水布垭超高面板堆石坝工程筑坝关键技术及应用

  • 获奖名称: 水布垭超高面板堆石坝工程筑坝关键技术及应用
  • 获奖等级: 二等奖
  • 获奖类别: 国家科学技术进步奖
  • 授奖单位: 国务院
  • 完成单位: 湖北清江水电开发有限责任公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司、长江水利委员会长江科学院、中国葛洲坝集团股份有限公司、清华大学、水电水利规划设计总院、三峡大学
  • 获奖年度: 2010
  • 获奖人员: 杨启贵、孙役、刘宁、李昌彩、熊泽斌、贾金生、程展林、钮新强、孙贵平、周厚贵
  • 成果简介:项目背景情况 混凝土面板堆石坝（简称面板坝）由堆石体和混凝土面板组成。由厚度仅1m 量级的混凝土薄板及板间止水共同防渗。但堆石体在荷载作用下变形较大，而面板与止水结构适应变形能力较小，世界上因变形过大引起面板破裂，导致大坝不能正常运行的现象时有出现。坝体变形控制及防渗系统的安全是面板坝的关键难题。 面板坝因具有环保、经济等优势，在我国得到重点推广。水布垭大坝1993 年开始论证时，当时世界上最高面板坝只有187 m，按传统的筑坝技术，坝高233m 的水布垭大坝沉降将达5 m 以上。面板坝坝高能否一次性提升近50 m，是世界性难题，为此，水布垭筑坝关键技术被列入国家"九五"科技攻关。在长达14 年的论证与工程建设中，全国20 余家单位通过多种方式合作研究与实践，形成了系统的超高面板坝筑坝技术，从根本上改变了面板坝建设作为一种"纯经验坝"的现状。 主要技术创新 （1）在理论研究方面，揭示了高应力下堆石体的变形机理、提出了超高面板坝变形预测方法。①研制了一系列堆石料试验设备，对填料进行了系统试验研究，论证了高应力下堆石料的应力应变关系无明显劣化；并采用CT 三轴试验结合DDA 数值模拟进行堆石料组构研究，揭示了堆石料变形机理；②建立了高应力条件下的堆石体流变模型，采用三维子模型数值分析方法，揭示了超高面板坝的变形性态和时空分布规律，提出了超高面板坝变形预测方法。 （2）在工程设计方面，提出了由传统的坝体变形控制为主转为坝体变形控制与防渗体适应变形并重的设计新理念。①提出超高面板坝坝体分区与坝料设计原则；②创立了系统的坝体时空变形控制技术；③提出止水以表层为主新理念，创建了适应超高面板坝大变形的防渗结构新体系。 （3）在施工技术方面，创建了全套超高面板坝施工技术，自主研制了GPS 高精度实时质量监控系统，实现坝体碾压施工质量监测"实时、远程、自动"。 （4）在安全监测技术方面，研发了大尺度安全监测关键仪器设备。①研制了500m 级超长水平垂直位移计；②发明了光纤陀螺仪面板挠度及坝体变形位移监测系统；③研制了周边缝渗漏光栅测温系统。 推广应用情况 水布垭是世界上已建、在建最高的面板坝，于2006年10月开始挡水。3 年运行监测资料表明，大坝最大沉降仅2.49m，最大渗漏量仅46L/s，大坝结构安全，运行状态良好。水布垭工程获中国土木工程詹天佑奖；筑坝技术获湖北省科技进步特等奖1 项、省部级一等奖3 项；已出版专著2 部，取得发明专利5 项、实用新型专利14 项；为2部行业标准、3 项国家级施工工法编制提供了支撑。水布垭大坝被国际大坝委员会授予“面板坝里程碑工程奖”，成为中国面板坝建设领先世界各国的标志性工程。 水布垭采用面板坝，与心墙坝方案相比，已产生直接经济效益20.6 亿元；水布垭水电站每年的发电量相当于每年减少142 万吨燃煤消耗，节能减排效果十分显著；随着我国西部大开发战略实施和降碳减排力度加大，一批水电高坝将在西部建设，水布垭工程的成功，将使这一环保、经济的坝型得到进一步的推广应用，具有显著的社会与经济价值。