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第22届国际大坝会议第84专题总结 大坝设计与施工中缩短工期及降低造价的技术途径
    第84专题一共组织了五个主题:导流设计准则与创新、地基处理的创新、非常规断面与新材料、新溢洪道设计与旧溢洪道改进、大坝布置与实施的创新。这五个主题共收到了来自三十四个国家的91篇论文。

    第84专题涉及到的大坝设计与施工的创新和效率,是国际大坝委员会最为关注的问题。如何在大坝设计与施工中寻求既能确保大坝安全,又可以尽量缩短工期、降低工程造价的技术途径,在越来越注重环境保护和追求最大效益的当今社会,显得尤为迫切,该专题的论文针对这一重要问题从以下几方面进行了探讨。


    一、降低造价和创新的基本途径

    设计一座大坝保守的做法往往是遵循通过许多实践建立起来的规程和规范,创新意味着要冒一定的风险或者说要在一定程度上降低标准,但为了尽可能获得最大效益,值得去探索,而这也正是目前大坝工程界尚缺乏的。

    水利水电工程有别于其它工程,涉及因素十分复杂,每一个工程都有其特定的地形地质条件、水力条件、气候条件以及建筑材料,这些条件或因素决定了没有哪一个工程与另一个工程具有相同的建设条件,因而在遵循规程规范和借鉴经验时必需考虑这些因素。

    将理论分析及系统的现场施工与对施工材料特性的深入分析相结合,可以对设计作一些改进,而当今飞速发展的计算机技术能够为建立模拟设计方案的数学模型及相应的计算分析提供强大的支持,从而可实现对结构的优化。但是,数学模型依赖于在数学定律中如何反映材料特性及边界条件,其准确性和精确性目前尚难以把握,因此,提供将如何实施结构的技术要求比提供实施的具体数据更为重要,现场施工工程师的经验和判断仍然是大坝工程界取得创新和改进的基础。

    总之,概念性和基本设计的最初说明、由具备能力的工程师提出的所需时间及资源,包括场地综合勘测程序等,是获得经济效益的首要条件,而工程设计人员与施工承包商在调整和优化设计方案方面的通力合作,是获得经济效益和减少施工程序的重要和有效途径,这也是本专题的文章涉及较多的问题。标书的重点应放在提供安全及实施的要求方面,应避免标书成为指导承包商如何实施结构及如何使用设备的指导性文件。

    二、施工中的河流导流与控制

    导流设施本身的造价、施工导流设施所需的时间以及导流程序和运行时间、由不可预见洪水导致维修或重建导流设施所需的时间和造价是在施工导流方面影响工程造价的三个主要的因素。这三个因素相互关联,关键在于对施工设计洪水的选择。预计的施工期最大洪水是导流程序和导流设施设计的控制因素,而确定预期的施工期最大洪水是一个极其复杂的问题,也是大坝工程界最需要研究的问题。当今大多数工程综合考虑结构类型、施工规划、以及超标准洪水对施工区和下游的潜在危险,采用概率方法选择施工期设计洪水。影响选择洪水值的这些因素往往带有主观性并在很大程度上受局部经验和区域环境条件的限制,在许多国家是由政府制定选择施工期洪水的规范。

    降低工程造价和减少施工时间取决于风险分析,就河流导流而言,至少在理论上可以借助于风险分析,在增加导流设施正常施工造价和降低超标准洪水导致破坏带来的额外投资之间寻找平衡点。
导流程序的确定应综合考虑枢纽总布置、坝型及其附属建筑物的选择等因素,其选择策略对工程造价及施工时间有直接影响。

    三、基础设计及基础处理

    作为大坝的基础应具有足够的支撑能力和防渗能力,而“足够”是灵活的和相对的,不同的坝型和坝高对基础的要求是不一样的,对于混凝土坝需要刚性支撑,而对于堆石坝则没有必要,不同的工程可以接受的渗漏也是不一样的。因此,基础设计和基础处理针对性极强,具有很大的优化空间。

    现场地质勘探成果是进行基础处理设计的依据,对有限的地质勘探成果作深入研究,得出较为准确的分析判断和给出合理的地质力学参数,有利于做出经济合理的基础处理设计方案。不同的坝型对基础特性的要求各不相同,选择适应于基础特性的坝型,一方面易于确保大坝安全,另一方面可以节省大量的基础开挖和基础处理费用。

    建基面的开挖标准、帷幕灌浆、固结灌浆或截水墙的设计是影响基础处理造价的关键,恰当的设计以及根据实际施工情况调整和优化设计方案,可以从中获得巨大的经济效益。

    四、大坝的断面型式及材料

    本专题讨论的碾压混凝土坝、面板堆石坝以及土坝和粘土心墙堆石坝的经济断面选择及筑坝材料的应用属于较常规的设计,而对硬填方坝给予了充分关注。

    五、经济泄洪设施的设计与改进

    泄洪设施的设计洪水、位置选择及布置形式直接影响到工程造价。从安全可靠的角度讲,一个工程的泄洪设施应能渲泄预计的最大洪水,然而由于小洪水的频率比大洪水的频率高,因此设计经济泄洪设施的策略可考虑将其划分为两个部分,一部分宣泄高频率的小洪水,而另一部分可作为宣泄全部洪水的补充。此外,还可以根据可靠的水文资料及分析研究成果,设置非常溢洪道或其它设施分担超标准洪水的宣泄。

    采用曲线型布置可以减少坝身溢洪道的水平长度,依据场地条件和洪水大小调整其曲率,使泄流顺畅归槽。解决溢洪道超宽问题或尽量减少溢洪道宽度的另一种方法是采用锯齿型溢流堰。此外,采用泄洪设施与导流设施相结合、以及过水堆石坝等也是设计经济型泄洪设施的较好途径。

    总之84专题大部分论文的内容比较常规,但以下两个问题值得研究:

    (1)对称硬填方坝自法国人Londe在15年前提出,最近发展有加速之势。据本次大会介绍,已建的最大坝高达100米,其经济效益显著,希望我国在这方面加强研究,并适时在工程实践中推广。

    (2)锯齿型溢流堰在溢流前沿受限时,或在解决蓄水能力与淹没损失矛盾有困难时,是很好的解决方案。据本次大会介绍,目前的过流能力已经达到单宽60-100立方米/每秒。


由中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院
邹丽春副院长和雷维丽副主任供稿


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