆石坝设计和施工等规范开始新一轮修订；中国面板堆石坝技术水平跃居世界前列，筑坝技术走出国门，承建了巴贡（马来西亚）、麦洛维（苏丹）等国外大坝工程；组织开展了300m级高面板堆石坝适应性和对策研究。第三阶段里程碑工程：水布垭坝（湖北，清江，高233m，2008年）1.2

发展阶段

洪家渡坝（贵州，高179.5m，2005年）三板溪坝（贵州，高185.5m，2007年）巴贡坝（马来西亚，中国设计，高205m，在建）1.2

发展阶段1.3

技术成就

1、对面板堆石坝建设中的关键技术问题，进行了大量和系统的科学研究，探索了中国特色的面板堆石坝筑坝新技术，依托在建或拟建的高坝工程，解决了一系列重大技术难题。

2、举办形式多样、内容丰富的学术交流活动。1993年、2000年和2009年先后在北京、成都等地成功举办国际大坝委员会支持下的国际面板堆石坝学术研讨会。

3、近万篇科技论文公开发表，多部学术专著出版发行，多项面板堆石坝技术成果获得发明专利、实用新型专利和国家科技进步奖，一些代表性工程和典型工程还获得了全国优秀工程勘察设计奖、鲁班奖及詹天佑奖。

4、培训和造就了大批面板堆石坝设计、施工、监理和建设管理人才。

5、面板堆石坝筑坝技术已走出国门，推向世界。2主要技术进展主要技术进展：10个方面坝址选择和坝体布置坝体断面分区及筑坝材料坝体防渗结构坝基处理导流与渡汛主体工程施工试验及计算安全监测坝身溢流与坝体加高恶劣自然条件筑坝2主要技术进展2.1坝址选择和坝体布置巴山坝轴线折线布置最高的坝龙首二级（溪流水）坝河道急弯，长高比1:1.3梅溪坝长高比1:16.3小干沟坝河道急弯2.1坝体断面分区及筑坝材料图4高坝基岩上硬岩堆石坝分区示意图1A—上游铺盖区；1B—盖重区；2A—垫层区；2B—特殊垫层区；3A—过渡区；3B—上游堆石区；3C—下游堆石区；3E—排水堆石区；P—下游护坡；CF—面板规范推荐分区高坝典型分区200m级高面在坝体抗滑稳定和渗透稳定得到有效保障之后，重点在于解决好坝体变形控制问题。2.2坝体断面分区及筑坝材料坝料垫层料砂砾石料过渡料上游堆石料下游堆石料硬质岩软质岩硬质岩软质岩坝高＜150m孔隙率(％)15～2018～2220～2418～2220～2518～21相对密度0.75～0.85150m≤坝高＜200m孔隙率(％)15～1818～2019～2219～23慎用相对密度0.85～0.90现行规范推荐堆石料设计参数建议堆石料设计参数设计上，高坝的坝体变形控制措施主要有：正确认识筑坝材料饱和抗压强度等指标，合理选择孔隙率等密实度参数，适当提高下游堆石区的填筑密实度，减少上、下游堆石区的模量差。2.3坝体防渗结构面板：分块宽度一般12～16m，两岸约为中部的1/2，顶厚30～

40cm，底厚按高度以0.002～0.0035比例加厚，中低坝可采用30～40cm等厚。一般配置单层双向配筋，单向含筋率0.3%～0.4%。止水：从单一止水型或自愈型向止水与自愈相结合型发展。大多数工程都取消了中部止水，加强表层止水，使止水结构更可靠。止水材料耐久性大幅提高。趾板：多座坝采等宽趾板形式。2.4坝基处理

趾板地基：一般置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的弱风化至新鲜基岩上，近年来中低坝对趾板地基的要求有所放宽，为趾板线选择留有较大余地。堆石地基：对覆盖层厚度不大的工程，一般将堆石坝基挖至岩石界面。河床砂砾石冲积层一般具有较高的承载力和较低的压缩性，经综合勘察和详细论证，如不存在影响坝体稳定性的粉细砂、黏土等软弱层，可保留为坝基。在坝高较大、经验上不是很有把握时，一般将趾板及其下游一定范围内的覆盖层挖除，保留大部分堆石体下部的覆盖层，并进行必要的处理。2.5导流与渡汛

