土石壩的分區(qū)填筑

土石壩的分區(qū)填筑

節(jié)水設(shè)計的主要方向是提高水庫的技術(shù)經(jīng)濟指標。首先，我們必須降低工程造價，提高工作效率，減少材料消耗，并盡可能利用當?shù)氐慕ㄖ牧稀Ｅc其他壩型相比,土石壩在相當大的程度上能滿足這些條件。因此,近年普遍推廣應(yīng)用當?shù)夭牧现?。在世界筑壩實踐中,土石壩,特別是堆石壩較多。目前一些建壩較多的國家利用當?shù)夭牧闲陆▔蔚臄?shù)量,幾乎是混凝土壩的5倍。美國等國家,已建土石壩幾乎是混凝土壩的100倍。日本、意大利和西班牙等以前以建混凝土壩為主的國家,今天當?shù)夭牧蠅我舱剂硕鄶?shù)。在最近的美國標準文件中特地規(guī)定只有在施工現(xiàn)場沒有適宜于土石壩的土石料時,才能選擇其他壩型。這就再一次地證實,在現(xiàn)代施工技術(shù)中,土石壩和堆石壩是較經(jīng)濟的,勞動消耗量較小,運行上也較為安全可靠。由于科研、設(shè)計和施工技術(shù)的進步,可以利用以前認為不適宜建土石壩的壩址,廣泛采用有效挖方和附近采料場的土石料。根據(jù)“填料的質(zhì)量與壩體填筑區(qū)域相適宜”的原則,在實施分區(qū)填筑時,實際上可以采用任何一種當?shù)赝亮虾褪?淤泥和泥炭除外),并在所有的作業(yè)中完全實行機械化。該類壩型的優(yōu)點在于抗震性能最強,外來材料(金屬、水泥和木材)量最少,可以采用有效挖方和附近有采料場的材料,實際上可以建在任何地基上,可以在岸坡陡峭的峽谷中施工,在任何自然氣候條件下可全年填筑,以及可采用勞動消耗最低的機械化施工。土壩的缺點是泄水建筑物的規(guī)模較大,施工期間泄洪較復(fù)雜,以及運行時不允許從壩體溢流。土石壩建筑相應(yīng)分為3個時期:初期(1940年前,筑壩高度大約是60～80m)、過渡期(1940年至1965～1970年,筑壩高度增至150～160m)和現(xiàn)代(目前的筑壩高度已達到250～300m)。隨著壩結(jié)構(gòu)的改進以及填筑方法的改善,促進了筑壩高度的增加。過去主要是修建心墻土壩,而較少修建鋼筋混凝土斜墻壩。當按大的層厚鋪填石料時,石料會隨層高產(chǎn)生分離,即表層為相對細的、密實的、分級良好的石料,底層為粗粒的高孔隙率、分級不好的石料,因而降低底層的填筑密度。事實證明,這樣的填方在運行過程中出現(xiàn)了嚴重的不均勻沉陷,使鋼筋混凝土斜墻與峽谷岸坡銜接復(fù)雜化,并增加了斜墻上的裂縫形成。在現(xiàn)代土石壩結(jié)構(gòu)中,將全部石料只按薄層(0.8～2m)用振動壓實法填筑,這樣就能大大減少石料分離,并保證鋪料密實。超徑石塊曾引起一定的麻煩,現(xiàn)在可用振動錘直接破壞。這樣的填方使運行過程中出現(xiàn)的沉陷最小,實際上,這樣就可以在任何自然條件下修筑堆石壩?，F(xiàn)代堆石壩的另一個不同之處是根據(jù)石料的鋪設(shè)密度來劃分壩的斷面:那些承受較大應(yīng)力的區(qū)段(壩上游楔形體和中間區(qū)段),采用鋪料層的厚度要比壩下游楔形體薄,因此,要密實得多。