1.2 碾壓式土石壩的發展歷程

土石壩是一種最古老的壩型，在我國有著悠久的建造歷史，但用近現代施工方法技術筑壩則基本起步于20世紀50年代。60多年來，我國修建了數以萬計的土壩、土石壩（見表1-1）。這一時期，我國土石壩施工技術的發展，主要以振動碾壓壩料技術的應用、巖土力學理論和試驗技術的發展、施工機械化水平的不斷提高和筑壩高度的提升為重要標志，大致可以分為以下幾個階段。

1.2.1 近代施工技術初期建設階段（1950—1970）

從20世紀50年代治理淮河工程開始，在七八年時間里，先后修建了一大批土壩，壩高一般都在50m以下，壩型絕大多數為均質土壩或土質心墻砂礫壩，地基處理主要采用黏土截水槽或上游鋪蓋方案，施工時僅僅使用了一些數量很少的小機車、手推車、卷揚機、拖拉機、簡易索道等施工機械，主要采用的是人海戰術施工方法，壩料壓實大多采用原始夯具和碾具；基本上依靠人力配合少量輕型機械施工。受施工機械的限制，這一時期堆石壩的施工技術沒有得到應有的發展。獅子灘壩是拋填式堆石的一個實例。1958年，各地建壩數量直線上升，壩型以均質土壩、土質心墻或斜墻砂礫石壩為主，施工方法除碾壓式以外，也發展了一些需用機械設備較少的、適宜于群眾筑壩的水力沖填、水中填土、定向爆破等筑壩技術，成功地修建了一批中小型土石壩。1958年，青島試用成功了柱列式混凝土防滲墻技術；1959年，北京試用成功了槽段式混凝土防滲墻技術，二者對于土石壩深厚砂礫層地基防滲處理是一大突破。這一段時間有代表性的碾壓土石壩是松濤均質土壩（壩高80.1m，1970年建成）、岳城均質土壩（壩高53m，1964年建成）、毛家村心墻砂礫壩（壩高82.5m，1971年建成）、密云白河斜墻砂礫壩（壩高66m，1961年建成）、碧口心墻土石壩（壩高101.8m，1976年建成）等。定向爆破堆石壩的代表有南水北調工程、石砭峪工程、已衣工程等。這一段時間也有拋填堆石壩建成。70年代初期，瀝青混凝土心墻壩、面板壩的建設在我國開始起步。由于施工技術的原因，心墻防滲體多為澆筑式瀝青混凝土，也有幾座瀝青混凝土面板壩在這一時期建設。

1976年竣工的碧口心墻土石壩，壩高101m，壩頂長297m，壩體填筑量397萬m³。壩址區為高山峽谷，壩料主要為土料、砂礫石料和部分堆石。壩料基本采用汽車運輸。工程后期，引進并研制了13.5t牽引式振動平碾，碾壓壩殼砂礫料和堆石。這在當時是一項開創性工作。

這一時期，我國臺灣地區修建了石門土心墻堆石壩（壩高133m，1964年竣工）和曾文土心墻堆石壩（壩高133m，1973年竣工），我國香港地區修建了高島瀝青混凝土心墻堆石壩（東壩高107m，1979年竣工）。

1.2.2 過渡時期發展階段（1970—1990）

大型高效配套的施工機械和施工技術的進步，巖土力學和試驗技術的提高，使土石壩得到較快發展，無論是壩高和填筑體積都明顯提高。高山峽谷區、洪水大的河流上修建的土石壩也可以成為較經濟和便于施工的壩型。20世紀70年代中期，我國在學習國外先進經驗的基礎上，重視了大型施工機械的引進、開發以及科學研究工作。隨著綜合國力的增強，重型土石方機械及其配套設備武裝了眾多施工企業，土石壩發展的新時期隨之開始。

這一階段，土石壩施工技術的發展以重型土石方機械及振動碾等大型施工設備的成功實踐為主要標志，土質心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩成為現代高土石壩的兩種主導壩型。用振動碾薄層碾壓可以得到密實而變形較少的堆石體，解決了傳統的混凝土面板堆石壩因拋填堆石的大量變形而導致的面板斷裂、接縫張開和大量滲漏的問題，從而使這種壩型重新興起。同時，振動壓實可使爆破開采的堆石料全部上壩，也使大粒徑的砂礫（卵）石填筑大壩成為可能，對軟巖料也可用提高壓實密度的方法彌補巖塊強度的不足。振動凸塊碾、平板振動器等壓實工具也逐步得到應用，適用防滲料的范圍不斷拓寬。振動碾的使用提高了土石壩的安全性、經濟性和適用性。壩料無軌運輸的優越性和高效率使機車運輸壩料的有軌運輸方式逐漸消失。這種進步在1976年竣工的碧口土石壩上初現端倪。20世紀70年代、80年代之交建設的石頭河土石壩，標志著我國土石壩施工技術進入了一個新階段。20世紀80年代中后期，魯布革心墻壩在土石壩施工技術的發展中起著承前啟后的作用。20世紀最后幾年建設的小浪底斜心墻堆石壩、黑河金盆心墻砂礫壩，極大地豐富了土石壩施工的實踐經驗，全面地提高了我國的土石壩施工技術水平。小浪底斜心墻堆石壩是20世紀我國土石壩施工水平的代表，也并被評為堆石壩工程的國際里程碑。

