中国大坝发展水平已是世界前列
徐泽平(中国大坝协会副秘书长、中国水科院教高)
现代水利周刊:请您简要介绍一下堆石坝的发展历史。
徐泽平:土石坝系指由当地土料、石料或土石混合的材料,经过抛填、碾压等方法而堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和沙砾为主时,称为土坝,以石渣、卵石、爆破石料为主时,则称为堆石坝。堆石坝的建设具有非常悠久的历史,其坝型分类主要有心墙堆石坝(土质心墙、沥青混凝土心墙等)和面板堆石坝(钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板等)两种,其中以土质心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝的应用最为广泛。从堆石坝的发展历史看,大致可以划分为3个阶段。20世纪30年代以前为早期阶段,以抛填堆石为特征,坝型以面板堆石坝为主,坝高达到100米量级,土质心墙堆石坝相对而言没有很大的发展。20世纪30年代至60年代初为过渡阶段,在这一段时期内,随着坝高的增加,抛填堆石变形过大而导致面板和接缝损坏使坝体产生大量渗漏的问题逐渐突出,从而使面板堆石坝的建设长期处于停滞状态。而反之,土力学理论上的进步,使心墙堆石坝在这一时期得到了较为快速发展,坝高达到了150米量级。20世纪60年代以后,振动碾和薄层碾压堆石的推广应用,降低了堆石的变形,使面板堆石坝重新兴起,堆石坝的发展进入的现代阶段。一批高混凝土面板堆石坝相继建成。与此同时,心墙堆石坝也因施工机械和施工方法的改进而得到了进一步的发展。目前,混凝土面板堆石坝的坝高已达到200米量级,而心墙堆石坝的坝高更达到300米量级,两者已成为当今高土石坝工程的两种代表性坝型。堆石坝也是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的坝型之一。
现代水利周刊:与其他坝相比堆石坝有何特点和不足?
徐泽平:堆石坝作为一种典型的当地材料坝,其筑坝材料可以根据坝区的地质条件和地形特点就地取材,从而可以节省大量的水泥、钢材等建筑材料的长途运输费用。同时,由于其自身的坝型特点,堆石坝在筑坝材料的选择上具有较宽的范围和多样的可能,其材料分区的布置大多也可以根据料源的情况灵活布置。
由于堆石坝筑坝材料的散粒体特点,堆石坝对于坝址区复杂的地形地质条件具有较好的适应性,坝体本身具有较强的变形适应能力,与混凝土坝相比,堆石坝对于坝基和坝肩的的要求相对较低。
由于堆石材料本身具有较强的抗冲蚀能力,因此,采用碾压堆石修建的现代堆石坝通常都具备较高的安全性。
堆石坝通常均具有较为简单的结构,其施工过程便于现代大规模机械化施工,从而可以实现坝体填筑的快速施工。
经过充分碾压的堆石坝工程通常都具备较强的抗震能力,四川紫坪铺混凝土面板堆石坝就是一个明确的例子。
与其他的混凝土坝(重力坝、拱坝等)相比,由于堆石坝一般不能在坝身进行溢流(低坝、泄洪流量小的情况除外),因此,其施工导流和枢纽泄洪设施的布置会有所不便。另外,对于心墙堆石坝而言,粘土心墙的填筑施工受天气影响较大(混凝土面板堆石坝一般不存在这一问题)。
现代水利周刊:目前,我国堆石坝发展情况如何?
