人类贴面膜很常见,大坝“贴面膜”是不是有点新鲜。更新鲜的是,这还是一张集滋养、护肤、锁水、冰敷等多功能为一体的世界级“面膜”。
近期,在川藏交界的金沙江上游,世界最高混凝土面板堆石坝电站——拉哇水电站,完成大坝二期面板浇筑。242.5米高的大坝,建设者们为它覆盖上了一层特殊的“保护膜”。
大坝的“保护膜”,到底是什么?
我们口中大坝的“膜”,正式名称是混凝土面板。拉哇水电站为混凝土面板堆石坝,从上游到下游分层结构清晰,用人身组织类比便能轻松看懂。最外侧的混凝土面板是整座坝体主要防渗结构,相当于大坝的防水皮肤,向内依次是垫层区、过渡区与堆石区。垫层区如同人体真皮层,负责支撑面板、均匀传递水压并辅助防渗;过渡区类似皮下脂肪层,起到缓冲受力、保护垫层、快速排水的作用;最深处的堆石区则是大坝的骨骼肌肉,承担整座坝体的承重与稳定工作。
这座水电站最大坝高242.5米,高度约等同于80层居民楼,是全球范围内同类型坝高最高的混凝土面板堆石坝。面板整体铺开面积接近11万平方米,大小相当于15片标准足球场相连,浇筑面板所需混凝土总量达到7.74万立方米,体量能够填满31个标准游泳池。这张“巨膜”关系着水库能否正常蓄水、坝体长期运行是否稳固,为超级大坝筑起坚实屏障。
好好一座石头坝,为什么非要“贴膜”?
堆石体内部遍布缝隙,本身不具备阻隔水体的能力。混凝土面板是大坝最关键的防水屏障,后续所有防裂、抗震相关设计,本质上都是为了长久保留面板的防水能力,这层膜的存在有着不可替代的多重价值。面板能够搭配底部趾板、接缝止水结构搭建起完整封闭的防渗体系,倘若缺少这层防护,水库蓄水后水流会顺着石料缝隙持续渗漏,水库根本无法实现蓄水功能。蓄水后产生的巨大水压会全部作用在面板表层,再由面板平稳传导至后方堆石骨架,避免坝体局部受力失衡出现损毁,同时面板还能隔绝雨水、水流直接冲刷侵蚀内部石料,长久保护坝体基础结构。
依托改良材料、分缝分段等专业施工手段,面板能够获得适度的柔性特质,既可以跟随坝体沉降同步形变,避免自身出现裂缝,遭遇地震时也能依靠配套结构缓冲卸力,不会产生贯通性裂缝破坏整体防渗效果。简单来说,为大坝贴膜并非锦上添花的装饰手段,而是水库蓄水、坝体安全稳定运行的硬性要求。
贴膜施工路上,困难重重
超高坝贴膜看似只是浇筑一层混凝土,在近3000米高海拔复杂工况下,每一步都暗藏风险,三大难题直接威胁防渗效果与坝体安全。堆石体在自身重量作用下会持续缓慢沉降变形,如果一次性浇筑完整面层面板,后期坝体拉扯极易撕裂混凝土,直接破坏整套防渗体系,留下永久漏水隐患。
当地月度平均温差可达35摄氏度,冬季严寒、夏季干燥,剧烈温度变化、空气快速失水都会让刚成型的混凝土产生深浅不一的裂缝,哪怕细微裂纹,也会大幅削弱面板防水能力。坝址区域地震风险较高,若采用整块无分割的刚性面板,地震产生的冲击力无法释放,极易出现大面积断裂,库水会顺着裂缝侵入坝体内部,威胁整体运行安全。
大国工匠这样贴膜,全套黑科技同步落地
面对多重施工难题,工程团队没有选择一次性浇筑的简化方案,而是分三期循序渐进完成面板施工,这套工序是权衡安全、质量与效率后找到的最优解法,是用时间换取工程长久稳定的工程智慧。位置为一期面板,坝身中段为二期面板,也是本次顺利完工的核心施工段,后续工程将推进坝顶区域的三期面板收尾作业。无论一期、二期还是三期,单段面板的施工工序完全统一。
施工团队会先对坝坡坡面进行处理,铺设底部铜止水构件,再完成钢筋绑扎安装工作,随后开展混凝土相关作业,成型后持续开展保温保湿养护,最后完成表层止水密封施工,一整套工序才算完整落地。每一期面板浇筑前要等待对应区域坝体沉降状态趋于稳定后再进行混凝土浇筑,让面板与坝体协同受力,避免整体开裂。分期施工还能灵活调整施工计划,将核心浇筑工序安排在气候温和的春秋时节,从源头降低温度裂缝产生概率,同时实现坝体填筑与面板浇筑交叉流水作业,充分抓住有限施工窗口期,先期施工的一期面板也相当于现场试验段,积累的实操经验为后续施工提供成熟技术参考。
针对高寒大温差带来的开裂风险,工程团队通过黑科技让拉哇水电站“内外兼修”。内部准备了专属“防裂配方”——VF防裂剂,这种材料能够在混凝土产生收缩趋势时反向膨胀,抵消内部收缩产生的应力。同时掺入玄武岩纤维,像看不见的小钢筋,牢牢拉住整体结构,阻止内部拉裂情况发生。
团队专门优化混凝土配合比,适配现场239.6米长溜槽的输送工况,避免长距离输送过程中砂石与砂浆分离。配方只是内部防裂的起点,浇筑前,还要来一场“全程护送”:罐车保温衣、卸料口暖棚、溜槽保温棉,确保混凝土在合适温度下到达“工位”。内部稳定了,还得外部“护肤”。高温时,通过塑料膜“锁水”、再配以流动水进行“冰敷”;低温时,喷涂养护剂作为混凝土的“保湿霜”,再盖保温棉被防冻。
为抵御地震冲击,整座大坝按照抗9级地震标准完成设计,完整面板还被分割为多块独立板块,板块之间预留专用接缝,接缝内部安装止水带并填充柔性缓冲材料,这些接缝相当于大坝自带的人体关节,日常状态下严丝合缝阻挡水体,地震发生时允许单块面板小幅独立摆动,地震产生的应力会集中在接缝位置消散,不会在面板本体形成毁灭性裂缝。
除此之外,工程团队还打造了“拉哇云”智能建造中心,让传统水电升级换代,变得越来越“科幻”。工程团队给85台设备装上北斗卫星定位,让无人碾压机群自主协同,让每车石料都有了“数字身份证”,能精确控制来源、加水量、碾压轨迹,精度达到厘米级,在国内首次实现了全过程无人碾压。同时,还在“云”上建了一个孪生的“数字大坝”,集成了智能边坡、智能温控、智能地下厂房等多种功能。
用北斗定位取代粉笔标记,用传感器取代经验直觉,每个点位的变形情况、混凝土温度控制情况,在屏幕上都一目了然,实现了运筹帷幄、决胜千里,助力大坝建设效率提升15%以上,质量保证率提高到100%。
群山峡谷之间,242.5米高坝巍然矗立。不同于敷面膜的简单操作,这片横跨十余万平方米的巨型“防水膜”,体现着央企建设者的较真与坚守。他们用心贴好这层守护国家能源安全的特殊“膜”,在高海拔河谷地带建成这座世界级绿色能源地标。