大國(guó)工程 國(guó)之優(yōu)材 | 滿坪水庫(kù)的設(shè)計(jì)：改善民生 低碳先行

目前，堆石混凝土技術(shù)已在200余座工程上應(yīng)用，構(gòu)建了完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。滿坪水庫(kù)海拔高，且第一次采用堆石混凝土筑壩技術(shù)，沒有經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在施工前后都開展了哪些工作？導(dǎo)流設(shè)計(jì)有哪些優(yōu)勢(shì)？采用堆石混凝土筑壩技術(shù)的先決條件和優(yōu)勢(shì)是什么？水庫(kù)建成可以從哪些方面改善民生？對(duì)此，記者采訪了青海省水利水電勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師焦萬明。

問：滿坪水庫(kù)作為青藏高原上第一座堆石混凝土重力壩，壩高77米，庫(kù)區(qū)海拔2500～2600米，壩軸線長(zhǎng)139.5米，建設(shè)難度大。請(qǐng)問您在水庫(kù)設(shè)計(jì)前都做了哪些準(zhǔn)備？

焦萬明：在水庫(kù)設(shè)計(jì)前我們對(duì)國(guó)內(nèi)壩高50～100m級(jí)的重力壩筑壩技術(shù)和材料進(jìn)行了深入研究和對(duì)比，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，堆石混凝土作為新型的筑壩技術(shù)，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到滿坪水庫(kù)設(shè)計(jì)當(dāng)中。隨后我們與清華大學(xué)合作，采用清華大學(xué)的高自密實(shí)混凝土專利技術(shù)，根據(jù)滿坪水庫(kù)的地形、地質(zhì)、天然建筑材料、壩高等特性，展開了自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)、堆石混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)，并進(jìn)行了采用堆石混凝土作為筑壩材料的專題論證。在得到堆石混凝土準(zhǔn)確的物理力學(xué)參數(shù)和大壩安全計(jì)算成果后，項(xiàng)目確定了采用堆石混凝土作為滿坪水庫(kù)筑壩材料的設(shè)計(jì)思路。

問：滿坪水庫(kù)工程的主要建筑物由非溢流壩、溢流壩、放水管和導(dǎo)流底孔四大部分組成。其中導(dǎo)流底孔斷面為2m×2.5m的矩形，請(qǐng)問為什么會(huì)這樣設(shè)計(jì)呢？導(dǎo)流底孔的主要作用是什么？工程采用分期導(dǎo)流方式，一期導(dǎo)流在枯水期，二期導(dǎo)流采用底孔導(dǎo)流，請(qǐng)問這樣設(shè)計(jì)有什么好處嗎？

焦萬明：因?yàn)榛炷翂尾煌谕潦瘔?，有其自身的工程布置特點(diǎn)和要求，可將水庫(kù)工程的擋水、泄水、放水等建筑物集于一身集中布置。利用壩體預(yù)留的孔洞進(jìn)行施工導(dǎo)流，可使工程布局更為緊湊，避免因分散布置導(dǎo)流建筑物而增加工程投資和對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。

導(dǎo)流底孔的斷面尺寸是根據(jù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和流量通過水力計(jì)算確定的。導(dǎo)流底孔的主要作用是將施工期河道來水通過專用通道引向下游河道，保證大壩施工不受河水影響，為大壩的基坑開挖和混凝土澆筑提供條件，同時(shí)也保證施工期壩址下游生產(chǎn)生活用水和河道生態(tài)用水。

該工程采用了分期導(dǎo)流：一期在枯水期導(dǎo)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)為五年一遇枯水期洪水，采用埋設(shè)鋼管來導(dǎo)流；二期全年導(dǎo)流，洪水標(biāo)準(zhǔn)十年一遇的全年洪水，采用壩身導(dǎo)流底孔來導(dǎo)流。

