第４４卷第２期 ２０１８年２月 水力发电 土，１５坝袍工技术的现状与发展趋势 吴高见，张喜英 （中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都６１００６６） 摘要：阐述了土石坝施工技术发展的现状，围绕着未来高土石坝建设的特殊地理位置、水文气象、地形地质’以 及经济发展等，对土石坝施工技术发展趋势的展望认为，土石坝散粒体结构所具有的适应变形能力使其在地震多 发、具有深厚覆盖层的西部地区更具合理性；超大型土石方施工机械制造技术，提高了土石方施工的机械化水平， 从而在工期、造价等方面比其他坝型更具竞争优势；地基防渗处理技术的突破，使高土石坝在深厚覆盖层、基岩软 弱或存在地质缺陷地区筑坝更具有经济性，更具生命力。 关键词：施工技术；土石坝；发展趋势；现状 Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｅａｒｔｈ·ｒｏｃｋ Ｄａｍ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＷＵ Ｇａｏｊｉａｎ．ＺＨＡＮＧ Ｘｉｙｉｎｇ （Ｓｉｎｏｈｙｄｒｏ Ｂｕｒｅａｕ ５ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６６，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ ｉｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｈｙｄｒｏ－ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｈｉｇｈ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｌｉｅｖｅｄ ｔｈａｔ，（ａ）ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｏｏｓｅ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ ｂｏｄｙ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｉｎ ｗｅｓｔｅｒｎ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｗｉｔｈ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ—ｐｒｏｎｅ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｌａｙｅｒ；（ｂ）ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒ ｌａｒｇｅ ｅａｒｔｈｗｏｒｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｗｉｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｄａｍｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｓｔ；ａｎｄ（Ｃ）ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎ ｓｅｅｐａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｖｉｔａｌ ｗｈｅｎ ｆｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａｓ ｗｉｔｈ ｄｅｅｐ ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ，ｗｅａｋ ｂｅｄｒｏｃｋ ｏｒ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅａｒｔｈ—ｒｏｃｋ ｄａｍ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ；ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＶ５２；ＴＶ６４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０５５９；９３４２￣２０ ） ２－零ｏ０１＿ｏ６ 土石坝是一种既古老而又富有生命力的坝型， 的。早期土石坝的施工，一直沿用经验性土石坝设 以其就地取材经济性好、散粒结构适应变形能力强、 计、原始的人力组织及简易工具的施工方式。工业 结构简便机械化作业施工效率高、碳足迹少节能环 尤其是振动碾压设备的出现，带来了土石坝施 保等优势，成为河谷陡峻、覆盖层深厚、地震多发 工技术的性进步，使土石坝施工技术得到了迅 且土石料丰富的我国西部水能资源富集区水电开发 猛的发展，也使得碾压式土石坝、面板堆石坝的发 的首选坝型。目前，我国已规划和建设中的坝高大 展成为主流。世界土石坝发展的高峰出现在２０世纪 于２００ １ＴＩ的土石坝已不下数十座，坝高大于３００ ｉｎ ６０、７０年代。这与振动碾的发明、生产、投放市 的土石坝也有数座，超高土石坝的建设将对设计、 施工及运行管理技术带来新的挑战。 收稿日期：２０１７—１２－０４ 基金项目：财政部施工新技术研究与开发项目（２１５０３９９）；中国 １土石坝施工技术发展现状 水利水电建设股份有限公司重大科技专项“３００ ｍ级高心墙土石坝关 键施工技术”研究课题 土石坝施工技术的发展与土石坝设计理论、土 作者简介：吴高见（１９６３一），男，山西河津人，教授级高工， 石坝施工机械（具）、施工管理理论的发展密切相关 硕士，副总经理兼总工程师，从事工程技术与管理工作． Ｗａ Ｐｏ ＶｏＬ Ｎｏ．２啊 场、开始使用等发展历程相一致；也与固结理论、 击实原理、有效应力原理等的形成，以及运输方式、 度；下坂地大坝防渗帷幕孔１５０ ｍ，秀山隘口水库 防渗帷幕１９０～２０１ ｍ。 原位测试、地基防渗、施工工艺、水文学等应用密 １．１．３ 合理的料源规划及土石方平衡 大型土石坝更注重料源规划和利用。科学合理 不可分。尤其是计算机网络技术、信息传输技术、 全球卫星定位系统的发展，使得当代土石坝施工技 术的发展产生了质的飞跃。 规划料场、减少植被破坏，充分利用其他建筑物弃 渣料及中转回采，并合理使用和分区规划含水率、 含砾量、黏粒含量等物理力学指标不同的料场，使 １．１ 土石坝综合施工技术 土石坝（碾压式土石坝、面板堆石坝）典型的施 工流程都包括有：坝肩开挖与处理、施工导截流、 坝基开挖与处理、料场复勘、料场开采规划、开采 开采、运输更加安全、均衡、经济、合理。 防渗土料的拓展研究，已取得了许多工程的经 验。多成因的砾石土料、土状、碎块状全风化或部 和加工、道路规划与设备选型、坝面作业规划、质 量检测、变形观测等，形成了通用的综合施工技术。 １．１．１ 施工导流及高围堰快速施工技术 高围堰方案可大为减少导流隧道的规模、数量， 缩短施工准备工期。其快速施工决定了能否在一个 水文枯水期内完成从截流、深覆盖防渗墙施工到围 堰加高、汛期挡水的工作，包含了截流时机的选择、 防渗墙的施工、高围堰结构形式及施工资源配置、 施工快速组织等。目前的高围堰相当于一座中型土 石坝，如糯扎渡围堰高８４ ｉｎ，江坪河围堰高 ８３．４ ｍ，长河坝围堰高５３．５ ｍ。在结构形式上，糯 扎渡及江坪河都采用土工膜斜墙防渗，长河坝采用 土工膜心墙防渗，土工膜采用机械化、标准化连接， 快速检测以利于快速施工。 当高围堰施工经济性较差，过水风险可接受时， 堆石坝采用土石过水围堰也是一种较好的选择方案。 