《中国电力报》:水电发展新坐标——成都院沙牌水电站摘得碾压混凝土坝国际里程碑工程奖

来源: 时间:2015-10-14

在2015第三届碾压混凝土坝国际里程碑工程奖评选中,中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司(简称成都院)勘测设计并监理的沙牌水电站获此殊荣,也是本届唯一获奖的中国水电工程。这一盛誉,无疑为即将到来的成都院建院60周年庆献上一份厚礼。

这座位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内,岷江支流草坡河上游装机规模不大的电站,为何受到国际坝工专家如此青睐呢?

十年攻关与探索  实现技术新突破

要回答这个问题,先要了解当时国内筑坝技术尤其是碾压混凝土坝的现状。

沙牌水电站采用“全碾压混凝土坝”模式设计,全断面薄层碾压、连续上升工艺施工,于1997年开工建设,2003年竣工,成为21世纪初建成的世界最高碾压混凝土拱坝。

以往碾压混凝土主要用于重力坝上,用于拱坝上很少,两者的结构作用有本质差别。重力坝断面体积大,主要依靠各独立坝体单独承受荷载和维持稳定;拱坝依靠坝体的整体性来传递和分配荷载,被认为是水工界最复杂的建筑物。

据沙牌水电站设总陈秋华介绍,沙牌碾压混凝土拱坝具有混凝土量大、施工环境条件复杂、坝体应力水平高等特点,工程技术难度大。在沙牌之前,国内外修建的碾压混凝土拱坝数量极少,坝高均小于75米,还没有修建100米级以上碾压混凝土拱坝的实例和经验。

沙牌为什么要选择碾压混凝土拱坝来挡水呢?除了地形地质条件,从工程功能、安全、经济上考量,最关键的一点,是施工速度快,施工方法简单,相对容易保证施工质量。

要实现快速浇筑,对枢纽布置,坝体结构、体型、分缝等方面都有严格要求。沙牌采取厂坝分离布置,坝身无泄洪建筑物,选用三心圆单曲拱坝,结构简单,应力和稳定条件好,较大地简化了碾压混凝土拱坝结构,为碾压混凝土快速施工创造极为有利的条件。

但对碾压混凝土拱坝而言,施工期温度荷载引起的温度拉应力对拱坝应力有较大影响,拱坝越高,越容易产生裂缝,拱坝温度应力和裂缝控制问题非常突出。水电权威潘家铮院士曾指出:不解决这个问题,碾压混凝土高拱坝就很难发展。

设计是工程建设的核心和灵魂。对沙牌这样一个有着世界级设计难题的工程,成都院,选择了迎难而上,适时开展“九五”国家重点科技攻关项目——碾压混凝土高拱坝筑坝技术研究,攻克了这座世界最高碾压混凝土拱坝设计、分缝及建坝材料、快速施工、施工期全过程温度仿真计算及温控技术等一道道难题。

在长达10年科技攻关中,前后历经两任设总,成都院举全院之力,实现了该领域多项重大技术突破:碾压混凝土拱坝分缝理论与技术;碾压混凝土温度控制技术;高抗裂碾压混凝土技术;坝体防渗技术;碾压混凝土快速施工技术;完善了碾压混凝土拱坝原形观测技术等。

经专家鉴定,沙牌取得的成果均达到国际先进水平,其中坝体成缝技术和碾压混凝土预埋高密度聚乙烯冷却水管降温等技术达到了国际领先水平。

龚嘴、铜街子、二滩等水电站造就了中国一大批水电人才,也奠定了成都院水电设计的领先地位,为后来各种类型、不同规模水电站的设计做好了技术储备。毋庸置疑,沙牌工程又将是一个新的起点。

成都院,是一个懂得传承,也懂得发扬壮大的群体。

巨大效益与成就  擎起行业新高度

亿万年来,岷江滚滚东流,丰富的水能资源没有得到合理利用。阿坝州当地百姓在相当长时期内,以砍伐森林作为能源补给。

“要坚持生态保护第一”,这是中央对藏区工作的一大战略指导思想。发展清洁能源,对于“严格生态安全底线、红线和高压线,完善生态综合补偿机制,切实保护好雪域高原,筑牢国家生态安全屏障”具有十分重大意义。

沙牌水电站投产之时,正是阿坝州停止砍伐森林木材,少数民族地区经济发展面临下滑与转型之际。沙牌水电站的投产,将岷江支流上的水能转化为电能,优质高效的清洁能源为少数民族地区的经济发展提供了强大动力。除贡献利税外,还带动了阿坝州从森林经济向工业经济和旅游经济逐步转型,促进了阿坝铝厂新建、百花水泥厂扩建、草坡水电站扩机等工业企业的发展,促进了旅游经济的开发与发展。

