12月23日10时,锦屏一级水电站大坝顺利封顶,标志着世界最高双曲拱坝诞生。305米的大坝巍然挺立在雅砻江上,格外引人注目。
大坝的安全建成,负责材料检测和坝体安全监测工作的葛洲坝集团试验检测有限公司(简称“试验检测公司”)发挥了至关重要的作用,其科技人员勇于创新,研发出大坝冷却通水智能控制系统,优化混凝土配合比技术,确保了大坝“天衣无缝”。
锦屏一级水电站拥有世界最高的双曲拱坝,相比于重力坝等坝体类型,裂缝,对于这座更高、更薄的拱坝来说,更富危险性,305米高拱坝背后的水流压力可以透过裂缝轻易危及大坝的安全。
据专家介绍,在混凝土凝结过程中,混凝土内部温度会升至40多度,随后慢慢冷却到和河水一样的12摄氏度左右,热涨冷缩间坝体就可能产生裂缝,在坝体内通水降温,是防治混凝土裂缝的有效方法,但只有精确可控的降温,才能让坝体“天衣无缝”,降温过快会造成“冷击”,同样会伤害到坝体。
试验检测公司总工程师谭恺炎告诉记者,在锦屏,如何控制降温速度是个难题。首先是技术上的,相比于一般拱坝3米高的混凝土升层,锦屏一级大坝的混凝土升层有4.5米高,每仓混凝土方量增加了将近2000立方米,混凝土水化产生的热量显著增强,最高可达到40多度,这加大了温度控制的难度。其次是工作强度,仓内用于通冷却水的PVC管加密至1.5米层距,使每仓增加两套冷却水管,增加了温度控制的工作量。而且,温控员要克服恶劣的坝后环境,每天数次上坝,测量和调节分布在各部位的200余组冷却水管的流量,不仅费时费力,因为时间跨度大,效果也很差。
为解决上述难题,试验检测公司抽调精兵强将组成研发小组,自2009年起扎根锦屏山,每天,小组成员和工人一起爬100多米高的栈桥,脚下是颤颤巍巍的钢板,再往下是百余米的悬崖,时不时还会从坝上浇筑仓面上落下零星砂石,危险性极大。小组成员不畏艰苦的施工环境和项目专业性的复杂,历时4年,终于在2012年成功研制“大坝冷却通水智能控制系统”。期间,小组攻克技术难题20余项,申报软件著作权1项,国家发明专利1项,实用新型专利7项。
据了解,该系统由混凝土冷却通水测温装置、混凝土冷却通水数据智能采集仪、大坝混凝土冷却通水数据处理系统三部分组成,它能自动感知大坝冷暖,仿人工智能实时调节大坝内部通水量,实现降温速率的精确控制。
“大坝温度控制不再是难题,温控员也不再是工地上最脏最累的岗位,只需要坐在电脑旁,敲一敲键盘,就可以搞定一切。”
谭恺炎自豪地说。锦屏一级水电站大坝温控成为锦屏施工的一大亮点。
混凝土内外温差可能导致坝体裂缝,碱骨料反应也可能导致混凝土自身胀裂,后者对混凝土的影响更大,被业界称为混凝土的癌症。锦屏水电站应用的混凝土骨料为碱活性骨料。试验检测公司锦屏试验室技术负责人高级工程师聂卫平告诉记者。如何根据锦屏工程原材料的物理、化学性质,通过数学模型确定混凝土组成材料,即混凝土配合比设计,是降低碱骨料反应,控制破坏性裂缝产生,提高混凝土性能的首要环节。
混凝土配合比设计是试验检测公司的优势技术,长江三峡水电站建设过程中,通过配合比设计,该公司创造了“三峡右岸大坝没有出现一条裂缝”的工程奇迹,并通过设计优化为工程节约成本近2亿。
自2009年10月锦屏一级大坝第一仓混凝土浇筑开始,聂卫平和公司的数名技术专家一起,扎根锦屏山中四年,仔细研究施工文件,充分了解原材料性能,先后开展了“PVA纤维混凝土抗裂性能研究”、“混凝土碱骨料反应防治措施研究”、“大坝混凝土配合比设计与优化研究”、“人工砂石粉含量对混凝土的影响试验研究”四项课题的研究,以研究成果为根基,为锦屏一级右岸大坝量身打造了近五百个施工配合比设计方案。其所提供的设计方案因各组成成分比例恰当,拌制的混凝土均匀、密实,不仅满足了设计要求,更最大限度降低了水泥水化热和碱骨料反应,避免了大坝主体破坏性裂缝的产生。帮助锦屏一级水电站右岸大坝率先达到设计高程,并让这座完全由混凝土组成的庞然大物牢牢地屹立于雅砻江上。(本报记者 郭春兰 特约通讯员 于剑)

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