土石过水围堰挡水与过水标准、围堰结构与过流防 护形式、消能保护等是土石过水围堰应重点考虑的 关键因素。 １．１．２ 深覆盖层防渗墙及帷幕的地基处理 我国西部地区河流较多分布着深厚覆盖层，优 先选用土石坝坝型可充分发挥其散粒结构适应变形 能力强的特点。深厚覆盖层混凝土防渗墙施工设备 除常用的冲击钻外，冲击反循环钻、抓斗挖槽机、 液压铣槽机等先进设备得到推广应用。采用先进的 清孔工艺、墙段接头技术，发展了纯钻法、钻抓法、 纯抓法、铣抓法等造孑Ｌ、出渣、泥浆处理以及拔管 连接、双反弧边接、平板式接头等墙段连接工艺。 深厚覆盖层上墙下幕防渗处理方法，充分发挥了两 种方法的优势，使地基处理深度得到延伸。预灌浓 浆和高压喷射灌浆也成为解决复杂地层漏浆塌孔的 有力措施。深孔帷幕灌浆技术、深厚覆盖层振冲技 术都在深覆盖层地基处理中得到了应用。 目前，１５４ ｍ防渗墙、１９０～２０１ ｍ深孔帷幕… 都是在原常规施工机具基础上加以改进达到的。国 内旁多大坝防渗墙１５４ ｍ，试验段已达到２０１ ｍ深 ＿重 ｅｒ Ｐｏ…Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．２ 分强风化土料的应用都具有工程实践。堆石料多元 化应用研究方面，建筑物开挖料利用、河滩砂砾石 料利用等已有许多建造工程经验。 土石坝筑坝材料的用量很大，一般是混凝土重 力坝的４～６倍，少则数百万方，多则上千万甚至上 亿米 。料场的合理规划与使用，也是土石坝施工经 济性的重要保证。土石方平衡研究方面也在设计层 面进行了相关研究，施工过程中全工程范围内的土 石方平衡还有待进一步协调。 １．１．４ 配套成龙的施工机械设备 施工机械的配套选型已从经验选型走向科学选 型。以计算技术为基础的层次结构模型和配套评价 指标体系正逐步得到应用。主导机械与辅助机械相 互配套更加合理。国内的施工机械多选用挖掘机或 装载机挖装、自卸汽车运输、推土机平料、振动碾 碾压的机械化一条龙施工方式，也有工程采用皮带 机运输砾石土料。 １．１．５ 广泛采用大型、重型设备 高土石坝施工具有坝体体积庞大、底部横向宽 度长、一枯度汛填筑强度大、料场初期出料能力低 的特点。选择重型、大型设备可在最短时间内完成 施工节点任务，能以较低的费用获得最大生产率， 以最好的质量、较快地完成工程建设，为提前蓄水 发电奠定基础。 我国现普遍使用２０ ｔ、２６ ｔ的单钢轮振动碾。目 前，陕西中大机械集团、三一集团都研制成功了 ３２ ｔ单钢轮振动碾压设备，已有工程成功运用案例。 有的工程对冲击碾压设备进行了碾压试验研究，如 洪家渡、江坪河面板堆石坝堆石体冲击碾压，瀑布 沟也进行了砾石土心墙的冲击碾压试验。 重型振动设备的使用，提高了各种坝料的压实 度，加快了填筑速度，使得工期更短，施工效率 更高。 １．１．６注重机械设备的维修与保养 机械化施工的优点是充分发挥了机械的效率； 而机械设备的完好率是效率保证的前提，定期检修、 及时修理又是设备完好率的保证。注重设备管理， 定期进厂检修、设置流动服务车、自动化检测设备、 充分的备件（一般达设备原值的３０％），可确保施工 机械完好率和施工机械日利用时间。 １．１．７ 科学的循环流水作业 流水作业是一种科学的施工组织方法。土石坝 填筑施工按照流水作业组织施工，从料场规划到坝 面作业，以钻孔、爆破、挖运以及铺料、洒水、碾 压、待检等工序分区进行作业场地规划，使整个施 工作业形成循环流水作业线，使得整体效率发挥 最佳。 １．１．８ 基于ＧＰＳ的数字化大坝系统 以糯扎渡、长河坝水电站大坝工程为代表的基 于ＧＰＳ的数字化大坝填筑监控系统 ，按设定的参 数对施工设备安装卫星定位芯片，全程、全天候监 控其施工对应的材料种类与重量、行驶的位置与速 度，以及碾压轨迹、遍数、状态等，控制大坝施工 进度与质量，从而为大坝工程验收、安全鉴定和施 工期、运行期安全评价提供强大的信息服务平台。 １．１．９ 快速试验手段与质量检测 鉴于坑检法在压实度、含水率等指标检测方面 存在的诸多问题，多个工程对不同的检测方法进行 了探索实践。三点击实法、最大干密度法、红外线 含水率测试、附加质量法、瑞雷波法与车载压实度 仪等方法都在实际应用中得到了不断的改进。 在心墙砾石土控制与检测方面，探索了以细料 为主、全料复核为理念的质量控制标准及以三点击 实现场快速检测为主、全料室内平行复核为辅的检 测方法。 糯扎渡水电站工程研发了直径６００ ｍｍ的击实 仪 ；长河坝水电站工程为满足最大粒径１５０ ｍｍ砾 石土压实度要求，研发了直径８００ ｍｍ的超大型击实 仪，用于碾压试验阶段全料压实度检验和复合填筑 体细料压实度检验成果。击实仪的全自动升级改造 和最大干密度法及三点击实法应用软件的开发也为 快速检测提供了支撑。 １．１．１Ｏ 特殊气候条件下土石坝施工 对在多雨季节土料场的防排水及作业面遮盖防 水做了相关工作；对严寒负温条件下的心墙土料冬 季施工技术也进行了相关研究。严寒条件下注重大 体积土料的保温储备和小体积土料的暖棚保温。 加强特殊气候条件下的相关研究，可有效利用 施工时间，施工进度得到保障。 １．２碾压式土石坝施工技术 １．２．１ 防渗材料选择与拓展 防渗体是碾压式土石坝的重要结构，防渗材料 选择、工艺试验及其施工是碾压式土石坝关键的施 工技术。 （１）防渗土料。防渗土料目前已有不同土料在 采取相应措施后得到应用的实例，包括砾石土、风 化土料、分散性土、膨胀性土、红粘土、黄土类土 以及团粒结构类土等。砾石土采用超径石剔出、不 同Ｐ５含土掺配、含水率调整等措施；风化土料采用 “薄层重碾”措施；分散性土采用石灰或水泥改性并 做好反滤等措施；膨胀性土采用非膨胀性土在临界 压力值附近约束使其保持压强等措施；黄土类土采 用增大压实功能措施；红粘土多数含水量偏大，除 进行调整外，可不把含水量、干密度作为主要指标； 团粒结构类土干密度、含水率差别较大，可混掺使 用等。 （２）沥青混凝土施工。根据配合比碾压试验及 生产性试验采用相应的配合比进行施工；对于酸性 骨料的应用和热施工工艺、厚层碾压施工等已有研 究应用；沥青混凝土面板坡面卸料、摊铺及碾压机 械化流水施工工艺研究也取得进展。 （３）土工合成材料施工。碾压式土石坝中已广 泛应用土工膜防渗（心墙、斜墙、面板）、土工织物 反滤、排水及土工织物防震抗震等。 １．２．２ 土料的含水量调整 土料在最优含水率状态下，可达到最佳的压实 效果。当土料含水率低于最优含水率时，采用料场 蓄水入渗、堆场加水畦灌、坝面喷雾洒水等方法加 以改善；当土料固有含水率偏湿时，可采用深沟排 水、分季分期开挖、堆土牛、翻晒、掺灰、红外线 或热风干燥等措施加以改善。 １．２．３砾石土砾石级配及含量的调整 砾石土因其具有较好的抗变型能力和抗渗性能 常被作为高心墙堆石坝的必选材料。砾石土级配调 整包括超径石剔出（条筛、给料筛）、砾石掺配（平 铺立采掺合法、机械掺配法）。在粘性土中掺入一定 比例的砾石以改善土的抗变形能力，在粗粒含量较 高的宽级配土料中掺人一定比例细粒含量多的土料 以改善土的抗渗性能。 当砾石含量与含水率都与设计指标不符时，可 考虑同一工序掺砾、加水一并解决。 １．２．４ 不同结合部位的质量控制 陡窄河谷地形条件下的碾压式土石坝，岸坡对 坝体、堆石体对心墙都会因为变形差异产生拱效应， 施工中需加强心墙与岸坡混凝土接触带高塑性粘土 施工质量，加强心墙与反滤料、反滤料与反滤料、 反滤料与过渡料、过渡料与堆石料结合部的施工质 量。如，贴坡混凝土盖板基层泥浆喷涂设备、双料 Ｗ ｒ Ｐｏ Ｖｏ１．４４№２啊 界限摊铺设备可有效提高结合面质量，减少因“弱 面”存在而导致的心墙破坏。 施工性能。②趾板混凝土不设永久缝，两序施工， 后浇块掺微膨胀剂 ；趾板上填筑粉细土，利于裂 缝愈合；临近坝体混凝土建筑物与面板连接缝采用 １．