徐泽平:自新中国建立以来,我国已建成了大、中、小型大坝约8万多座,其中绝大多数是土石坝,但直至20世纪80年代末,100米以上的高坝几乎都是混凝土坝,堆石坝仅有
石头河、碧口和鲁布革3座。自20世纪90年代以后,土质心墙坝和混凝土面板堆石坝蓬勃兴起,国内修建的堆石坝工程逐渐增多,尤其是混凝土面板堆石坝更是取得了突飞猛进的发展。而且,在这些已建、在建和待建的堆石坝工程中,很多都是大江大河上的大型枢纽工程。我国现代堆石坝工程的发展,主要是得益于改革开放后国家经济的发展和科学技术的进步。
尤其是20世纪末以来,随着国内各工程局大型施工设备装备水平的提高,以及国家“六五”、“七五”和“八五”高土石坝科技攻关研究成果的广泛应用,目前,堆石坝工程在我国水利水电工程建设中具有举足轻重的地位,以往堆石坝在与混凝土坝
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比较中处于略势的状况得到了根本的扭转,堆石坝在坝型比较中具有了较为强大的竞争力。
从目前的发展看,我国混凝土面板堆石坝的发展速度较快,技术水平也较高。刚刚建成的水布垭混凝土面板堆石坝是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝。中国的混凝土面板堆石坝建设在建坝数量、坝高、工程规模和技术难度上均居当今世界的领先水平。从心墙堆石坝的发展看,我国的高心墙堆石坝建设尚处于积累经验的阶段,已建的鲁布革、小浪底心墙堆石坝工程运行良好。目前正在建设的瀑布沟、糯扎渡等高心墙堆石坝也是具有世界先进水平的高坝工程,即将兴建的双江口心墙堆石坝坝高达到314米,建成后将成为世界上最高的土质心墙堆石坝工程。
现代水利周刊:据您所了解,世界上堆石坝的发展情况又是怎样?
徐泽平:从国际上的堆石坝发展情况看,早期的堆石坝建设主要由西方发达国家主导, 20世纪50?70年代,美国、加拿大、挪威等国相继建设了一批心墙堆石坝工程。20世纪70年代后,现代混凝土面板堆石坝兴起,澳大利亚以及巴西、哥伦比亚、墨西哥等南美国家相继建设了一批混凝土面板堆石坝工程,同时,通过一系列的技术
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和经验交流,促进了混凝土面板堆石坝工程在国际上的普及和发展。到20世纪末,西方发达国家的坝工建设基本停止,堆石坝的发展主要集中在发展中国家中。在这一段时期内,伊朗、巴基斯坦、印度、土耳其等国还是以心墙堆石坝的建设为主,而南美等国主要以混凝土面板堆石坝建设为主。21世纪初,印度建成了坝高260.5米的特里(Tehri)心墙堆石坝,巴西建成了坝高208米的伊拉佩(Irape)心墙堆石坝。自20世纪末到21世纪初,国际上的高混凝土面坝堆石坝发展较快,一批200米级的高坝相继建成,但在运行过程中,部分工程发生了蓄水期面板挤压破坏的共性问题,应起了各国坝工专家的高度重视。近期,通过相关研究和系列工程措施的应用,这一问题基本得到解决。从目前的发展看,混凝土面坝堆石坝的发展仍是当今堆石坝发展的主线,除中国之外,发展较快的区域主要集中在南美和东南亚。
现代水利周刊:与其他国家相比,我国在堆石坝建设和管理中有哪些优势和不足?
徐泽平:如前所述,我国的堆石坝建设在混凝土面板堆石坝方面居于世界的领先水平,而心墙堆石坝的建设尚需学习和借鉴国外高坝工程建设的经验。由于我国目前正处于水利水电建设的高峰期,开工建设项目多,积累的工程经验丰富,因此,在堆石坝的建设中与其他国家相比具有较大的优势。同时,与其他国家不同的是,我国堆石坝工程建设的另一个重要的特点是对工程的前期科研工作比较重视,相对而言,研究工作作得较为充分,由此可以为保证工程建设的顺利开展和保证工程安全起到重要的作用。
从目前的发展看,我国的高心墙堆石坝建设目前仅具有设计上的经验,缺乏工程建设和运行管理上的经验。目前我国已建成的最高的心墙堆石坝是小浪底斜心墙堆石坝,坝高154米。而目前在建和待建的大量工程均为300米级坝高的心墙堆石坝工程,如何实现心墙堆石坝从目前的水平向300米级坝高跨越,有许多技术难题亟待解决。而相对而言,国外的心墙堆石坝建设实践相对丰富,在已建成的大坝中,位于哈萨克斯坦的努列克(坝高300米)、墨西哥的奇科森(坝高261米)、印度的特里(坝高260米)、哥伦比亚的瓜维奥(坝高247米)、
加拿大的买加(坝高242米)、美国的奥洛维尔(坝高230米)等均可为我国的高心墙堆石坝建设提供有益的借鉴。
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