高土石壩的特點之一是采用粘土垂直或微斜心墻作為防滲體。這是因為其穩(wěn)定性更好和更經(jīng)濟,與岸坡的銜接較簡單,其支撐棱體的變形對心墻的影響要比對斜墻的影響小一些。最高的壩均為心墻式。已建成并正在正常運行的心墻或亞粘土斜心墻高土石壩有:高300m的努列克壩、高262m建在陡峭峽谷中位于9級地震區(qū)的奇柯阿森壩、高244m的瓜維奧壩、高242m的麥卡壩,等等。實際上目前沒有修筑土斜墻高壩,因為這種壩并不比鋼筋混凝土斜墻壩(即混凝土面板壩)更經(jīng)濟。目前,最經(jīng)濟的混凝土面板堆石壩(即鋼筋混凝土斜墻堆石壩)得到了大力推廣。有100多座混凝土面板堆石壩正在成功地運行:坎波斯·諾沃壩(195m),阿瓜米爾帕壩(187m),利亞米埃利壩(185m)等等?，F(xiàn)在修建高205m的巴昆壩。已設(shè)計出的50多座混凝土面板壩,最大高度達230m。由于石方填筑質(zhì)量的提高,鋼筋混凝土斜墻結(jié)構(gòu)的完善,面板接縫以及面板與岸坡和壩基連接結(jié)構(gòu)的改進,修建高度達200m的高混凝土面板壩是可能的?，F(xiàn)代面板堆石壩的鋼筋混凝土斜墻與老式結(jié)構(gòu)的斜墻有著本質(zhì)的區(qū)別,且從壩基至壩頂均為整體的單層連續(xù)式鋼筋混凝土板,用溫度伸縮防滲縫連接。厚度是變化的:壩基處最大,壩頂處最小。在現(xiàn)代設(shè)計方案中,斜墻與岸邊的銜接是專用的周邊防滲板,該板的尺寸由巖基的完整程度和水頭來確定。這樣的銜接不僅可以在連接處進行象老式壩中的深帷幕施工,而且還可以進行固結(jié)灌漿,這些都有助于提高壩運行的安全性?，F(xiàn)代混凝土面板堆石壩的結(jié)構(gòu)較合理,是所有土石壩中最經(jīng)濟的,因為在采用同等施工技術(shù)條件下,該壩的填方量和防滲結(jié)構(gòu)——斜墻的工程量最小。已建成的高瀝青混凝土心墻堆石壩有:高149m的芬斯特塔爾壩、高125m的斯圖爾格龍瓦特壩、高110m的伊爾加奈壩、高109m的海艾連德壩、高90m的斯托爾瓦騰壩等等。在近幾年已建壩的結(jié)構(gòu)中,全部應(yīng)用了世界筑壩的先進成果。現(xiàn)代高土石壩和高堆石壩的設(shè)計方案采用了新技術(shù)。比如,心墻嵌入基巖的深度僅限于清理被破壞的軟巖,將壩基和岸坡處的灌漿廊道設(shè)置為地下式,壩體心墻中不設(shè)廊道,這樣能保證在短期內(nèi)對高壩進行連續(xù)施工。利用現(xiàn)代化施工機械與新方法,可以在任何氣候條件下——從永久凍土帶(維柳伊壩、烏斯季-漢泰壩及科雷馬壩)到降雨量相當大的炎熱地區(qū),都能進行全年施工。土壩施工組織的基本原則是選擇最合理和最佳的布置方式,以及相應(yīng)的開挖、運輸和壩體分區(qū)填筑的施工機械。同時,各個工序和整個填方的工程造價,以及經(jīng)費和勞動生產(chǎn)率都應(yīng)有規(guī)定的標準。設(shè)計方案中的采料場平面位置和高程對施工總布置方案的選擇有很大的影響,而且料場的高度本身也決定著運輸方案、道路網(wǎng)和運輸工具類別的選擇。