３ 混凝土面板堆石坝施工技术 １．３．１ 堆石体变形协调及沉降控制 面板堆石坝尤其是高面板堆石坝，因堆石体变 形过大、与刚性面板变形不协调以及面板应力集中、 面板受压面积削弱、受压钢筋混凝土屈服破坏等原 因，经常出现结构裂缝、面板脱空、面板挤压破坏 高趾墙进行连接。③设置面板加厚区、可变形的垂 直压性缝和改善钢筋受力的箍筋方式。④趾板与覆 盖层防渗墙的柔性连接。⑤混凝土面板无轨滑模施 工。⑥收面压光机械化施工。⑦土工织物覆盖、洒 水养护或涂表面养护剂的养护和保护。⑧利用帕斯 卡堵漏剂进行裂缝缺陷处理技术，国内已有水布垭 和严重渗漏等问题。为使堆石体的弹性模量及变形 性能与刚性的混凝土面板相接近，主要采取以下技 术措施： （１）提高堆石体压实标准和压实质量可减小堆 石体变形等对面板的影响。目前，堆石体碾压已尝 试采用重型振动碾、冲击振动碾进行；垫层料压实 受挤压边墙、翻模固坡等技术对物料侧限影响和设 备临边，压实度还有待提高。 （２）分区填筑的主堆石体尽量选用硬岩石料或 砂卵石料，并充分压实。面板坝以坝体临时断面挡 水度汛已被经常采用，先期面板施工后的后期堆石 体填筑（如三期填筑抬高后侧），应使薄弱结合部及 蓄水后坝体最大主应力垂直，以利于面板、堆石体 受力变形协调。 （３）采用超载预压或留出一定时段，使得堆石 体充分沉降变形后再进行混凝土面板施工，可减少 面板施工后的堆石体变形。一般先期面板施工坝体 超高不小于１０ ｍ（水布垭水电站超高采用２４ ｍ、三板 溪水电站超高２５ ｍ），沉降期一般选择３～６个月。 （４）用干硬性堆石混凝土对陡峻岩坡快速补齐， 可实现快速施工，也减少了堆石体与岩坡弹模及变 形性能差异。 １．３．２ 垫层料施工技术 目前，垫层料施工主要有斜坡碾压、挤压式边 墙（切槽）、预制边墙、翻模固坡等技术。挤压式边 墙已为许多工程所采用，水布垭工程采用沿面板垂 直缝切槽１０ ｃｍ，回填小区料，以改善对面板约束。 而斜坡碾压优点是密实度有保证，但需要超填、削 坡，浪费材料及人工；挤压式边墙及翻模固坡技术 是近年来发展起来的垫层料施工新技术，具有工序 少、速度快、节约材料的优点，并能及时形成抵御 冲刷的坡面用以防洪度汛；另外，也有在垫层料中 掺入一定的水泥、石灰及粉煤灰等，以使其变形性 能与面板更为接近。 １．３．３ 趾板混凝土及混凝土面板施工技术 目前，混凝土趾板及面板混凝土施工的主要技 术有：①掺用微膨胀剂、引气剂、掺粉煤灰、聚丙 纤维、钢纤维等，优化配合比，改善｝昆凝土抗裂及 大坝成功应用的实例。 １．３．４ 止水系统施工技术 动态稳定的止水系统是混凝土面板堆石坝防渗 体系的重要结构。止水系统施工方面主要技术有： ①铜止水成型机铜带辊压成型工艺；②异型接头模 制成型工艺；③面板分缝止水嵌缝材料“ＧＢ”、 “ＳＲ”及机械化施工工艺；④表层粉煤灰、粉细土等 自愈结构；⑤ＨＤＰＥ土工膜的应用。泰安抽水蓄能 电站和溧阳抽水蓄能电站采用了ＨＤＰＥ土工膜库底 防渗。 １．３．５ 施工期安全监测及分析 根据面板堆石坝的变形特性和沉降机理，结合 堆石面板坝沉降过程明显的阶段性和各时期沉降规 律的差异性，采用预测模型建立并分析堆石面板坝 沉降历时关系曲线。根据拟合曲线，确定堆石体沉 降基本稳定时段及选择面板施工时段。 目前，超长水平位移（５００ Ｉｌｌ级）检测技术、光 栅测温渗流检测技术、光纤陀螺位移检测技术等新 仪器、新工艺与普遍采用的引张线位移计、固定式 测斜仪、渗压计、量水堰等先进的联合监测技术得 到应用。 ２土石坝施工技术未来发展趋势 ２．１ 目前在建和规划设计中的高土石坝 土石坝以其能就地取材，主要材料运输距离短； 坝体散粒体结构适应变形性能强，对地基要求低； 施工程序简便，利于机械快速施工等优点，成为未 来坝工发展的优势坝型。 ２．１．１ 我国在建及规划设计中的高土石坝 我国在建及规划设计中的高土石坝见表１。 ２．１．