這一世界級難題，被我國團隊攻克！
金沙江上，一座舉世矚目的特高拱壩工程——葉巴灘水電站，正在如火如荼建設中。
“混凝土大壩澆築過程中，裂縫始終是最讓人頭疼的問題。”近日，在建設現場，華電金沙江上游水電開發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任何裂縫——在高寒高海拔地區冬季混凝土澆築中温控防裂這一世界級難題，已被建設團隊攻克。
葉巴灘水電站大壩現場。受訪者供圖
挑戰世界難題
杜光遠給記者打了個比方：“澆築混凝土大壩，與烘焙蛋糕有異曲同工之妙。首先要將原材料注入模具，然後等待大壩在模具中成型。”不過，前者遠比後者複雜得多。
大壩澆築，更像是一場與自然環境的較量。澆築過程中，混凝土外部會迅速冷卻，而內部由於水泥水化反應產生的熱量卻持續積聚，內外温差會導致混凝土內部產生應力。一旦應力超過混凝土的承受極限，裂縫便會悄然出現。
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構強度，還會降低其承壓能力，就像一根筷子折斷後重新黏合，其強度大不如前。
混凝土澆築在建築行業中十分常見，但在高寒高海拔地區的惡劣環境下實現“無縫”澆築，卻是工程領域的一大挑戰。
葉巴灘水電站位於四川白玉縣與西藏貢覺縣交匯處的金沙江上游河段，施工區域的環境特點——“高寒、高海拔、高温差、高邊坡、高拱壩、高地應力”，以及“長冬無夏短春秋”的氣候特徵，都增加了裂縫的風險。壩址區晝夜温差明顯，平均氣温9.2℃，極端氣温從37.1℃到-23.5℃。此外，當地日照時間長，使得澆築後混凝土表面水分蒸發變快，這些因素都是讓大壩長出裂縫的“催化劑”。
如此極端環境下，要建造一座“無縫”大壩似乎是一項不可能完成的任務。然而，建設團隊卻向“無壩不裂”的“魔咒”下了戰書。“我們全力以赴，要做就做到最好！”杜光遠説。
搭建“空調屋”
“我剛來工地那天，正趕上氣温驟降，工程現場被厚厚的冰雪覆蓋，寒風吹得我瑟瑟發抖。”這是施工場地給工程管理部主任助理鍾富林留下的第一印象。
建設團隊深知，*在寒冷的高海拔地區建造“無縫”大壩，關鍵在於精準地控制温度。*然而，温度恰恰是在這裏最難把控的要素。
更為棘手的是，葉巴灘水電站的雙曲拱壩設計，進一步增加了温度控制的難度。這種結構使拱壩受到多種約束，温度變化容易引起壩體開裂。此外，由於陡坡壩段多、壩體孔洞多，基岩和壩體孔口約束區也多，基礎温差控制的要求極為嚴格。
“傳統的混凝土防裂方法在這裏幾乎失效。極低的温度使混凝土迅速凍結，嚴重影響大壩的整體質量。對工程而言，這真的是難上加難！”鍾富林苦笑道，這一難題算是給工程師們來了個“下馬威”。
不過，困難並未讓他們卻步。經過無數次的試驗和討論，他們拿出了一個頗具想象力的方案——給大壩搭建一個“空調屋”。
鍾富林解釋説，為了保温，他們引入了氣肋膜技術，在模板和上下游壩面噴塗聚氨酯，並在艙面及橫峯面鋪設塑料薄膜，以有效保持濕潤環境。他們還設置了三層“保温被”，並在表面增設了熱風機等加熱設施，確保混凝土在澆築後能夠維持適宜的温度範圍。
給大壩搭建“空調屋”，再蓋上“保温被”……各式保温措施齊上陣，大壩可以暖洋洋地“過冬”了。這也意味着，團隊實現了在高寒高海拔地區全年無間歇混凝土大壩澆築。
架起“監視器”
有了“空調屋”和“保温被”還不夠，確保大壩“無縫”，還需要其他科技手段的加持。
“以往，我們都是靠經驗來控制大壩温度，不僅耗時耗力，準確度還不高。”葉巴灘分公司執行董事劉強介紹，如今，他們依託智能温控與智能灌漿等功能系統，為大壩架起作業“監視器”，提高了温控效率。
智能温控系統能夠即時、精確地監測大壩內部的温度變化。一旦發現異常，該系統便會迅速響應，自動調整加熱或冷卻設施的工作狀態，確保已澆築的混凝土始終處於最佳温度環境。
另一方面，作業“監視器”還應用於智慧管理工程建設。該水電站通過即時整合拌合過程數據，實現了從混凝土生產到振搗作業的全流程智能監控。通過應用智能配漿和壓力流量聯合控制技術，水電站還做到了灌漿作業一鍵化操作與無人化控制，並能即時監測灌漿過程數據。
“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。”劉強説。
*2024年1月，葉巴灘水電站相關技術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用，為我國高寒高海拔地區巨型水電建設作了重要的技術探索與儲備。
黨的二十屆三中全會提出，統籌強化關鍵核心技術攻關，推動科技創新力量、要素配置、人才隊伍體系化、建制化、協同化。劉強表示：“下一步，我們將不斷優化施工方案，深化技術創新，繼續攻克水電領域關鍵核心技術難題，確保‘無縫’大壩建設高質量推進，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