导流方式：枯期围堰、过水围堰和全年围堰等三种。

枯期围堰：大部分工程初期采用枯期围堰挡水度汛，中、后期采用临时断面或已浇混凝土面板的低高程坝体挡水度汛的导流方式。

过水围堰：部分工程初期采用枯期过水围堰挡水，汛期坝面和导流泄水建筑物联合过水的导流方式。

全年围堰：还有部分工程采用围堰全年挡水，导流洞过水的导流方式。2.6主体工程施工

填筑分期：结合施工导流、进度控制和坝体变形控制等要求来进行坝体填筑分期。

开采上坝和填筑碾压：在坝料爆破开采、上坝运输、加水方法、摊铺方式、填筑碾压等筑坝技术方面积累了丰富的经验。

压实检测：挖坑取样，近年有附加质量法、GPS施工监控。

坡面保护：喷混凝土、喷乳化沥青、碾压沙浆保护，近期有挤压墙固坡、移动固坡、翻模固坡等技术，并在不断改进中。

混凝土浇筑：面板、趾板混凝土施工以溜槽为主，加强混凝土养护。2.6主体工程施工

高坝控制坝体变形的施工措施主要有：采用大吨位的碾压设备、堆石填筑总体平衡上升、分期面板上部堆石体超高5～20m、设置预沉降时间和速率控制指标、避开堆石沉降高峰拉面板等方法等坝体变形控制措施。坝体预沉降控制示意图2.7

试验及计算

室内试验：静动力三轴试验、压缩试验、渗透试验、流变（长期变形）试验等，但粗颗粒材料试验中的尺寸效应问题还没有完全解决。坝体离心或动力模型试验研究。接缝止水结构和材料的大型仿真模型试验研究，混凝土改性试验研究，施工导流水力学模型试验研究。

计算分析：抗滑稳定、渗透稳定和应力变形计算分析。非线性弹性本构模型：邓肯—张的E-B（或E-ν）模型，清华大学的非线性解耦K-G模型；弹塑性本构模型：南水双屈服面模型。

现场试验：现场爆破和碾压试验，基于原级配堆石料的现场大型载荷试验和压缩试验。

2.8

安全监测

监测项目：坝内和坝外变形及面板挠度和脱空，坝身、坝基及绕坝渗流，堆石体应力及面板应力应变和温度，环境量和强震等监测项目。

变形监测：表面主要采用位移标点进行监测；内部主要采用垂直水平位移计和电磁式沉降仪等，部分进行了纵向变形监测。

渗流监测：主要采用渗压计、水位监测孔和量水堰等，有的工程采取渗漏量分区监测，或尝试采用光纤传感器监测渗漏。

应力应变及温度监测：主要采用应力计和无应力计、钢筋计等进行监测，还可兼测温度，有的专埋温度计。土压力计监测堆石应力。

其他：环境量监测一般采用气象、水文等监测手段。强震监测一般采用拾振仪。2.9

坝身溢流及坝体加高

坝身溢流：有3座坝建成运行。最早建成的是榆树沟坝，其后是桐柏蓄能下库坝和大城坝，其中桐柏蓄能下库坝高达70.6m，泄量为496m3/s，已经过泄洪初步检验。单宽流量一般不超过20m单宽流量一般不超过20m3/(s•m)/。

坝体加高：横山加高坝是在48.6m高的土心墙堆石坝上加高成高70.2m的面板堆石坝，为中国第一座加高的面板堆石坝。目前还有2～3座坝在策划加高，修建成面板堆石坝。

2.10

恶劣自然条件筑坝

狭窄河谷及高陡边坡等不利地形：河谷最窄且坝高超过100m的坝为龙首二级，大坝长高比约1.3；河谷极不对称且趾板边坡高陡的坝是洪家渡，左岸趾板边坡最高达310m，这些坝运行性态良好。

对策措施：（1）尽可能提高堆石坝填筑密实度，降低堆石体后期沉降量；（2）适当延长面板浇筑前的预沉降期；（3）对于不对称河谷的陡岸或坝内局部陡坡，至少在坝轴线上游与岸坡连接处设置较大变形模量的特别碾压区；（4）提高陡边坡附近周边缝止水结构适应变形的能力；（5）采用窄趾板及下游防渗板来减少陡边坡开挖量；（6）开展多手段的边坡稳定性研究分析；（7）有的工程坡顶用预应力锚索进行锁口。“S”形急湾等不利的地形条件，常用高混凝土趾墙来改造地形，作为与混凝土面板相连接的连接部件。2.10