２ 在建及规划中的高土石坝特点 （１）工程项目多集中于金沙江、大渡河、澜沧 江、怒江、黄河上游以及、、青海等偏远 地区，相对经济发展水平低，环境差。 （２）项目多处于高原、高寒、高蒸发、缺氧地 区，平均海拔３ ５００ Ｉｎ，空气中含氧量是平原地区的 ５０％，施工期短，生产效率受到影响。 （３）项目多位于欧亚板块与印度板块相交 堰可能会成为其临时挡水建筑物的首选。快速截流， 处的青藏高原，受板块移动影响，地震、坍塌、泥 加快防渗墙施工速度，设计方便施工的围堰防渗结 构，高围堰快速施工将成为发展方向。当一个枯水 期不能实现围堰施工时，过流保护下的防渗墙度汛 或过水围堰度汛也将成为今后的选择。 石流等地质灾害频发，生态环境脆弱。 （４）项目所在流域山高沟深、河流湍急、岸坡 陡峻、河谷狭窄、覆盖层深厚。虽修建土石坝所需 的冰碛土、冲积土、坡积土、堆石体、砂砾石等建 筑材料丰富，但由于形成原因不同，物理力学指标 差异很大，极不均匀。 （３）高土石坝一般都会遇到泄水建筑物布置较 为困难的问题，如何将导流建筑物改造成为永久泄 水建筑物的组成部分仍需不断进行尝试和研究。 ２．２ 土石坝施工技术发展的未来 ２．２．１ 科学的施工整体规划及水流控制 （１）我国未来高土石坝多建在西部崇山峻岭区 域，这些区域内河流湍急、两岸陡峻、流量相对变 小、河床库容少、临时围堰或永久大坝所形成的水 ２．２．２ 合理的料源规划及土石方平衡 （１）“凡料皆可用”的理念将更加深入贯彻到工 程管理中，更加精细、精准的管理及制备工艺将使 坝区各种料得到充分利用。 （２）大坝心墙料从底到顶各项指标始终如一的 历史将有所改变，有限元计算结果可使心墙在不同 的受力环境下分阶段采用不同的抗渗、抗剪等指标。 （３）工程各建筑物的施工进度将基本遵循总体 土石方平衡的成果进行控制。整个工程的弃料和弃 料场占地将大为减少。 库洪水期水位容易陡涨陡落；给高围堰挡水导流、 水库初期蓄水、导流及泄水建筑物过流的时机选择 带来了挑战。土石坝施工在导流规划及水流控制的 基础上，如何正确选定整体施工进度、施工强度， 并以此进行土石方平衡、资源配置、料场、渣场规 划及施工道路布置、辅助生产系统布置等仍有广阔 的发展空间。深覆盖层上的高土石坝坝基防渗体系 工程量大、技术难题多，且底部断面和第一个枯期 ２．２．３ 高土石坝安全快速施工技术 （１）料场是大坝的粮仓，勘测技术的进步，使 得土料场不同类、不同含水量的土料在平面、立面、 要求达到挡水度汛高程所面临的填筑工程量巨大， 而大坝中、后期断面缩小，填筑强度相应减少。这 一时间、储存等方面更为精确，坡面控制更趋安全， 出现因前期勘测原因产生变更的几率小。 特点与大坝料源开采面前小后大、开采强度前低 （２）作为大坝防渗体系重要组成部分和关键结 合点的基础垫层、灌浆廊道、刺墙、贴坡和防浪墙 后高形成矛盾；因此，在变形协调条件下开展高堆 石坝施工总进度和合理资源配置研究具有重要意义。 等辅助混凝土结构，防裂防渗要求高。其施工多占 据关键线路；因而其施工工艺、进度、质量及出现 （２）作为高土石坝主体部分的土工膜高土石围 ｌｇａ Ｐｏ ＶｏＬ Ⅳｎ ２日 裂缝后的处理措施至关重要。 （３）施工道路规划与运输机械配置是高土石坝 机械化快速施工的重要保证。施工运输方式规划（皮 带洞、输料竖井）、施工道路的规划、成龙配套的机 械化流水作业、机械设备的维修与保养、上坝道路 规划、跨心墙技术、长交通隧道的通风排烟、长下 坡路段的安全避险等尚需不断优化。 （４）心墙填筑进度是大坝整体进度的控制项目， 心墙料制备、堆存技术将是心墙均衡、快速填筑的 重要保证。采用图像处理技术快速获取砾石土相关 颗粒的图形分布曲线，即时确定掺配比例仍需进行 应用研究。 （５）分区填筑、快速施工的坝面施工将更为精 细，流水作业效率将更高效。土工格栅等加筋结构、 钉结护面板、坝顶缓坡等高土石坝抗震结构会广泛 应用。 （６）级配精良的面板坝垫层料生产系统，垫层 料摊铺、振实、砂浆保护一体施工技术将得到发展 应用。 （７）混凝土面板坝面施工系统的不断改进，包 括铜止水机压成型、热熔焊接、护具保护、钢筋网 片自动化焊接、钢筋整体运输安装、混凝土防雨、 防晒、防蒸发、溜送系统面板滑模改进等；高效、 可靠的新型坝面止水结构、新型的止水材料的应用； 新型纵缝充填材料的研究，高分子材料的进一步应 用，等等。 ２．２．４ 坝体协调变形与施工控制技术 为有效控制高土石坝心墙与堆石体因相互间变 形性能差异产生的变形不协调。施工中需： （１）对高堆石坝施工期进行分期、分区施工的 有限元分析，要研究分期填筑高差、填筑超高、填 筑上升速度与心墙体、堆石体沉降变形的关系，以 指导和控制大坝心墙上升速度，减少心墙拱效应。 （２）结合堆石坝不同分区坝料力学性能试验和 现场施工期坝体沉降等监测成果，以大坝沉降观测 数据为依据，建立大坝沉降预测变形模型，预测大 坝堆石体及心墙体沉降变形趋势，实现施工期变形 和施工质量的快速反演，以期对现场施工起到一定 的指导作用。 （３）在面板坝应力控制、裂缝防治方面仍有很 大技术发展空间。如通过控制堆石体沉降降低面板 不均匀应力；通过增加河床段面板顶部厚度 ，采 取合理的分缝结构，改善面板柔度和面板应力分布。 ２．２．５ 施工质量检测与控制及安全监测与分析 （１）心墙料的含水率、压实度快速检测及堆石 体快速、非破损性的实时密度检测需要与仪器生产 厂家一起攻关。 （２）心墙料上坝前含水率采用时域反射法ＴＤＲ、 驻波比法ＳＷＲ以及碾压后含水率采用微波、红外线 快速检测需深入研究、推广应用。 （３）建立大坝变形、沉降、渗流等安全监测布 置的三维可视化模型（实体或透明），安全监测动态 信息的可视化管理和监测点观测值的统计分析有待 进一步发展；施工期沉降、变形、渗流观测的方法 和适应高堆石坝的监测仪器及优化监测项目 ，基 于高精度的ＧＰＳ安全监测技术、基于光纤、光栅传 感技术的应用等有待进一步研究。 ２．２．６ 节能减排绿色施工技术 （１）大孔径、宽孔距、耦合装药 昆装炸药车爆 破技术，可有效减少钻爆孔数量，提高炸药爆破效 能，加快施工效率和施工效益，是一种具有本质安 全的施工技术。 （２）运输车辆的混合动力化与天然气、工业乙 醇运输车辆改造将成为选择项目；具有适合土石坝 坝料运输特性的节能燃油添加剂和不同性能轮胎成 为可能。 （３）高海拔寒冷地区脆弱的生态环境、抗干扰 能力低、系统结构易发生变化、功能极易被破坏， 植物养护、乔木生长比较困难；因而，工程施工需 在加强生态环境保护和环境绿化工作方面做一些积 极探索。 （ｇ）爆破震动、施工和道路扬尘以及辅助生产 系统的能源消耗、水循环利用、污水排放将得到更 好的控制。 （５）对施工影响区域的地质灾害采用工程措施 进行处理及防治，工程开挖、弃渣及临时堆渣等施 工需采取合理可靠的技术措施，防止形成新的地质 灾害。 ２．２．７信息化施工辅助决策支持系统 （１）建立基于ＧＩＳ、ＧＰＳ、ＢＩＭ等技术的高土石 坝施工信息平台，如集成数字大坝模型、基于ＧＩＳ 的土石坝碾压质量监控与评价系统与基于ＧＰＳ的土 石坝碾压参数控制系统、大坝质量检测数据自动录 入系统。 （２）基于排队论、粒子群算法的仿真模型，赋 予动态权重系数的时间——费用目标为评价函数， 进行机械设备配置方案优化。 （３）建立施工全过程动态模拟及生产调度指挥 辅助系统，包括开挖子系统、交通运输子系统、填 筑子系统、土石方调配子系统，通过时间、产量变 量值的设置，实现作业时段完成的工程量、工程形 象的预判，以此来进行施工资源的 （下转第２４页） 表６碾压试验结果汇总 区实际施工在铺料厚度１００ ｅｍ、３２ ｔ振动平碾碾压８ 遍后检测６４组得到的干密度最大值为２．２９ ｇ／ｃｍ 、 最小值为２．１９ ｇ／ｅｒａ 、平均值为２．２４ ｇ／ｃｍ （作为施 工填筑干密度），对应的孔隙率最大值为２０．