喀斯特王国的坝工博物馆

普定电站溢洪时的壮观场景。

从空中俯瞰东风水电站。

贵州大型水电站收官之作——马马崖水电站。

■　杨锦强　《能源新观察》记者　查毅　刘坤伦

贵州,一个多情的地方；贵州,一个美丽的地方……

“江南千条水,云贵万重山……”数百年前的刘伯温写下这首诗的时候,他没有料到在贵州万重山的背后,那些沿着山涧河谷奔腾流淌的“千条水”在今天成了世人所瞩目艳羡的水能资源。这取之不尽的丰沛水能资源使贵州名副其实地尝到了“赛江南”的滋味。

作为国家“西电东送”前沿阵地,贵州独特的喀斯特岩溶地形给水力发电提供了天然的优势。依托这一优势,经过无数水利建设者数十年艰苦不懈的努力奋斗,在贵州这片土地上,拥有了一批在国内省内具有一定先进水平的水电工程大坝,而这些风格各异的水电大坝,组成了喀斯特王国蔚为壮观的“坝工博物馆”。本期视点,我们就为读者介绍这些山涧河谷间的“博物馆”。

一座座风格各异的“坝工博物馆”,有如耸立在江河上的丰碑,虽然没有铭文,却见证着贵州水电开发取得的辉煌成就。

北盘江一路南下,流经关岭花江镇的一段叫花江。花江大峡谷山势险要,水流湍急,有“地球裂缝”之称。马马崖一级水电站就建在昔日沟深壑险的花江大峡谷上。

2015年6月,马马崖一级水电站并网发电,贵州水电装机至此达到2000多万千瓦,水电资源开发率达96％以上,大型常规水电站建设实现完美收官；马马崖一级水电站建成后,贵州境内50米以上的大中型水电大坝达20多座,风格各异的水电大坝,组成了喀斯特王国蔚为壮观的“坝工博物馆”。

贵州境内河流密布,总长度1万多公里,水能资源非常丰富,是典型的喀斯特地区。前苏联专家曾断言,在岩溶地区不可能建高坝。贵州万里江河上的“坝工博物馆”,早已打破了这个“论断”。

设计是工程的龙头,是灵魂。50多年来,中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司(以下简称贵阳院)在贵州水电开发中发挥着主力军作用,规划、勘测、设计了猫跳河七个梯级水电站和天生桥二级、普定、东风、洪家渡、引子渡、索风营、光照、思林、董箐、沙沱、马马崖一级等一批大中型水电站。

不断刷新的全国性、世界性的各项新技术、新材料、新工艺,凝聚着贵阳院在“坝工博物馆”设计建设上的智慧和汗水。贵阳院已连续10年获得中国工程设计企业60强,先后获得科技和工程类奖320余项,其中省部级以上231项,包括国家科技进步一等奖2项、二等奖7项,国家优秀工程勘察和设计金奖4项。

马马崖

生态环保节能的圆梦工程

马马崖一级水电站是贵州大型常规水电站建设的圆梦工程,在设计上有许多独特之处:工程率先在100米级高坝采用全断面三级配超高掺粉煤灰碾压混凝土筑坝技术；率先采用生态机组发电泄放生态流量的环保设计技术；首次在大型水电站工程上采用环氧浇注非晶合金干式三相变压器,较常规变压器降低损耗约57%,节能效果显著。

宁华晚是贵阳院副总工程师、教授级高级工程师,也是马马崖一级水电站勘测设计地项目经理。他说:“全断面三级配超高掺粉煤灰碾压混凝土筑坝关键技术成功应用于马马崖一级水电站工程100米级高坝上,是目前国内同类型高坝第一个。采用70%超高掺粉煤灰碾压混凝土工程,既缩短了大坝施工工期,又节能减排环保,该项技术的应用为工程节省投资近500万元,具有明显的经济效益和社会效益。”

在环保设计方面,马马崖一级水电站率先采用了生态机组发电泄放生态流量的环保设计新技术。宁华晚说,由于电网调度和水库调蓄,将使坝址下游峡谷型河段出现减、脱水现象,以确保下游生态、景观及生产生活用水安全,设计采用经济可行的生态机组发电,泄放不低于31立方米/秒的生态流量。

“该技术的应用既满足了下游河段生态流量的需要,又充分利用了水能资源发电,经济实用,一举两得。”

设计大胆采用了新技术、新材料、新工艺,并在建设过程中进行施工全过程的设计优化,解决了工程建设的一系列难题。马马崖一级水电站节约工程投资5亿元以上,加快了工程建设进度,技术经济效益非常显著。

