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摘要：我国的面板堆石坝在引进、消化、吸收的过程中积累了丰富的经验。总结在实际运用中取得的主要成果及存在的主要问题对于我们今后的面板堆石坝的建设和发展具有重要意义。目前我国建立了较为完备的具有自身特色的技术标准体系和工业化体系，在此框架下我国的筑坝技术正在向更高更难方向发展。
关键词：混凝土面板堆石坝；进步；问题；发展
1 前言
混凝土面板堆石坝（CFRD，或简称面板堆石坝）是以碾压堆石体（含垫层区、过渡层区、主堆石体和次堆石体）为支承结构，并在其上游表面设置混凝土面板（含面板下的趾板和灌浆帷幕）为防渗结构的堆石坝。这种坝型与一般土坝相比，具有抗滑、抗渗稳定性好，施工方便，坝体经济等特点，因而是一种极具竞争力的坝型。
面板堆石坝在我国经过了“引进消化、自主创新、突破发展”三个阶段。通过不断总结经验教训，我国在面板堆石坝设计、施工、科研、监测和特殊条件下建坝等方面取得了瞩目的成就，建立了较为完备的具有自身特色的技术标准体系和工业化体系。如今我国面板堆石坝不仅数量多、最大坝高、工程规模和技术难度都处于世界前列。据不完全统计．截至2018年底，我国混凝土面板堆石坝坝高300m以上已建成约170座，在建或拟建各约40座，总数约250座。如目前已建最高的面板堆石坝坝高233m的水布垭坝，坝体填筑规模最大的天生桥一级面板堆石坝填筑量约1800万m3，深厚覆盖层上建的最高坝-九甸峡坝，坝高136.5m 趾板下覆盖层厚度28m,等等一大批新技术、高难度的混凝土面板堆石坝拟建或在建，筑坝技术正在向更高更难方向发展。
2混凝土面板堆石坝的进步
2019年是我国引进现代筑坝技术建设混凝土面板堆石坝的第34年，如今面板堆石坝工程几乎遍布全国，涉及各种不利的地形、地质条件和气候条件，积累了大量经验，形成了中国特色的面板堆石坝筑坝技术。纵观我国在这期间的工程，取得了许多长足进步：
（1）合理坝体分区
坝体材料的合理分区早期经验认为下游堆石的变形对面板性状没有影响，因而在坝体材料的分区上，凭经验做出分区，这是不正确的。下游堆石弹性模量较低，变形较大，进而与下游堆石间的大量不均匀变形将在面板内形成较大的拉应力，成为引起面板裂缝的重要因素之一。并且坝体材料的合理分区将有利于施工的合理和投资的经济，因而现在将通过应力应变分析方法，对坝体材料的分区合理性进行分析，有利于坝体的应力应变。
（2）数值分析方法的进步
面板堆石坝数值计算分析相对较为简单，初期主要以线弹性分析和平面分析为主，但是堆石体在高应力下体现出明显的非线性、压硬性、剪涨性以及应力引起的各向异性。对于此坝型采用线性分析方法是不合适的。早先在我国推广采用的是非线性模型，这以邓肯-张为代表，邓肯-张有两个问题：一是计算所得的坝体水平位移很大；二是计算所得的面板拉应力区域和拉应力值明显偏大。因而邓肯-张得到更广发应用，并且积累了相当多资料经验。但邓肯-张模型不能体现堆石体的剪涨性、各向异性，因而沈珠江院士根据邓肯和剑桥模型的特点推出了双屈服模型，这是岩土方面的重大进步。
（3）施工新技术
施工方面大型振动碾的使用使得坝体的沉降明显减小，改善了坝体的应力应变；挤压墙施工技术的使用，使得接缝处施工大为改善，并保证了面板的防渗性能。
3存在的问题
在实际工程的运用当中，也出现了许多值得关注的问题。如93年8月7号，沟后水库砂砾石面板堆石坝发生溃决，这是国际坝工史上首次同类型坝的溃决，其破坏机理受到广泛关注。目前认为事故破坏前坝体上部已形成溃决口口门，上部坝体已被面板和上流高挡墙的渗透水所饱和，丧失渗透稳定性。以及株树桥面板堆石坝面板的塌陷以及天生桥面板堆石坝的大量结构性裂缝提示我们绝不能对混凝土面板堆石坝的应力应变及裂缝掉以轻心。从大量已建工程中总结出存在的问题为：
(1)混凝土温度和干缩裂缝
从20世纪90年代开始，经各方联合攻关，采取防裂抗裂措施，面板混凝土干缩及温度裂缝问题得到基本解决。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现行面板堆石坝设计和施工规范有较为全面的面板混凝土防裂抗裂技术要求。