碾壓式混凝土面板堆石壩是20世紀60年代末國際上重新崛起的壩型。進入20世紀80年代中期，我國開始用現代技術修建混凝土面板堆石壩，第一個開工的為西北口面板壩，第一個完建的是關門山面板壩。這標志著我國的混凝土面板堆石壩從50m級關門山壩、100m級西北口壩起步，已經進入到了一個新的歷史發展時期。20世紀90年代開始，該壩型更是得到迅速的發展。據統計，自1985年開始至1998年完建的混凝土面板壩為39座，至2000年建成高度超過100m的壩有9座，最高達178m。混凝土面板堆石壩已成為高、中土石壩的主導壩型之一。這一時段混凝土面板壩的典型代表有西北口、天生橋一級、烏魯瓦提、珊溪等工程。

我國從20世紀70年代開始，將瀝青混凝土防滲體用于土石壩工程，與國外相比，起步較晚。由于瀝青混凝土的優良特性，在土石壩工程中的應用得到了較快發展。在初期發展的一二十年里，大多數工程采用的都是澆筑式瀝青混凝土防滲體技術，也有一些中小型工程采用了碾壓式瀝青混凝土面板防滲體，但施工機具較為簡單，施工規模也比較小，與現代瀝青混凝土施工應用技術有一定距離。進入20世紀90年代，隨著天荒坪瀝青面板壩、洞塘瀝青心墻壩、坎兒其瀝青心墻壩等工程全面采用碾壓式瀝青混凝土施工技術，標志著我國開始進入世界瀝青混凝土施工技術應用的先進行列。

我國以土工膜作為壩體的防滲體開始于20世紀80年代，20世紀90年代開始用于50m級高的壩體中，也修建了一些壩高不高但規模很大的平原蓄水壩工程，這些都為土工膜防滲體土石壩的發展和推廣起了積極的作用。

1.2.3 高土石壩建設階段（2001年至今）

進入21世紀以來，我國的土石壩建設成就舉世矚目。一批高土石壩、超高土石壩的動工修建和相繼建成，標志著我國的土石壩施工技術已經進入世界先進水平的行列。這十余年間，建成高于100m的土石壩超過30座（累計逾50座），其中高于150m的土石壩為10座，計入此前竣工和當今在建的150m以上的高土石壩共27座，土石壩所占份額已超過其他壩型，在我國最高的大壩中，土石壩已占據了領先地位。高土石壩施工所使用的運輸車噸位和挖掘機、裝載機斗容隨填筑規模的增大而增大，碾壓設備大都采用了較大激振力的重型振動碾，30t以上的超重型自行式振動碾已投入施工，沖擊式壓實設備開始試驗性應用。施工設備的配套選用更加理性、規范，基于GPS、GIS的數字大壩技術也在土石壩施工領域應用、推廣。壩料使用規劃、壩體填筑分區趨于科學合理，壩料加工技術水平明顯提高，對礫質土性認識更深入。測試手段和觀測設備的埋設技術同步發展，施工階段觀測數據的采集取得一定成果。混凝土面板堆石壩上游填筑固坡技術不斷改進，陸續出現了幾種不同的固坡形式。壩體護坡施工技術也有所提高，面板混凝土防裂研究不斷深入并取得良好效果。施工面板前對壩體的沉降把握趨于理性，土石壩施工期的水流控制技術、深覆蓋層地基處理水平都達到了一個新的高度。

我國振動碾壓設備的研制生產水平在前一階段實踐經驗的基礎上有了大幅度的提高。2000年以后，20~26t自行式振動平（凸塊）碾陸續投入市場，其性能指標和國產化程度大幅提高。2010年前后，我國企業還陸續推出了32t級和36t級的液壓自行式振動碾。這些產品都為各級各類土石壩施工提供了可供自由選擇壓實設備的空間。

這一階段，我國還在高原寒冷地區、地震多發地區建設了一批高土石壩工程，這些都為土石壩的全面發展積累了經驗。

由于瀝青混凝土具有防滲性能好、適應變形能力強、工程量較少等特點，加上實踐的經驗積累，近十多年來，以瀝青混凝土作為防滲體的堆石壩在我國也得到長足的發展，在以現代技術建成的天荒坪瀝青混凝土面板堆石壩（壩高72m）的基礎上，三峽茅坪溪瀝青混凝土心墻堆石壩（壩高104m）和南椏河冶勒瀝青混凝土心墻堆石壩（壩高125.5m）、呼圖壁石門瀝青混凝土心墻堆石壩（壩高106m）、阿拉溝瀝青混凝土心墻砂礫壩（壩高105.26m）陸續建成。這都說明，瀝青混凝土防滲體土石壩施工技術又邁上一個新臺階，一種振搗式瀝青混凝土防滲心墻施工方法也開始應用。瀝青混凝土防滲體土石壩已經成為有競爭力的一種壩型。

近年，我國建設者開始設計并建造屬于高壩級別的土工膜防滲體土石壩工程，這將有助于該壩型施工技術水平的提高。

我國的土石壩施工管理水平在努力實踐和積極探索中不斷取得進步。以糯扎渡礫石土心墻堆石壩、瀑布溝礫石土心墻堆石壩、水布埡混凝土面板堆石壩、紫坪鋪混凝土面板堆石壩、猴子巖混凝土面板堆石壩、冶勒瀝青混凝土心墻堆石壩、石門瀝青混凝土防滲體土石壩等工程為代表，體現了這一新時期的施工水平。正在建設中的長河壩礫石土心墻堆石壩（高240m）、兩河口礫石土心墻堆石壩（高295m）等工程,正在圍繞高土石壩施工關鍵技術進行研究和實踐，并在信息化技術的應用、施工機械配套優化、智能化施工機械、土石壩快速施工等方面的研究實踐中取得新成果。