金沙江上，一座舉世矚目的特高拱壩工程——葉巴灘水電站，正在如火如荼建設(shè)中。
“混凝土大壩澆筑過程中，裂縫始終是最讓人頭疼的問題。”近日，在建設(shè)現(xiàn)場，華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司葉巴灘分公司工程管理部主任杜光遠告訴科技日報記者，“即便最微小的裂縫，也會損害大壩的耐久性，縮短其使用壽命。”
令人振奮的是，葉巴灘水電站大壩至今未出現(xiàn)任何裂縫——在高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土澆筑中溫控防裂這一世界級難題，已被建設(shè)團隊攻克。
挑戰(zhàn)世界難題
杜光遠給記者打了個比方：“澆筑混凝土大壩，與烘焙蛋糕有異曲同工之妙。首先要將原材料注入模具，然后等待大壩在模具中成型。”不過，前者遠比后者復雜得多。
大壩澆筑，更像是一場與自然環(huán)境的較量。澆筑過程中，混凝土外部會迅速冷卻，而內(nèi)部由于水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量卻持續(xù)積聚，內(nèi)外溫差會導致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。一旦應(yīng)力超過混凝土的承受極限，裂縫便會悄然出現(xiàn)。
無論是國際上著名的胡佛大壩、阿斯旺水壩，還是伊泰普水電站，它們在建造過程中都曾遇到裂縫問題。裂縫不僅會削弱大壩的結(jié)構(gòu)強度，還會降低其承壓能力，就像一根筷子折斷后重新黏合，其強度大不如前。
混凝土澆筑在建筑行業(yè)中十分常見，但在高寒高海拔地區(qū)的惡劣環(huán)境下實現(xiàn)“無縫”澆筑，卻是工程領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
葉巴灘水電站位于四川白玉縣與西藏貢覺縣交匯處的金沙江上游河段，施工區(qū)域的環(huán)境特點——“高寒、高海拔、高溫差、高邊坡、高拱壩、高地應(yīng)力”，以及“長冬無夏短春秋”的氣候特征，都增加了裂縫的風險。壩址區(qū)晝夜溫差明顯，平均氣溫9.2℃，極端氣溫從37.1℃到-23.5℃。此外，當?shù)厝照諘r間長，使得澆筑后混凝土表面水分蒸發(fā)變快，這些因素都是讓大壩長出裂縫的“催化劑”。
如此極端環(huán)境下，要建造一座“無縫”大壩似乎是一項不可能完成的任務(wù)。然而，建設(shè)團隊卻向“無壩不裂”的“魔咒”下了戰(zhàn)書。“我們?nèi)σ愿?，要做就做到最好?rdquo;杜光遠說。
搭建“空調(diào)屋”
“我剛來工地那天，正趕上氣溫驟降，工程現(xiàn)場被厚厚的冰雪覆蓋，寒風吹得我瑟瑟發(fā)抖。”這是施工場地給工程管理部主任助理鐘富林留下的第一印象。
建設(shè)團隊深知，在寒冷的高海拔地區(qū)建造“無縫”大壩，關(guān)鍵在于精準地控制溫度。然而，溫度恰恰是在這里最難把控的要素。
更為棘手的是，葉巴灘水電站的雙曲拱壩設(shè)計，進一步增加了溫度控制的難度。這種結(jié)構(gòu)使拱壩受到多種約束，溫度變化容易引起壩體開裂。此外，由于陡坡壩段多、壩體孔洞多，基巖和壩體孔口約束區(qū)也多，基礎(chǔ)溫差控制的要求極為嚴格。
“傳統(tǒng)的混凝土防裂方法在這里幾乎失效。極低的溫度使混凝土迅速凍結(jié)，嚴重影響大壩的整體質(zhì)量。對工程而言，這真的是難上加難！”鐘富林苦笑道，這一難題算是給工程師們來了個“下馬威”。
不過，困難并未讓他們卻步。經(jīng)過無數(shù)次的試驗和討論，他們拿出了一個頗具想象力的方案——給大壩搭建一個“空調(diào)屋”。
鐘富林解釋說，為了保溫，他們引入了氣肋膜技術(shù)，在模板和上下游壩面噴涂聚氨酯，并在艙面及橫峰面鋪設(shè)塑料薄膜，以有效保持濕潤環(huán)境。他們還設(shè)置了三層“保溫被”，并在表面增設(shè)了熱風機等加熱設(shè)施，確?；炷猎跐仓竽軌蚓S持適宜的溫度范圍。
給大壩搭建“空調(diào)屋”，再蓋上“保溫被”……各式保溫措施齊上陣，大壩可以暖洋洋地“過冬”了。這也意味著，團隊實現(xiàn)了在高寒高海拔地區(qū)全年無間歇混凝土大壩澆筑。
架起“監(jiān)視器”
有了“空調(diào)屋”和“保溫被”還不夠，確保大壩“無縫”，還需要其他科技手段的加持。
“以往，我們都是靠經(jīng)驗來控制大壩溫度，不僅耗時耗力，準確度還不高。”葉巴灘分公司執(zhí)行董事劉強介紹，如今，他們依托智能溫控與智能灌漿等功能系統(tǒng)，為大壩架起作業(yè)“監(jiān)視器”，提高了溫控效率。
智能溫控系統(tǒng)能夠?qū)崟r、精確地監(jiān)測大壩內(nèi)部的溫度變化。一旦發(fā)現(xiàn)異常，該系統(tǒng)便會迅速響應(yīng)，自動調(diào)整加熱或冷卻設(shè)施的工作狀態(tài)，確保已澆筑的混凝土始終處于最佳溫度環(huán)境。
另一方面，作業(yè)“監(jiān)視器”還應(yīng)用于智慧管理工程建設(shè)。該水電站通過實時整合拌合過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了從混凝土生產(chǎn)到振搗作業(yè)的全流程智能監(jiān)控。通過應(yīng)用智能配漿和壓力流量聯(lián)合控制技術(shù)，水電站還做到了灌漿作業(yè)一鍵化操作與無人化控制，并能實時監(jiān)測灌漿過程數(shù)據(jù)。
“這些科技手段讓大壩在遭遇極端氣候時，依然能夠保持‘無縫’狀態(tài)。”劉強說。
2024年1月，葉巴灘水電站相關(guān)技術(shù)研究獲得中國大壩工程學會科技進步獎一等獎。這項科技成果的成功應(yīng)用，為我國高寒高海拔地區(qū)巨型水電建設(shè)作了重要的技術(shù)探索與儲備。
黨的二十屆三中全會提出，統(tǒng)籌強化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，推動科技創(chuàng)新力量、要素配置、人才隊伍體系化、建制化、協(xié)同化。劉強表示：“下一步，我們將不斷優(yōu)化施工方案，深化技術(shù)創(chuàng)新，繼續(xù)攻克水電領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)難題，確保‘無縫’大壩建設(shè)高質(zhì)量推進，向世界展示中國智慧和中國力量！”（劉俠 科技日報記者 滕繼濮）
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