恶劣自然条件筑坝

察汗乌苏坝（高110m）2.10

恶劣自然条件筑坝

趾板建在深厚覆盖层地基上的坝：已建约16座，在建约5座，待建的则更多。以全封闭防渗墙为主。

对策措施：（1）查明覆盖层的物理力学特性、软弱夹层和可能液化砂层分布情况；（2）对软弱夹层和可能液化砂层作专门处理；（3）合理确定趾板建基面高程、防渗墙深度、连接板形式，及可靠的接缝止水结构；（4）严格控制防渗墙与连接板、连接板与趾板之间的接缝变形；（5）在连接板施工前，高面板堆石坝的坝体及覆盖层坝基宜有充分的预压沉降期；（6）一般都列专题进行系统的试验研究和分析论证。

2.10

恶劣自然条件筑坝查龙坝莲花坝2.10

恶劣自然条件筑坝

高寒地区：严寒和寒冷地区建成的面板坝已超过20座。

对策措施：（1）增大面板下游部位垫层区的渗透系数；（2）加强坝体碾压，在冬季不能洒水时，采取减薄层厚，增加碾重和碾压遍数等保证压实质量；（3）天暖时坝面连续加水浸润，以促进施工期沉降；（4）提高面板混凝土抗冻标号，掺高效减水剂和引气剂及粉煤灰，尽量降低水灰比，使含气量达4%～5%，有的达5%～7%；（5）适当增加面板钢筋含量，在水面变动区及以上增设表层温度筋；（6）改进表面止水与面板混凝土的联结方式，避免膨胀螺栓为冰盖拔出破坏；（7）面板表面涂黑色憎水（憎冰）涂料，增加热交换，维持冰面和面板间有一层不冻水；（8）选择有利时机浇筑面板混凝土，采取可靠保温措施，避免发生混凝土早冻。2.10

恶劣自然条件筑坝

高地震烈度区：吉林台一级坝抗震设计烈度达9度，设计地震动水平峰值加速度为（ah=）0.462g。紫坪铺坝在“5.12”汶川8级特大地震中经受了远超设计抗震烈度的9～10度（ah=0.4～

0.5g）地震烈度的考验。

对策措施：适当加宽坝顶及垫层区宽度，放缓上、下游坝坡或将下游坝坡做成上缓下陡结构，适当提高堆石填筑密实度，下游坝体上部堆石加筋，下游坝坡顶部采取局部浆砌石，提高面板接缝适应变形能力等。实践说明，按照现代设计理论和方法及现行规程和规范设计建设的高面板堆石坝在强地震作用下总体上是安全稳定的。3

主要经验教训3

主要经验教训面板堆石坝的任何设计和施工缺陷在施工期或运行期会毫无保留地显露出来。

25年来，有10多座坝出现事故，最为严重的是沟后溃坝，后来重建，其次是株树桥坝产生严重漏水，以及面板混凝土结构性裂缝和接缝两侧混凝土的挤压破坏等。多座坝因事故而放空水库或降低库水位检修，检修后大坝均恢复正常运行。

3.1

混凝土温度和干缩裂缝

技术发展：中国早期修建的面板堆石坝中，有多座坝报道面板混凝土产生大量温度裂缝和干缩裂缝。从上世纪90年代，科研、设计、施工单位联合攻关，采取防裂抗裂措施，有效地控制了面板混凝土裂缝，成效显著。

设计措施：优选混凝土原材料，混凝土改性、高性能混凝土，高掺粉煤灰、掺加高效减水剂及引气剂或复合外加剂，优化混凝土配比，减小水灰比和用水量。掺加聚丙烯纤维、微膨胀剂（防裂剂）、减缩剂等。减小面板侧向约束，温控措施。

施工措施：适宜季节浇筑混凝土，控制混凝土拌和、运输和入仓指标，加强面板浇筑振捣，避免加立筋对面板的约束，对混凝土进行保温保湿养护，养护直到工程蓄水。3.2

面板结构性裂缝及挤压破坏

面板结构性裂缝：近于水平向的裂缝，系堆石体变形引起的弯曲和张拉应力所引起；陡岸附近、基本平行岸坡的斜向裂缝，系堆石体与岩质边坡间不均匀变形所致，严重时可以破坏周边缝的止水。面板沿垂直缝挤压破坏：面板垂直缝两侧混凝土的挤压破坏是顺坝轴线方向由两岸向河床中间变形，应变能积累到一定程度后发生的压剪破坏。高温季节面板混凝土内的温度应力也是触发因素。

