堆石壩

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正文

主體用石料填築，配以防滲體建成的壩。它是土石壩的一種。這種壩的優點是可充分利用當地天然材料，能適應不同的地質條件，施工方法比較簡便，抗震性能好等。其不足是一般需在壩外設定施工導流和泄洪建築物。
沿革　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砌石堰工程,用於灌溉。500多年前修建的中國四川高岩頭溢流堆石壩壩高3m，溢流量1000m3/s，溢流面是用條石乾砌的，至今仍在運用。19世紀中葉美國在西部的偏遠礦區，修建了早期的堆石壩，上游面採用木板防滲。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牆堆石壩。
由於在相當長的一段時間內，堆石主要採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，建成後有較大的沉陷，容易造成防滲體破壞而引起壩體漏水。因此，在20世紀50年代以前，世界上修建的堆石壩數量不多，大於100m的高壩更少。
20世紀50年代出現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60年代以後，隨著重型振動碾等機械的出現，壩體堆石可碾壓到相當高的密度，使壩的沉陷量大大減小，對石料也只要求一般的強度，並可將溢洪道、輸水洞開挖出的石料用於填築壩殼。這就使工程具有投資省、施工速度快和質量好等優點，從而出現了高堆石壩比重增加的趨勢，壩的高度現已超過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年代以後發展起來的，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。
類型　按防滲體設定的部位、施工方法及運用方式，堆石壩的形式主要有以下五種。
心牆堆石壩　防滲體位於壩軸線處，兩側為堆石體。防滲體可以為土料（圖1）、瀝青混凝土（圖2）和鋼筋混凝土等。1978年香港地區建成的高島（東）瀝青混凝土心牆堆石壩,壩高107m。鋼筋混凝土心牆的受力條件比較複雜,容易產生裂縫，抗震性能也較差，現已很少採用。如土心牆的位置稍偏向上游，且其上下游坡都傾向上游時，稱為斜心牆堆石壩（圖3）。

堆石壩

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斜牆(或面板)堆石壩　防滲體位於堆石體上游，材料有土料(圖4)、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，也可在土斜牆上設定較厚的堆石層。瑞士1967年建成的馬特馬克壩，高120m，防滲斜牆用礫質土填築，上游坡較陡為1:1.7～1:2.1。鋼筋混凝土斜牆(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牆壩，在斜牆下部乾砌一層片石做墊層，以防止面板出現裂縫漏水。60年代以後發展的碾壓鋼筋混凝土面板堆石壩（圖5）,在面板下一般設定一層墊層料和一層過渡層，靠近面板的墊層料要求滲透係數為10-2～10-4cm/s，當面板出現裂縫或止水破壞時，可防止大量漏水。鋼筋混凝土面板可以做成只設豎向縫或分設豎向縫和水平縫。瀝青混凝土可採用單層或雙層。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，現在已經很少採用。

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定向爆破堆石壩　當河谷狹窄，山體較厚，岸坡高陡，地質條件比較簡單時，在兩岸或一岸的山體中預挖藥室，放置炸藥，一次或分次爆破，使岩體按照一定的方向拋擲到河谷中，堆積成壩。然後再用一般方法填築並修整到預定的斷面和高度，並在上游設定防滲層。
重力牆式堆石壩　壩上游用混凝土、漿砌石或乾砌石築一重力式牆，下游為堆石體。在乾砌石的上游用鋼筋混凝土或瀝青木板防滲。香港地區壩高 84m的新民壩，四川壩高51m的獅子灘壩（圖6），均採用這種壩型。
過水堆石壩　於壩頂和下游坡採用鋼筋混凝土或漿砌石等護面，並對壩腳加以防護，以防止水流沖刷基礎和壩體（圖7）。現已建成的過水堆石壩的高度和溢流量均不大。

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設計要點　堆石壩的設計與土壩設計基本相似，包括穩定分析、滲流計算、 沉陷計算、 壩體細部結構設計等。對於高堆石壩還應採用有限元法進行應力應變計算，以了解壩體的應力和變形情況，有無產生拉力和裂縫的區域。壩體穩定計算可根據壩型採用圓弧法和折線法。當兩側堆石體較厚時，也可用堆石的內摩擦角和堆石體坡角的比值直接求出堆石體的穩定安全係數。在地震區，應計入地震荷載。堆石壩的沉陷，當採用碼砌或拋填法時，很難用計算確定。根據經驗，用拋填法築壩，竣工後沉陷量可達壩高的1％～2％。採用振動碾壓方法築壩，施工完畢後，堆石沉陷量很小。如為土心牆，心牆在固結時會產生應力轉移，引起心牆起拱作用，產生水平裂縫。如採用鋼筋混凝土面板或瀝青混凝土斜牆,蓄水後在陡岸處易引起面板沉陷量過大,造成止水破壞。為防止以上現象，除通過有限元法計算分析外，還應從構造上採取措施，防止裂縫的產生。
參考書目
　電力工業部東北勘測設計院陳明致、浙江省水利廳金來鋆：《堆石壩設計》，水利出版社，北京，1982。

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