這種導(dǎo)流布置方式是根據(jù)河道來水量、地形條件、施工條件、工程投資等方面綜合考慮設(shè)計(jì)的。首先，滿坪水庫(kù)河道在非汛期來水量較小，河道狹窄，壩基開挖工程量小，工期短，可在一個(gè)非汛期內(nèi)基本完成，非汛期內(nèi)可通過埋設(shè)鋼管來導(dǎo)流，加之混凝土重力壩的壩體在采取一定的安全措施后可以臨時(shí)過流，其導(dǎo)流度汛的風(fēng)險(xiǎn)較土石壩低，所造成的影響較小。第二，在大壩澆筑導(dǎo)流底孔形成之前，施工時(shí)在主河床壩段預(yù)留泄水缺口，若工程遭遇超標(biāo)洪水可利用預(yù)留缺口泄洪。當(dāng)導(dǎo)流底孔形成后，大壩可以擋水，底孔泄洪，這樣的設(shè)計(jì)可減小導(dǎo)流建筑物的工程量，并降低洪水對(duì)施工的影響和度汛風(fēng)險(xiǎn)。最后，混凝土壩在施工導(dǎo)流方面有其自身的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)中就應(yīng)充分利用壩體孔洞導(dǎo)流，從而減小工程投資。若單獨(dú)布置一條岸邊導(dǎo)流隧洞將會(huì)大大增加工程投資，非常不經(jīng)濟(jì)。

因此，滿坪水庫(kù)在工程導(dǎo)流方面的設(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮了混凝土重力壩自身的優(yōu)勢(shì)，減小了汛期度汛的風(fēng)險(xiǎn)和洪水對(duì)施工的影響，大大減少了工程的投資。

問：大部分水庫(kù)大壩都是左右對(duì)稱的，但滿坪水庫(kù)不是，這是為什么呢？

焦萬明：水庫(kù)大壩的對(duì)稱與否主要是由壩址處的地形決定的，基礎(chǔ)開挖形狀由地質(zhì)條件決定。滿坪水庫(kù)的大壩位于河道的出山口，此處河勢(shì)呈彎曲狀，各建筑物以實(shí)際地形和河道走勢(shì)布置，對(duì)泄水建筑物（溢流壩和泄水底孔）的布置應(yīng)優(yōu)先考慮，其出口應(yīng)位于主河床，且出口水流方向不應(yīng)對(duì)壩下游兩岸山體和其他建筑物造成沖刷。因此從外觀來看，滿坪水庫(kù)的大壩左右不完全對(duì)稱，這是完全合理的。

問：滿坪水庫(kù)在筑壩技術(shù)上選擇了應(yīng)用堆石混凝土技術(shù)，請(qǐng)問這是基于哪些因素決定使用這項(xiàng)技術(shù)的？

焦萬明：第一，堆石混凝土與傳統(tǒng)的砌石相比，其安全性更高，可從根本上保障工程的安全和質(zhì)量。第二，堆石混凝土壩可以充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊唤ㄖ牧?，其工程造價(jià)與砌石壩相當(dāng)，比普通混凝土更低，可大大節(jié)省工程投資。第三，砌石壩和堆石混凝土壩都用塊石，但是砌石壩施工主要靠人工，而堆石混凝土壩利用機(jī)械化施工，施工更為便捷、快速，也利于控制施工質(zhì)量。第四，與常規(guī)混凝土壩相比，堆石混凝土壩由于大量塊石的使用減少了混凝土中水泥的用量，降低了水化熱，大大簡(jiǎn)化了大體積混凝土澆筑過程中的溫度控制措施和工藝，不但節(jié)省成本，也更加低碳環(huán)保。第五，為了在青藏高原高海拔地區(qū)推廣堆石混凝土筑壩技術(shù)，積累設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，尤其是應(yīng)用于高壩（壩高大于70米）。所以在滿坪水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)最終采用了堆石混凝土筑壩。

問：滿坪水庫(kù)的建成對(duì)當(dāng)?shù)孛裆鷰砹四男┯绊懀?/strong>

焦萬明：滿坪水庫(kù)的工程任務(wù)以供水和灌溉為主，水庫(kù)建設(shè)的主要任務(wù)是解決當(dāng)?shù)?.5萬人口和4.8萬頭牲畜的飲水問題，提高供水保證率，改善當(dāng)?shù)厝罕姷纳钯|(zhì)量；同時(shí)水庫(kù)建成后還將解決當(dāng)?shù)?100畝耕地的灌溉用水，提高耕地產(chǎn)量，增加當(dāng)?shù)匕傩盏慕?jīng)濟(jì)收入，更好助力鄉(xiāng)村振興。