复合型大坝技术在非洲国家应用的研究

袁文娟

摘要：我国大坝建设在近50年内得到了飞跃发展，技术成熟，成就斐然。目前，正值国外发展中国家建坝方兴未艾之际，在国家 “一带一路”政策的东风下，是我国水电企业走出去的大好时机。非洲地区水电开发率极低，电力也严重不足，水电建设有着广阔的前景，在非洲兴建水电站对当地社会影响巨大。鉴于非洲地区经济落后，很多水电项目由于资金问题而搁置，复合型大坝可以从一定程度上体现成本和功能的优势组合，在非洲国家会有很大的应用潜力。

关键词：复合型大坝;非洲国家;水电站

引言

传统大坝设计主要采用单一坝型，以混凝土结构居多，混凝土结构大坝可实现较大功能，寿命较长，但工程成本相对比较高;土石型大坝，工程成本低，但应用及功能也相对较弱。普遍较少采用两种坝型或更多坝型混合形成复合型大坝，加强复合型大坝技术在非洲国家的推广及应用，顺应了非洲地区经济落后和水电开发急需发展的现状，具有较大的意义。

1研究背景

文章研究内容开展，基于尼日利亚宗格鲁水电站项目复合型大坝工程为对象。尼日利亚宗格鲁水电站是尼日利亚现有的最大型水电站，所在地土地私有制、征地困难，未发现有足够用于筑坝的粘土料，需研究采用碾压式沥青混凝土作为心墙防渗，在尼日利亚属首例。同时因为工程附近可供选择的石料仅有千枚岩和花岗岩，相比之下不得不采用酸性骨料花岗岩。在该国常年高温条件下，采用进口沥青和当地酸性骨料进行水工沥青混凝土生产，以及碾压式混凝土大坝与沥青心墙坝接头处理、材料的组合、配合比的设计，都直接影响到大坝的质量及安全，这些都成为当时项目开展面临的重要问题。

依据当地的自然资源条件，开展复合型大坝综合技术研究，包括水工沥青混凝土配合比、千枚岩用于堆石坝坝壳料、沥青混凝土心墙与碾压混凝土大坝接头设计与施工等关键技術研究，确保沥青心墙坝与碾压混凝土坝接头安全、确保工程整个施工质量，对本工程实践有直接指导作用，同时所获得研究成果可为以后非洲国家类似工程的设计和建设提供参考。

2现状分析

（1）碾压式酸性骨料水工沥青混凝土配合比;

水工碾压式沥青混凝土宜采用碱性骨料。随着沥青混凝土心墙坝在国内外的发展，酸性骨料和中性骨料在通过充分的试验论证后也逐步采用。

（2）千枚岩用于堆石坝坝壳料技术;

堆石坝对坝壳料的要求一般为坚硬、抗风化抗侵蚀、排水性好，一般根据坝型坝高因地制宜的选取。

70年代中后期，土石坝坝壳用料范围已有较大发展，岩性已涉及到砂岩、泥质粉砂岩、灰岩、白云岩、中酸性混染岩（花岗岩、闪长岩、辉绿岩混染）、玄武岩、石英正长岩、砂质页岩、砂卵石等诸多品种，岩石强度涉及软岩、硬岩不同等级。

（3）沥青混凝土心墙与碾压混凝土大坝接头设计与施工技术;

使用沥青混凝土作为坝体防渗心墙在国外起步较早，已经经历了半个多世纪，但尤其在非洲国家应用的并不多。

3针对复合型大坝技术，其主要关键技术研究路线如下：

3.1针对酸性骨料水工沥青混凝土配合比试验，其主要关键技术研究路线如下：

（1）获取骨料本身的物理力学性能。

（2）通过生产获取符合规范级配的骨料。

（3）通过多种配合比试验，包括沥青含量变化、是否添加抗剥落剂、更换填料等方式获取最优配合比。

3.2针对千枚岩用于堆石坝坝壳料技术，其主要关键技术研究路线如下：

（1）对千枚岩本身进行试验，如抗压强度、磨耗值、干湿循环试验等。

（2）选取不同风化程度，主要为弱风化和微风化的千枚岩进行碾压工艺试验，对比试验结果，选定何种千枚岩用于实践。

（3）将所选千枚岩用作实践，同时持续观察和监测大坝情况。

3.3针对沥青混凝土心墙与碾压混凝土大坝接头设计与施工技术，其主要关键技术研究路线如下：

（1）依托设计院和国内高校，进行仿真分析，确定接头设计。

（2）通过现场碾压试验获得试验数据，调整施工方案，不断优化，获得满足要求的施工方案，确保接头安全。

（3）通过后期大坝观测，纠偏之前研究结果。

3.4所要解决的关键问题分析

（1）通过对花岗岩酸性骨料用作碾压式沥青混凝土心墙的试验，为工程提供可用配合比，为后续其他采用酸性骨料用作防渗沥青混凝土提供借鉴。

（2）通过对千枚岩本身的试验以及作为坝壳料的碾压工艺试验，确定可用作坝壳料的千枚岩的各种参数要求，对后续千枚岩作为坝壳料的大坝提供依据，也为类似千枚岩岩性的相关材料筑坝提供指导。

（3）针对碾压混凝土重力坝和沥青混凝土心墙堆石坝的复合坝型，通过研究超过70m的接头设计，实现工程接头设计安全，为后续类似项目提供实践依据。

（4）根据进口沥青、不同填料的组合配合比研究，通过比较确定更为经济、又能保证质量的沥青混凝土配合比，为工程节约成本。

（5）通过对复合坝施工技术、质量控制措施进行研究，使项目施工组织、资源配置更加合理、经济，工程质量优良。

3.5最终成果分析

（1）通过实践，形成适合非洲地域或相似环境下的碾压式水工沥青混凝土心墙施工工法;

（2）获取酸性骨料用作碾压式水工沥青混凝土心墙配合比的成果;

（3）通过工程实践获得千枚岩用作堆石料的专项施工方案和质量控制方法。

3.6优点和积极效果分析

（1）酸性骨料用于碾压式水工沥青混凝土提供科学论证，充分利用现有资源，节约成本;

（2）千枚岩用于坝壳料，拓展筑坝材料选取范围，通过因地制宜、开挖料利用节约项目成本;

（3）弥补沥青混凝土大坝与混凝土大坝接头的研究空白，将复合型大坝的接头研究提高到70m以上;

（4）通过复合坝型施工的质量控制，形成一整套复合坝型施工的质量控制标准，为后续类似施工提供依据。

结语：

基于尼日利亚宗格鲁水电站复合型大坝工程为研究对象，开展复合型大坝综合技术研究，包括沥青混凝土心墙与碾压混凝土大坝接头设计与施工技术、千枚岩用于堆石坝坝壳料技术、碾压式酸性骨料水工沥青混凝土配合比等关键技术研究，确保沥青心墙坝与碾压混凝土坝接头施工质量，对中国水电在类似本工程的非洲大环境中，水电项目的应用及发展有着指引作用。。

参考文献

[1]隔河岩水利枢纽—中国首座上重下拱复合型大坝[J].河北利，2018（8）：22.