3.2

面板结构性裂缝及挤压破坏

对策措施：（1）尽量选择中等硬度以上的原岩料；（2）减小软岩料填筑范围并尽量靠坝的下游侧设置；（3）根据坝高选择适宜的孔隙率指标；（4）减小主堆石与下游堆石区的模量差值，陡边坡附近设特别碾压区；（5）设置合理预沉降控制指标，待面板下部的堆石体变形速率趋于收敛后再浇面板；（6）坝体上、下游和左右岸填筑考虑坝体变形控制要求，并尽量平衡上升；（7）受压垂直缝内设弹性材料；（8）将面板顶部最小厚度增加到40cm；（9）改进面板受压垂直缝细部设计，浅化顶部V形槽，降低底部止水片的鼻子高度，底部砂浆垫层不侵占面板承压断面；（10）接缝处增设抗挤压钢筋；（11）对面板脱空部位进行自流式注浆等。

成功范例：董箐坝，砂泥岩料软岩含量30%左右，施工期坝体最大沉降接近2m（坝高的1.3%），严格控制坝体预沉降指标，面板厚度和垂直缝抗挤压措施，没有产生结构性裂缝。3.3

渗透破坏或水力冲蚀

沟后水库溃坝：调查认为，沟后水库的溃坝是因渗流从下游坝坡高处逸出所造成的。

经验教训：砂砾石坝应采取有效的渗流控制措施、防浪墙与面板间的水平缝止水要按周边缝处理、其高程应高于水库正常蓄水位等多项要求。

3.3

渗透破坏或水力冲蚀株树桥坝体大量漏水：原因是垫层料级配及与过渡层的层间未清除过渡层上游侧分离的大块石，坝体碾压不够密实，变形大。

经验教训：坝体分区时底部要有硬岩堆石料排水层、过渡层与垫层料之间应满足反滤原则等要求。

3.3

渗透破坏或水力冲蚀反向渗透破坏：2000年以后，仍有7个工程在采取反渗措施后发生上游坡面或已浇面板及止水破坏的报道。对策措施：在采取反渗排水措施的同时，选择反渗排水管封堵时机和方法及对上游已浇面板及时进行压重保护都很重要。坝基渗漏：趾板基础；坝基岩溶；绕坝渗漏。对策措施：搞好勘测设计，对不良地质进行彻底处理。

3.4

接缝止水失效后期建设的面板堆石坝注重接缝止水材料和结构的研发和改进，运行效果均不错。沟后坝：接缝止水施工不满足要求，导致库水漏入坝体内。株树桥坝：接缝止水材料老化、适应变形能力差，坝体变形后不能发挥应有作用，导致垫层料挡水水头抬高。4

发展方向茨哈峡坝（青海黄河，高253m，拟建）古水坝（西藏澜沧江，高312m，拟建）马吉坝（云南怒江，高280m，拟建）如美坝（西藏澜沧江，高超过315m，拟建）4.1

更高面板堆石坝4.2

狭窄河谷中的高面板堆石坝江坪河坝（坝高219m，大坝长高比1.9）猴子岩坝（坝高223m，大坝长高比1.3）玛尔挡坝（坝高208m，大坝长高比1.3）4.3

深厚覆盖层上的高面板堆石坝阿尔塔什坝（新疆叶尔羌河），高约163m，覆盖层最深约70m；滚哈布齐勒坝（新疆开都河，高约160m，覆盖层最深约60m）。4.4

高寒地区的面板堆石坝黑龙江最北端的大兴安岭地区规划了多座面板堆石坝工程，有的工程接近北纬54度，极端最低气温低于零下52℃，气候条件远较已建工程更为恶劣。新疆拟建的面板堆石坝有近30座。4.5

高地震烈度抗震研究及工程措施肯斯瓦特（新疆玛纳斯河，坝高129.4m，ah=0.477g）；吉音（新疆克里雅河，坝高134.7m，ah=0.361g）；猴子岩（四川大渡河，坝高223m，ah=0.3g）；泸水（云南怒江，坝高176m，ah=0.315g）；阿尔塔什（新疆叶尔羌河，坝高163m，ah=0.321g）；大柳树（宁夏黄河，坝高156m，ah=0.468g）；滚哈布齐勒坝（新疆开都河，坝高210m/160m，ah=0.42g）。这些坝都位于高地震烈度地区，且坝高都超过100m，有的甚至超过200m。4.6

精准试验和计算堆石料三轴试验、渗透变形试验和周边缝仿真模型试验；土工离心模型试验；考虑堆石破碎影响、高应力水平、复杂应力路径等条件下的本构模型；考虑流变、湿化和劣化