(2)面板结构性裂缝及挤压破坏
我国在2000年后建设的面板堆石坝工程注意了坝体变形控制，加强了预防措施，因此出现面板结构性裂缝与挤压破坏的情况较少。如董箐坝的砂泥岩料软岩含量在30％左右，但经过严格控制坝体预沉降指标，面板适当加厚，垂直缝采取抗挤压措施后，面板浇筑后没有产生结构性裂缝。
(3) 渗透破坏及水力冲蚀
从早期建成的沟后水库溃坝及株树桥大量漏水事故中吸取教训，规范中提出了砂砾石坝应采取有效的渗流控制措施,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。
(4)坝基渗漏
从西北口坝基岩溶充填泥土被高压水冲开及少数工程趾板基础出现集中漏水通道而不得不放空水库检修或限制库水位运行等情况中得出经验，应加强前期勘测,尽可能地揭露地质缺陷,为处理设计提供依据,并对此采取专门的措施。
(5)反向渗透破坏
现行规范中列入了防止反向渗透破坏的有关措施。2000年以后，仍有多个工程在采取反渗措施后发生反向渗透破坏的情况。分析认为，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也很重要。
4发展及挑战
我围拟建的40多座面板堆石坝中，最大坝高超过100m的有20多座。最大坝高超过150m的有10多座,可行性研究中的最大坝高约250m,适应性研究中的最大坝高达300m级。这些坝多位于西部地区,坝址多具有河谷狭窄、岸坡陡竣、覆盖层深厚、地震设计烈度高、气候条件恶劣等特点。综上所述,未来面板堆石坝的主要发展方向及技术挑战如下：
(1) 更高面板堆石坝
“300 m级高面板堆石坝适应性及对策研究”课题的成果表明,在采取适当的工程技术措施后建设300m级高面板堆石坝是可行的,但需深入研究其变形和应力特性及工程施。
(2) 狭窄河谷中的高面板堆石坝
在建和拟建的200m级面板堆石坝中，坝体长高比最小为1.3，规划中有的高坝长高比甚至小于1.0，或河谷极不对称。这些坝需高度重视堆石“三维效应”、高陡边坡、适应大变形接缝止水结构等方面的处理。
(3) 高寒地区的面板堆石坝
在黑龙江最北端的大兴安岭地区及新疆北部地区，有的工程接近北纬54度，极端最低气温低于-52℃，给面板堆石坝在高寒地区的设计建设带来新的挑战。目前辽宁蒲石河抽水蓄能电站运用的翻模固坡工艺为高寒地面板堆石坝的施工开辟了很好的途径。
(4) 高地震烈度抗震研究及工程措施
在建或拟建面板堆石坝中，部分工程设计地震动水平峰值加速度超过0.4g ,且坝高都超过100m,少数工程接近0.5g,坝高超过200m。在总结汶川地震中紫坪铺坝等工程震损特点的基础上,我国面板堆石坝抗震研究水平将上一个新台阶,抗震措施也将得到进一步系统化。
(5)精准试验和计算
高水头下的堆石料三轴试验、渗透变形试验、周边缝仿真模型试验、堆石坝长期变形性能试验、土工离心模型试验，虑堆石破碎影响、高应力水平、复杂应力路径等条件及考虑流变、湿化和劣化等因素下的本构模型、神经网络等精准计算将进一步发展。
参考文献：
[1] 沈长松，王世夏，林益才等.水工建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2008.107-112
[2] 蒋国澄，赵增凯.中国混凝土面板堆石坝的近期进展[J]，贵州电力，2004,10:24-29
[3] 茹彩江．严寒地区混凝土面板堆石坝施工技术的研究与应用[J].水利水电科技进展，2001,21(2):51-53．
[4] 马洪琪，曹克明．超高面板坝的关键技术问题[J]．巾国工程科学．2007(11)：4-10．
[5] 杨泽艳， 周建平．我国特高面板堆石坝的建设与技术展望[J]．水力发电．2007(1)：64-68．
论文作者:侯秀丽,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：面板论文; 应力论文; 混凝土论文; 邓肯论文; 工程论文; 裂缝论文; 措施论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;