猫跳河

列入水利水电教科书

“猫跳河是贵阳院水电建设的起点,已为贵阳院积累了丰富的水电建设经验,培养锻炼了大批工程技术人员,猫跳河的建设,已形成了贵阳院人不怕吃苦,不怕困难,勇于创新的精神,可以说没有猫跳河的开发就没有贵阳院的今天。”贵阳院院长潘继录说。

贵阳院党委书记蔡金良说,他读大学时,贵州猫跳河梯级电站的设计就列入了水利水电专业教科书。

贵阳院老一辈水电设计工作者在猫跳河上整整奋战了20余年,完成了七座坝型各异的水电站设计:一级红枫木斜墙堆石坝、二级百花钢筋混凝土斜墙堆石坝、二级半李官堆石混凝土重力坝、三级修文厂顶溢流式单曲拱坝,四级窄巷口混凝土双拱坝、五级红林混凝土溢流式重力坝、六级红岩混凝土双曲拱坝。七个梯级电站象一颗颗高原明珠,闪耀在黔中大地,并获得全国科学大会的多项奖励,成为贵州水电界一致称誉的“坝工博物馆”。

东风大坝

“薄如蝉翼”的里程碑

“天生桥二级水电站的建设,是贵州水电建设史上的一段华彩乐章,也是贵阳院发展史上的一个里程碑,它标志着贵阳院技术水平的提高,从小河开始走向大江大河。”贵阳院副总经理、教授级高级工程师、贵州省设计大师韦晓明说。

东风水电站位于乌江干流的鸭池河段,是乌江开发的第二级,装机51万千瓦,坝高163米,厚高比0.163,是亚太地区拱坝中最薄最高的拱坝。

同相似类型的大坝相比,“用‘薄如蝉翼’来形容一点不为过。”韦晓明说。东风水电站在设计中巧妙地把泄洪洞、溢洪道、中孔、表孔有机结合起来,采用多种消能工实现狭窄河谷高水头大流量泄洪消能,溢洪道窄缝贴角坎消能工在国内外均属首创。

东风电站还创造了多个国内“之首”:防渗帷幕总长、防渗总面积规模之大均居国内之首；国内首次应用电网络模拟研究岩溶渗漏；国内首次提出将风选粉煤灰应用于帷幕灌浆；在薄拱坝混凝土中粉煤灰掺量居国内领先水平；首次在国内外混凝土坝基础深槽工程中应用掺氧化镁微膨胀混凝土,有效地补偿了混凝土的温降收缩；研究并解决了2000余平米大仓面不分缝结构混凝土浇筑的温控防裂问题；在国内首次提出并实现“混合进料、连续风冷、地面冰库、气力输冰”低温混凝土生产新工艺。

东风水电站获得了国家第九届优秀工程设计金奖,国家第七届优秀工程勘察金奖,堪称我国在复杂岩溶地区成功修建高坝大库的典范。

普定大坝

筑坝新技术的经典工程

普定碾压混凝土拱坝是我国应用碾压混凝土筑坝新技术兴建的第一座碾压混凝土拱坝,是当时世界上已建成的最高碾压混凝土拱坝,坝高75米,装机7.5万千瓦。该坝的筑坝新技术是国家“八五”重点科技攻关项目之一。

贵阳院副总经理、中央联系的高级专家杨家修介绍,普定碾压混凝土拱坝首次在高拱坝中采用整体式结构,坝体不设施工缝,仅在溢洪道两侧设有两道诱导缝。同时,还预埋有灌浆系统,以备诱导缝张开之后进行并缝灌浆,这种设计在拱坝工程中绝无仅有。对于整体式碾压混凝土拱坝所必须考虑的特定温度应力问题,利用诱导缝可使其有所缓解。普定拱坝的防渗结构采用二级配碾压混凝土,也是高坝防渗体设汁中的新尝试,具有很高的防渗性能。坝体上游面下部优化设汁后采用十分之一的反坡,有利于改善坝体应力,这个经验对日后碾压混凝土拱坝的剖面优化提供了重要依据,为碾压混凝土在更薄一些的拱坝中推广应用开拓了新思路。

1997年,时任全国政协副主席、水利水电专家钱正英到大坝廊道检查工作,发现自己穿的布鞋没有被水打湿,惊喜地说:“普定碾压混凝土拱坝的质量很好,要报奖。”

