堆石壩

堆石壩有悠久的歷史。中國公元前 256～前251年修建的四川都江堰水利工程,就是用竹籠裝卵石疊成的。約公元200年,印度南部建成了高韋里河三角洲系統(tǒng)砌石堰工程,用于灌溉。500多年前修建的中國四川高巖頭溢流堆石壩壩高3m，溢流量1000m/s，溢流面是用條石干砌的，至今仍在運用。19世紀(jì)中葉美國在西部的偏遠(yuǎn)礦區(qū)，修建了早期的堆石壩，上游面采用木板防滲。1931年美國建成了高100m的鹽泉堆石壩，防滲體為鋼筋混凝土面板。1934年德國修建了世界第一座高 13m的阿梅克瀝青混凝土斜墻堆石壩。

由于在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，堆石主要采用碼砌或自高處向下拋填，再輔以壓力水沖實的方法施工，對石料的塊徑和強度要求高。拋填的堆石壩，壩的密實度較低，建成后有較大的沉陷，容易造成防滲體破壞而引起類型壩體漏水。因此，在20世紀(jì)50年代以前，世界上修建的堆石壩數(shù)量不多，大于100m的高壩更少。

20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了用定向爆破方法修建堆石壩。中國已建成壩高 82.5m的石砭峪壩。20世紀(jì)60年代以后，隨著重型振動碾等機械的出現(xiàn)，壩體堆石可碾壓到相當(dāng)高的密度，使壩的沉陷量大大減小，對石料也只要求一般的強度，并可將溢洪道、輸水洞開挖出的石料用于填筑壩殼。這就使工程具有投資省、施工速度快和質(zhì)量好等優(yōu)點，從而出現(xiàn)了高堆石壩比重增加的趨勢，壩的高度現(xiàn)已超過200m。1980年墨西哥修建的奇科阿森堆石壩，壩高261m。

鋼筋混凝土面板碾壓堆石壩也是60年代以后發(fā)展起來的，世界上最高的鋼筋混凝土面板堆石壩是巴西1980年建成的高160m的福斯－杜阿雷亞壩。中國湖北省的西北口鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高85m。

按防滲體設(shè)置的部位、施工方法及運用方式，堆石壩的形式主要有以下幾種。

心墻堆石壩：防滲體位于壩軸線處，兩側(cè)為堆石體。防滲體可以為土料、瀝青混凝土、鋼筋混凝土。1978年香港地區(qū)建成的高島（東）瀝青混凝土心墻堆石壩,壩高107m。鋼筋混凝土心墻的受力條件比較復(fù)雜,容易產(chǎn)生裂縫，抗震性能也較差，現(xiàn)已很少采用。 如土心墻的位置稍偏向上游，且其上下游坡都傾向上游時，稱為斜心墻堆石壩。

斜墻(或面板)堆石壩防滲體位于堆石體上游，材料有土料、鋼筋混凝土、瀝青混凝土、木材等。防滲土體可以放在堆石體上游，也可在土斜墻上設(shè)置較厚的堆石層。瑞士1967年建成的馬特馬克壩，高120m，防滲斜墻用礫質(zhì)土填筑，上游坡較陡為1:1.7～1:2.1

鋼筋混凝土斜墻(或面板)堆石壩，壩的上下游坡都接近堆石的自然坡。早期的鋼筋混凝土斜墻壩，在斜墻下部干砌一層片石做墊層，以防止面板出現(xiàn)裂縫漏水。60年代以后發(fā)展的碾壓鋼筋混凝土面板堆石壩。 面板下一般設(shè)置一層墊層料和一層過渡層，靠近面板的墊層料要求滲透系數(shù)為10～10cm/s，當(dāng)面板出現(xiàn)裂縫或止水破壞時，可防止大量漏水。鋼筋混凝土面板可以做成只設(shè)豎向縫或分設(shè)豎向縫和水平縫。瀝青混凝土可采用單層或雙層。1936年阿爾及利亞建成埃爾格里卜瀝青混凝土面板堆石壩，壩高72m。木材做防滲體，現(xiàn)已經(jīng)很少采用。

定向爆破堆石壩：當(dāng)河谷狹窄，山體較厚，岸坡高陡，地質(zhì)條件比較簡單時，在兩岸或一岸的山體中預(yù)挖藥室，放置炸藥，一次或分次爆破，使巖體按照一定的方向拋擲到河谷中，堆積成壩。然后再用一般方法填筑并修整到預(yù)定的斷面和高度，并在上游設(shè)置防滲層。