沙牌高达130米高的拱坝,拦蓄了近2千万立方米库容,是阿坝州电网唯一具有季节性能的水电站,除了可观的发电效益,综合效益也令人欣喜。它建成后,为下游草坡水电站扩机1.5万千瓦提供了充分保障。

沙牌碾压混凝土拱坝于2002年5月建成,拱坝2003年5月下闸蓄水成功,运行情况正常。

整个大坝经过施工期高温和严寒的考验,经过蓄水及运行考验,大坝至今没有发现裂缝,这在国内外混凝土筑坝工程中十分罕见,说明对碾压混凝土高拱坝关键技术问题的解决比较科学合理。沙牌工程在推动科技进步上方面,解决了碾压混凝土高拱坝建设关键技术问题,形成了碾压混凝土高拱坝筑坝成套技术,提高了碾压混凝土筑坝技术水平。

沙牌拱坝的成果及经验,推动了国内碾压混凝土设计或施工规范的修订:碾压混凝土拱坝设计规范(SL 314-2004),水工碾压混凝土坝施工规范(DL/T5112-2000),水电水利基本建设工程单元质量等级评定标准(八)水工碾压混凝土(DL/T 5113.8-2000)等。在蔺河口(100米)、石门子(109米)、招徕(107米)等碾压混凝土高拱坝工程中,成果及经验已得到推广应用。涡漩内消能竖井泄洪洞技术受到广泛关注,已成为目前深山峡谷区水电站泄洪消能的新技术。

美国土木工程学会ASCE杂志2002年10月介绍了沙牌工程情况时高度评价了中国工程师在碾压混凝土筑坝技术的成就。2003年在西班牙召开了第四次国际碾压混凝土坝研讨会,会议有中国、日本、美国、巴西、西班牙等40多个国家的代表参加。大会专题总结报告评价认为:以沙牌拱坝等为标志的高度超过100米的拱坝在中国的成功实现,证明了中国走在其他碾压混凝土技术先进国家的前列。

成都院依托沙牌水电站,取得了多项大奖——

碾压混凝土拱坝筑坝配套技术研究,或2005年获国家科学技术进步奖二等奖;

沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术研究,获2001年获“九五”国家重点科技攻关计划优秀科技成果奖;

沙牌碾压混凝土拱坝筑坝配套技术研究,获2004年获中国电力科学技术奖一等奖;

这些成果,是在“啃”沙牌一些关键技术“硬骨头”的过程中,总结和提炼出来的,具有极强的实践性与指导性。国家级、省部级大奖的获得,无疑进一步提升了成都院在水电设计上的龙头地位,尤其是碾压混凝土高拱坝设计领域的领先优势。

经受强震考验  无愧至高荣誉

在沙牌正常运行5年之后,2008年5月12日,四川省汶川县发生了里氏8.0级的特大地震,汶川一片狼藉,灾害损失十分严重。而沙牌水电站距离震中36千米,离龙门山后山断裂8千米,离龙门山中央断裂29千米。

地震发生时,沙牌大坝水库基本上接近满库状态。“满库+远超设计地震基本烈度”工况,是成都院设计者所没料到的,他们立马赶往现场查看震损情况。当发现震后大坝主体建筑物完好,坝基未发现渗漏,坝与基础连接完整,设计者大大松了一口气。沙牌较强的超载能力和抗震能力,成功抗击了山崩地裂的考验,专家们称赞其是汶川大地震中最“牛”的大坝。震后一年,大坝运行正常,滴水不漏,顺利恢复发电。

2015年9月,国际大坝专家考察组40余人,来到沙牌大坝现场进行技术考察。

国际大坝委员会委员、澳大利亚GHD公司经理Brian Forbes说:“现在可以告诉你,国际碾压混凝土坝里程碑工程评奖,我打的最高分,现场考察后,比会场材料中的介绍还要震撼,名副其实。”

西班牙大坝委员会委员、西班牙FOSCE公司总裁F.Ortega说:“印象很深刻,一座经过强震考验的碾压混凝土坝,性能表现优秀,中国工程师很能干,西班牙大坝委员会愿意与中国工程师一起,宣传和推广沙牌拱坝的经验,共同促进碾压混凝土坝的发展。”

沙牌摘取国际大奖,是成都院水电设计实力的深刻体现。“从诞生之日起,成都院就勇挑中国水电建设事业重担。沙牌、二滩、溪洛渡、锦屏一级、瀑布沟等一大批具有世界影响力的水电工程,相继在成都院人手中变为现实,这是一个大院的担当。”成都院总经理章建跃对于“大院”有着如此定义。

沙牌水电站,这颗深山峡谷里的明珠,它的伟岸身姿,经受住地球强烈颤动的考验,带给世界一个魅力四射的形象;它像一轮冉冉升起的太阳,在西南大地上发出耀眼的光芒;它是一座中国水电科学发展的新地标,谱就了水电发展史的新华章,展示了中华民族的自豪与骄傲。