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我國水電大壩發展曆程 四個階段

2013-05-08新聞來源:中國能源報

 人們常說的大壩一般指河床上的擋水建築物,主要用來攔截江河,形成水庫或壅高水位,為發電、防洪、灌溉、供水、航運等提供條件。擋水建築物是水電工程樞紐建築物的重中之重,對上下遊沿岸人民生命財產安全至關重要。

  早期人們多以土石材料築壩,19世紀後期隨著水泥生產工藝的成熟和質量的提高,混凝土越來越多地用來築壩。19世紀中葉以前人們多憑經驗建壩,隨著科學技術的發展,國際築壩技術的日新月異,大壩家族也日益枝繁葉茂。

  大壩類型繁多,分類沒有統一模式,可按不同的方式進行分類:按工作性態,可分為剛性壩、柔性壩和半剛半柔壩三大類;按築壩材料,可分為混凝土壩、漿砌石壩、土壩、堆石壩等;按受力方式,可分為重力壩、拱型重力壩、重力拱壩、拱壩、支墩壩、均質壩、麵板壩、心牆壩、重力牆堆石壩等;按防滲形式,可分為混凝土防滲、瀝青混凝土防滲、土防滲、土工膜防滲、橡膠防滲、鋼板防滲等;按結構形式,可分為整體式、寬縫式、空腹式等重力壩,單曲、雙曲等拱壩,連拱、大頭、平板等支墩壩,均質、分區等土壩,土質、混凝土、瀝青混凝土、土工膜、鋼板等心牆堆石壩,混凝土、瀝青混凝土、土工膜、噴混凝土等麵板堆石壩,還有橡膠壩等;按壩身是否過水,可分為溢流壩、非溢流壩;按施工工藝,可分為澆築混凝土壩、碾壓混凝土壩、砌石壩、水力衝填式土石壩、拋填式土石壩、定向爆破土石壩、碾壓式土石壩等。此外,還有土——混凝土組成的混合壩,以及近年新興的溶合混凝土壩、膠凝砂礫石壩和堆石混凝土壩等。

  我國的大壩建設起步較晚,築壩技術發展可大致分為四個階段,即艱難起步階段(新中國建立之前)、自主創業階段(新中國建立—改革開放前)、借鑒學習階段(改革開放後—新世紀初)、突破發展階段(新世紀以來)。據統計,截至2011年,中國約有87000座大壩,約占世界的一半,其中200米以上的超級高壩多在2000年後建成。經過數十年發展,我國在大壩數量、類型、壩高和築壩技術上均有了突飛猛進的發展,重力壩、拱壩和土石壩等多種壩型都有了很大發展,新材料、新結構也在壩工建設中得到了發展和應用。在不斷研究和實踐中,人們總結出控製大壩安全的主要因素,如抗滑穩定、抗滲穩定、應力穩定、變形穩定和耐久穩定等,壩型不同,穩定控製的重點也不同,目前已形成了相應規範體係,為大壩安全保駕護航。

  混凝土重力壩依靠結構自身重量維持穩定,對地形地質條件的適應性較好,便於布置泄水和引水設施,結構受力明確,安全可靠度高,在我國水利水電工程中得到了廣泛應用,舉世聞名的長江三峽大壩即采用此壩型。20世紀末,我國重力壩壩高由150米級跨入200米級;碾壓混凝土重力壩技術也得到大力發展,先後建成了世界上最高的龍灘和光照碾壓混凝土重力壩。重力壩由於材料強度不能充分發揮,壩體斷麵尺寸較大,相應水泥用量多,外來材料運輸量大,且溫度控製難度大,工程投資較高,製約了超高重力壩的大規模發展。

  混凝土拱壩以結構合理、體型優美和超載能力強而著稱,壩身還可泄水,常修建在地質條件較好的狹窄河穀中。相對於重力壩,拱壩的經濟優勢較為明顯,相同條件下拱壩體積約為重力壩的1/1.5—1/5。我國2009年建成的小灣拱壩高295米,在建的錦屏一級拱壩高305米,均為同類壩世界最高。隨著技術的發展,拱壩不僅在體型設計上日新月異,在築壩材料上也不斷創新,碾壓混凝土拱壩即是一種競爭力較強的壩型。我國已建最高的碾壓混凝土拱壩是大化水壩,壩高135米;在建最高的是萬家口子壩,高167.5米。拱壩對地質條件要求高,勘察工作量較大、周期較長,複雜地質條件下的拱座和邊坡處理工程量大,高拱壩溫控與防裂要求高,施工期壩體應力控製複雜,這些問題一定程度限製了高拱壩的選型。

  土心牆堆石壩以土心牆作為防滲體,對地形地質條件適應性非常強,尤其是對於河床覆蓋層深厚、設計地震烈度高等不利自然條件,是一種安全和經濟的選擇。我國土心牆堆石壩建設起步相對較晚,但發展非常迅速,目前已建成壩高261.5米的糯紮渡大壩,擬建的雙江口壩高314米,建成後將成為世界最高土心牆堆石壩。但土心牆堆石壩的體積較大,心牆料開采占用土地較多,土料施工受氣候影響較大。

  混凝土麵板堆石壩以其上遊麵的鋼筋混凝土麵板作為防滲體,該壩型以適應性好、工程量省和施工快而深受壩工界青睞。1985年,我國開始建設首座混凝土麵板堆石壩,隨後該壩型得到快速發展,建成了一批200米級高壩,包括世界最高的麵板堆石壩——高233米的水布埡壩。受試驗手段的限製,堆石填築料的力學性能很難通過室內試驗準確把握,壩體變形預測仍是超高堆石壩的技術難題,尚待深入研究。

  隨著社會和經濟的不斷發展,人們對安全、環保和效率等都提出了更高的要求,有些壩型被逐漸淘汰,譬如寬縫式和空腹式重力壩,支墩壩,重力牆堆石壩,水力衝填式、拋填式和定向爆破土石壩,鋼板防滲壩等。而一些新壩型如碾壓混凝土壩、碾壓式堆石壩、膠凝砂礫石壩和堆石混凝土壩等,則展露出蓬勃生機,不斷壯大和繁榮著大壩家族。

  經過數十年的發展,我國大壩建設取得了豐碩成果,在充分保障安全性的前提下,築壩技術已達到或正在向300米級高拱壩、300米級高土心牆堆石壩,300米級高麵板堆石壩、250米級高碾壓混凝土重力壩、深厚覆蓋層上250米級高土石壩、150米級高碾壓混凝土拱壩等方向發展。

  (水電顧問集團 王富強/供稿)