重力墻式堆石壩　壩上游用混凝土、漿砌石或干砌石筑一重力式墻，下游為堆石體。在干砌石的上游用鋼筋混凝土或瀝青木板防滲。香港地區(qū)壩高 84m的新民壩，四川壩高51m的獅子灘壩均采用這種壩型。

過水堆石壩：于壩頂和下游坡采用鋼筋混凝土或漿砌石等護面，并對壩腳加以防護，以防止水流沖刷基?，F(xiàn)已建成的過水堆石壩的高度和溢流量均不大。

壩體由堆石和防滲體組成，堆石占壩體積的50%以上，經(jīng)拋填或碾壓而成的土石壩。

堆石壩的設(shè)計與土壩設(shè)計基本相似，包括穩(wěn)定分析、滲流計算、 沉陷計算、 壩體細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計等。對于高堆石壩還應(yīng)采用有限元法進行應(yīng)力應(yīng)變計算，以了解壩體的應(yīng)力和變形情況，有無產(chǎn)生拉力和裂縫的區(qū)域。壩體穩(wěn)定計算可根據(jù)壩型采用圓弧法和折線法。當(dāng)兩側(cè)堆石體較厚時，也可用堆石的內(nèi)摩擦角和堆石體坡角的比值直接求出堆石體的穩(wěn)定安全系數(shù)。在地震區(qū)，應(yīng)計入地震荷載。堆石壩的沉陷，當(dāng)采用碼砌或拋填法時，很難用計算確定。根據(jù)經(jīng)驗，用拋填法筑壩，竣工后沉陷量可達壩高的1%～2%。采用振動碾壓方法筑壩，施工完畢后，堆石沉陷量很小。如為土心墻，心墻在固結(jié)時會產(chǎn)生應(yīng)力轉(zhuǎn)移，引起心墻起拱作用，產(chǎn)生水平裂縫如采用鋼筋混凝土面板或瀝青混凝土斜墻,蓄水后在陡岸處易引起面板沉陷量過大,造成止水破壞為防止以上現(xiàn)象，除通過有限元法計算分析外，還應(yīng)從構(gòu)造上采取措施，防止裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)防滲材料，又可分為土質(zhì)防滲體和人工材料防滲體兩類。土質(zhì)防滲體斜墻堆石壩一般指士質(zhì)斜墻堆石壩;人工材料防滲體斜墻堆石壩包括瀝青混凝土斜墻堆石壩、鋼筋混凝士面板堆石壩。通常所說的斜墻堆石壩一般是指土質(zhì)斜墻堆石壩。

斜墻堆石壩是指防滲體置于壩體內(nèi)，上游側(cè)的堆石壩。

本書是一部系統(tǒng)介紹病險堆石壩病害檢測與除險加固新技術(shù)、新方法的*專著。

本書共6章，第1章為概論，介紹了我國堆石壩建設(shè)、檢測和加固技術(shù)現(xiàn)狀及堆石壩主要病害特點等；第2章為堆石壩質(zhì)量和缺陷檢測，介紹了堆石壩滲漏、堆石體密實度、混凝土面板脫空、混凝土防滲墻質(zhì)量缺陷等檢測方法和粗粒料取料與鉆孔可視化技術(shù)；第3章為混凝土面板堆石壩加固，介紹了混凝土面板堆石壩的病害特點、加固措施，對防滲面板加固與脫空處理、墊層料加密處理、水下防滲加固、堆石體變形控制等進行了重點介紹；第4章為瀝青混凝土心墻堆石壩加固，介紹了瀝青混凝土心墻堆石壩的病害特點和加固措施，主要介紹了混凝土防滲墻、控制灌漿技術(shù)對瀝青混凝土心墻壩進行防滲加固；第5章為土質(zhì)心墻堆石壩加固，結(jié)合我國病險土石壩的除險加固，介紹了混凝土防滲墻、高噴灌漿以及土質(zhì)防滲體裂縫處理技術(shù)；第6章為爆破堆石壩加固，根據(jù)我國爆破堆石壩發(fā)展及加固處理現(xiàn)狀，結(jié)合典型工程實例，主要介紹了壩體加固、復(fù)合土工膜及混凝土防滲墻防滲加固在爆破堆石壩中的技術(shù)應(yīng)用。