“普定电站大坝建设,是国内水电筑坝技术的一次革命。”蔡金良说,由于新技术的成功应用,普定水电站的建设速度加快,75米高的大坝只用了9个半月时间建成,为我国的碾压混凝土筑坝技术的广泛应用和创世界水平开拓了一条崭新的道路,也创造了可观的经济效益和社会效益。

普定碾压混凝土拱坝筑坝技术获全国科技进步一等奖,获国家第七届优秀工程设计金奖。

洪家渡

国内领先的面板堆石坝

2000年11月8日,洪家渡、引子渡水电站同时开工,拉开了西电东送的大幕。在西电东送首批四个水电工程中,贵阳院承担了洪家渡、引子渡、索风营等三座水电站的勘测设计工作。

洪家渡水电站是整个乌江十一个梯级电站中唯一具有多年调节水库的龙头水电站,装机60万千瓦,采用混凝土面板堆石坝,坝高179.50米。

“洪家渡当时坝高在国内首屈一指,工程面临很多难题。”贵阳院副总工程师湛正刚说。

洪家渡混凝土面板堆石坝高度在当时居国内同类工程之首,是国内外第三座200米级高面板堆石坝。在大坝的设计、施工中,首次在200米级坝肩近直立高边坡采用开挖锁口技术,首次在200米级高混凝土面板堆石坝采用“等宽连续窄趾板”,取消了传统的中部止水,首次采用了与200米级高混凝土面板堆石坝相适应的新结构及止水新材料；提出了坝体预沉降时间和预沉降收敛两项量化控制的关键指标,首次在大坝次堆石区采用冲碾压实技术。大坝的筑坝技术在国内同类工程中处于国际先进水平。

此外,水电站厂房一次成型,也是洪家渡电站的一大创新。在洪家渡电站的设计中,湛正刚提出了厂房一次成型的设想。水轮机墩在国内首次采用新型墙板式机墩,主厂房排架柱采用钢管——混凝土组合排架柱,使水电站厂房结构形式取得重大突破。同时,共节约直接工程投资4.69亿元。

洪家渡电站溢洪道隧洞为特大型水工隧洞,是目前已建工程中跨度和高度最大的永久水工隧洞之一。首次提出了“固结圈”承担外水压力的设计新概念,提出了充填型溶洞水工隧洞安全快速施工的新型管棚法,使岩溶地区大型水工隧洞设计与施工技术取得了重大发展。

大花水电站

国内高拱坝的代表作

“大花水电站是当时国内最高的碾压混泥土拱坝,坝高134.5米,到目前也是国内数一数二的。”贵阳院副总工程师陈宏说。大花水电站工程经过调整规划及方案,解决了工程经济指标不佳的矛盾,使得工程建设成为可行。电站所采用的结构形式,有效地减少了施工中的干扰。2005年4月大坝碾压混凝土开始施工,2007年8月下闸蓄水,同年11月两台机组先后投入发电,实际施工时间不到14个月,实现了最大月碾压混凝土上升33.7米的施工记录。电站分别获得中国电力优质工程奖和省内多个大奖。

2005年到2015年,贵阳院勘测、设计的光照、思林、董箐水电站进入施工高峰期,沙沱、马马崖一级水电站前期工作加快推进。其中光照电站以200.5米成为世界最高碾压混凝土重力坝,采用分层取水新结构,成功解决过去高坝大库下泄低温水对下游河道生态的不利影响,电站获得国家专利6项,省部级科技成果奖5项、国家级工法2项。还荣获2011年度全国优秀水利水电工程勘测金奖、设计金奖、中国电力优质工程奖、2011-2012年度国家优质工程奖金质奖、2012年度全国工程建设项目优秀设计成果一等奖等一系列荣誉。

贵阳院副院长、总工程师范福平说,从上世纪80年代开始,特别是西电东送以来,贵阳院依托西电东送的水电项目,不断进行技术创新,打造了贵阳院在碾压混凝土筑坝与混凝土面板堆石坝筑坝技术两块金字招牌。形成了特有的碾压混凝土坝设计风格和理念,积累了许多有益的经验,较好地推动了碾压混凝土筑坝技术在全国的发展。

在半个多世纪的艰苦创业中,贵阳院始终坚持“科学求实,技术创新和设计创优”,连续多年荣获全国百强设计院称号,跻身中国工程设计企业60强。

贵州喀斯特地区群山峡谷间,一座座风格各异的“坝工博物馆”,有如耸立在江河上的丰碑,虽然没有铭文,却见证着贵州水电开发取得的辉煌成就,也铭记着贵阳院不断进取、不断探索的历程。

图片摄影　杨锦强　刘坤伦