７％、 最小值为１７．０％、平均值为１８．９％。根据现场大型 原位碾压试验成果计算坝面填筑的相对密度，其最 大值为０．９３，最小值为０．７５，平均值为０．８３。 综上，堆石料填筑相对密度最大值为０．９３，最 小值为０．７５，平均值为０．８３，经对比砂砾石料具有 较高的可信度。 ４结３．２ 成果分析 （１）４００ ｃｍ环能够相对准确测出堆石料最小干密 论 对堆石料进行现场相对密度试验和大型原位试 验，根据试验结果可知，现有相对密度试验方法无 法适应堆石料的最大干密度、最小干密度测试，存 在较大的偏差，采取现场大型原位碾压试验取得的 孔隙率数据较为真实客观。另外，当前我国堆石料 施工碾压设备能够满足现今高土石坝、超高土石坝 建设要求，施工质量有保证。 度，由于受周边约束影响较大，不能准确测出最大干 密度，相对密度成果误差较大，不具备参考价值。 （２）现场大型原位碾压试验通过直接计算试验 用料质量及体积方法推算堆石料最大干密度、最小 干密度，其趋势与附加质量法一致，且在碾压８遍 后最大干密度测试方面规律性强，以其作为计算依 据可行。 参考文献： ［１］ＤＬ／Ｔ ５１２９一 ２０１３碾压式土石坝施工规范［Ｓ］． 『２］ＤＬ／Ｔ ５３９５一 ２００７碾压式土石坝设计规范［Ｓ］． （３）现场大型原位碾压试验成果得出堆石Ｉ区孑Ｌ 隙率最大为３０．１％（松铺状态）、最小为１５．８％（碾 ［３］ＮＢ／Ｔ ３５０１６ ２０１３土石筑坝材料碾压试验规程［Ｓ］． 压２６遍后，理论最密实状态），相应干密度最大值 为２．３２４ ｇ／ｃｍ 、最小值为１．９２９ ｇ／ｃｍ 。下游堆石Ｉ ［４］ＤＬ／Ｔ ５３５６一 ２００６水电水利工程粗粒土试验规程［Ｓ］ （责任编辑 王 琪） （上接第６页）调配及对未来施工进度的预期。 （４）建立基于“互联网＋”的智能施工系统。 如，施工作业可视化、图像自动识别处理、车辆 自动识别与计量、远程故障诊断、流动快速检测 车、流动维修服务车等集成技术的施工信息管理 系统。 插上腾飞的翅膀，使这种古老的、经验性的技术更 加精准化、科学化，实现“土石坝不土”。 参考文献： ［１］韩建东，张琛，肖闯．糯扎渡水电站数字大坝技术应用研究［Ｊ］ 西北水电，２０１２（２）：９６．１００． ３ 结 语 随着我国高土石坝的陆续规划和建设，岩土力 学、渗流理论和设计技术的不断发展，土石坝的设 ［２］黄宗营，唐先奇，张耀威，等．糯扎渡水电站超高心墙堆石坝关 键施工技术［Ｊ］．水力发电，２０１２，３８（９）：５５—５８． ［３］王柏乐，刘瑛珍，吴鹤鹤．中国土石坝工程建设新进展［Ｊ］．水力 发电，２０１５，３１（１）：６３．６５． 计更趋经济和安全；土石坝散粒体结构所具有的适 应变形能力使其在地震多发、具有深厚覆盖层的西 部地区更具合理性；超大型土石方施工机械制造技 术，进一步提高了土石方施工的机械化水平，从而 ［４］马洪琪，曹克明．超高面板坝的关键技术问题［Ｊ］．中国工程科 学，２００７，９（１１）：４—１０． ［５］马洪琪．糯扎渡高心墙堆石坝坝料特性研究及填筑质量检测方 法和实时监控关键技术［Ｊ］．中国工程科学，２０１１（１２）：９．１４． ［６］马洪琪．大型水电工程建设技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１１． 在工期、造价等方面比其他坝型更具竞争优势；地 基防渗处理技术的突破，使高土石坝在深厚覆盖层、 基岩软弱或存在地质缺陷地区筑坝更具有经济性； 现代通讯技术、信息技术、人工智能技术、ＢＩＭ虚 拟建造技术的发展将使这种具有较强生命力的坝型 ［７］中国水力发电工程学会，中国水电工程顾问集团公司，中国水利 水电建设集团公司．中国水力发电科学技术发展报告（２０１２年 版）［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１３． （责任编辑 陈 萍）