壩體分區(qū)填筑的組織主要取決于筑壩順序、投運方式、采料場位置及壩址地形條件。在選擇土石壩施工組織的總布置方案時,總是利用泄水建筑物與地下建筑物的有效挖方。比如,上圖洛姆壩完全是用基坑和隧洞的有效挖方的土石料填筑的,而在阿斯旺高壩施工中,幾乎有1000萬m3的巖石料取自于渠道開挖。過去幾年在陡峭的峽谷中修建了一些高壩:高237m的奇沃爾壩的壩頂長度只有300m,高176m的日本高瀨壩的壩頂長為362m。在岸坡陡的山區(qū)條件下修建高土壩,心墻與壩基連接的復(fù)雜性都對允許的最大沉陷提出了較高要求,這些本身也決定著對壩的支撐棱體的選擇及其密度的最優(yōu)性。因此,建在狹窄深谷的高壩的另一特點是,無論是在施工期間,還是在運行期間,要求沉陷量最小,以防止心墻與峽谷岸坡連接處產(chǎn)生接觸破壞。在修筑現(xiàn)代高壩時,其沉陷不會超出0.5%。對高壩的心墻材料也提出了高的要求。因此,往往必須預(yù)先將這些土料制備好,包括各種混合土料的分選、清除超徑石料、將材料烘干或濕潤。用于努列克壩心墻的土料的粒徑級配和濕度極不均勻,要求對其進行分選和加濕。在一些選料現(xiàn)場均用專業(yè)選料設(shè)備進行分選。比如,在本尼特壩施工時,有2000多萬m3的采料場土料進行了干選和濕選。奇柯阿森壩施工時,大約有1500萬m3的土石料經(jīng)過了破碎篩分設(shè)備的篩選,將石料分為5個粒級,而沖積土(淤泥)分為7個粒級,并借助于計算機精選出最佳粒級。在降水量相當大的地區(qū)用過濕土料修筑土石壩時,施工人員必須克服極大的困難。為了烘干土料,修建一些有頂篷的過渡性貯料場,如奇沃爾壩施工時就修建了類似貯料場,此處的年降水量達6000mm,一年的實際施工時間只有4個月,或者象修筑加拿大馬尼克3號壩一樣,將土料在旋轉(zhuǎn)爐中進行干燥,這樣可以明顯減少含水量,提高填筑質(zhì)量,并使工期提前一年完工。高土石壩和高堆石壩的最大優(yōu)點是,在大壩的填筑量還不到總工程量的50%時,第一批機組可以在低水頭情況下投入運行。比如,努列克水利樞紐的第一批機組就是在有臨時斜墻的壩上游楔形體高度只至123m時投入運行的。現(xiàn)代化的施工方法和所積累的設(shè)計與研究經(jīng)驗,實際上可以對任何自然氣候條件下修建土壩作出經(jīng)濟的設(shè)計,并加以科學(xué)論證,而現(xiàn)代化的筑壩工藝措施,則可以在最合理的期限內(nèi)修建高壩和超高壩。采用高生產(chǎn)率的施工設(shè)備和流水施工工藝,使填筑強度達到很高:塔貝拉壩3500萬m3/a;奧洛維爾壩1720萬m3/a;阿斯旺壩1280萬m3/a等等。布置方式和機械化設(shè)備的選擇,主要取決于巖石的特性和采料場的開挖強度,同時,在像努列克壩、恰爾瓦克壩、麥卡壩、奇沃爾壩、塔貝拉壩這樣一些高壩施工時,在采料場的開挖中采用了循環(huán)作業(yè)的高生產(chǎn)率的裝載設(shè)備:挖掘機和輪式裝載機。這些設(shè)備與高生產(chǎn)率的運輸工具——大型自卸卡車或運土機以及皮帶運輸機一起運作。峽谷中筑高壩時,隨著壩高的增加,往各高程運送填筑材料比較困難