特高土石坝为什么被称为守护江河的“定水神针”？丨天工开问㊺

两江口水电站大坝全景

封面新闻记者 马晓玉

一座大坝可以是一堵拦洪的巨墙、可以是一个庞大的蓄水池、一台强劲的发电机，还可以是一条航运物流的大通道。在我国4.5万余条江河上，建造了大大小小近10万座水坝。它们如同十万个“定水神针”般屹立在群山江河间，守护着一片又一片家园。

而在这近10万座水坝中，又数土料、石料或混合料堆筑成的土石坝最多，占比达95%以上。因其建造往往只需“就地取材”，土石坝又被称为当地材料坝，这种坝型不仅能节省大量钢材﹑水泥﹑木材等建筑材料，也便于维修和加高﹑扩建。

众多的优点使得土石坝成为最古老，也是应用最为广泛和发展最快的一种坝型。在近期举办的第三届天府科技云服务大会上，中国电建集团成都院（以下简称成都院）的“特高土石坝建造成套技术”作为10个重大高新技术待推广项目被推介。

两江口水电站大坝

土石坝常有

而特高土石坝稀缺

从高度上来说，100米以上的土石坝即是高土石坝，200米以上就可以称作特高土石坝。土石坝建得越高，也就意味着蓄水量越大。目前我国已修成200米级的特高土石坝仅有5座，300米级更是仅有雅砻江双河口大坝一枝独秀。

事实上，土石坝建造技术在我国已有数千年的历史。起初人们就地取材，用经过层层压实的土料颗粒筑起上窄下宽的高墙，利用坝身自重产生摩擦阻力来抵抗水压，拦住上游来水，这就是最古老的土坝。除了土料，卵石、砂石以及人工开采的块石等均可用来堆筑大坝，人称堆石坝，但石料颗粒粗、硬度大，极易发生渗水，即便机械压实，也收效甚微。

于是工程师们利用石料、土料“双管齐下”，在堆石坝中央增设一道直立的土质防渗墙成为心墙堆石坝，即土石坝。只不过早期由于没有大型振动碾压设备，坝体填筑高度受限且易产生裂缝。

“20世纪60年代末期，随着重型振动设备投入使用，特高土石坝建造成套技术也逐渐成熟，还针对深山峡谷的地形地质特点，攻破了200m以上的高土石坝的技术难题。”中国电建集团成都院副总工程师金伟表示。

近30年来，土石坝建造技术飞速发展，古老的土石坝持续冲击新的高度，陆续建成了101.8m碧口水库大坝、240m坝高的长河坝大坝、300m两河口水电站大坝等。金伟表示，目前双江口水电站大坝填筑也已经超过100m，其最大坝高达314m，未来将重新定义世界最高坝。此外，正在建设的特高土石坝有大渡河双江口大坝、澜沧江如美大坝、金沙江拉哇大坝等。

金伟在两河口水电站内向建设单位项目工程师介绍发电站的厂房布置设计情况

发电量或可超过8000万千瓦

世界第二高土石坝——两河口大坝

一段时间以来，对于冬季用电需求量大、水电占比量高、受地形条件制约强的四川乃至整个西南地区而言，建造适应性强的特高大坝形成超大水库迫在眉睫。

于是两河口水电站大坝应运而生，其最大坝高295m，仅次于塔吉克斯坦共和国境内的努列克大坝（最大坝高300m）。两河口水电站大坝位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，它不仅是涉藏地区综合规模最大的水电站工程、也是目前世界第二、国内第一的土石坝，其攻克了300m级砾石土心墙堆石坝设计施工关键技术，工程综合技术难度居世界最高水平。

金伟在两河口大坝填筑石料场介绍大坝料场地质条件和开挖支护设计情况

“作为中国水电开发向高海拔寒冷地区发展的标志性工程以及按照‘施工全过程智能化技术’修建的300米级超高土石坝工程，两河口可为雅砻江中下游、金沙江下游和长江干流上的水电站增加平枯期年发电量约342亿千瓦时，相当于两河口水电站自身发电量的三倍，对减少丰水期四川‘弃水’、改善四川电网’丰余枯缺’的结构性矛盾具有不可替代的作用。”

“不仅如此，两河口水电站还将进一步带动雅砻江流域水、风、光清洁能源的协同开发。未来雅砻江流域清洁能源总规模更将超过8000万千瓦，成为世界上最大的绿色清洁能源基地之一。”金伟表示。

还未完工的两江口水电站大坝

千锤百炼

大坝的诞生往往要经过数十年的论证

不可否认的是，即便特高土石坝有着众多优点傍身，但粘土、碎石等筑坝材料本身就属于松散颗粒，即使使用了重型振动碾，颗粒间的孔隙依然存在，在江水日积月累的侵蚀下发生渗流在所难免。

金伟谈到，“在发展过程中，部分国内高土石坝工程出现了坝体变形过大和坝体渗漏量大等问题，坝体变形也无法准确监测，理论分析走向了瓶颈；国内高土石坝建设受到了质疑，高坝建设水平停滞。”这也正是特高土石坝建造技术所要攻破的难点。

好在，经过多年研究，成都院在充分分析国内外已建工程资料和运行隐患的基础上，组织国内科研单位进行攻关，成功突破技术瓶颈。形成了复杂土料场数字化勘察和规划利用技术、深切河谷高土石坝非等强加筋抗震技术，高土石坝剪切渗漏理论及关键技术等。

事实上，建造大坝其实只是宏伟水利水电工程的冰山一角，正如三峡工程，早在大坝开工之前已历时40年精心设计、反复论证，两河口水电站大坝也自1965年就开始论证。

可见，要想让一座大坝在波涛汹涌中历经岁月的洗礼而巍然不动绝不是件容易的事。“灰扑扑”的大坝并不像其他建筑那样惊艳绝伦，却无不凝聚着工程师的心血，在我们所看不见的崇山峻岭间挑起蓄水防洪、航运发电的大梁。

（图片由中国电建集团成都院副总工程师金伟提供）