超高心墙堆石坝关键技术及应用

主要完成单位：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司、华能澜沧江水电有限公司、清华大学、河海大学、大连理工大学、中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院

主要完成人： 张宗亮，马洪琪，艾永平，袁友仁，张丙印，陈祖煜，迟世春，冯业林，速宝玉，李国英

一、成果简介

糯扎渡心墙堆石坝，最大坝高261.5m，为国内已建最高（世界第三）土石坝，比已建的小浪底高100m。电站装机容量585万kW，多年平均发电量239亿度，总库容237亿m3，总投资611亿元，是“西电东送”的骨干项目。

本成果依托糯扎渡特高心墙堆石坝，针对天然防渗土料黏粒含量和含水率偏高不同时满足特高坝渗透和变形要求、规范和坝料本构模型与分析方法不适用特高坝、常规施工方法难以保障工程质量等难题开展系统研究。建立了300m级特高心墙堆石坝设计技术体系，设计建成糯扎渡大坝，使我国心墙坝坝高提升100m，为后续300m级特高坝建设奠定技术基础。

二、主要指标(或创新点)

1.首次研发了天然土料掺级配碎石人工改性成套技术。一是提出了天然土料掺级配碎石人工改性方法，经3000多组室内试验和6项大型现场试验得到科学掺砾量为30%~40%，压缩模量增加约1倍、渗透性基本不变，解决了防渗心墙既要满足渗透稳定又要满足变形控制的难题；二是研发了人工掺砾施工工艺成套技术，保证掺砾均匀性和施工质量；三是提出了粗细料相关联的三点快速击实质量控制方法，大幅提高检测精度和效率。突破了特高坝防渗心墙渗透稳定和变形控制的技术瓶颈。

2.建立了特高心墙坝设计和安全评价技术体系。一是建立了特高心墙坝设计技术体系，论证防渗结构型式和坝体精细化分区，首次在上游坝体利用478万m3含软岩开挖料，拓宽了规范适用范围，主编《碾压式土石坝设计规范》；二是提出全生命周期综合安全评价指标，研发了智能监控与安全评价平台。解决了规范适用性和安全控制标准的难题。

3.发展了心墙堆石坝坝料本构模型和水力劈裂及裂缝计算分析方法。一是提出堆石料修正Rowe剪胀方程，发展了双屈服面模型，基本解决坝体变形分析“低坝算大、高坝算小”的难题；二是揭示了渗水弱面是水力劈裂发生的重要条件，提出基于有限元-无单元耦合算法，解决了水力劈裂和张拉裂缝发展过程模拟难题。攻克了特高坝渗流和变形特性分析与评价的难题。

4.联合研发了施工质量监控与数字大坝信息系统，实现了填筑碾压全过程精细化实时在线监控，确保大坝施工质量，开创我国水利水电工程数字化建设先河。

三、社会经济效益、应用推广方式和领域

成果成功应用于糯扎渡大坝，成功运行10年，大坝渗漏量仅15L/s，为国内外同类工程最小，坝顶最大沉降仅1.1m，被谭靖夷院士誉为“无瑕疵工程”，是实现我国从跟跑到超越的标志性工程。在两河口（295m）、双江口（314m）、如美（315m）等推广应用。

依托糯扎渡完成的“超高心墙堆石坝关键技术及应用”“重大水利水电工程施工实时控制关键技术及其工程应用”“高坝泄洪消能防护和雾化安全技术与应用”研究成果均获国家科技进步二等奖；工程获FIDIC工程项目优秀奖、中国土木工程詹天佑奖，国际大坝委员会授予堆石坝国际里程碑工程奖。

四、成果图片