2021年9月27日,第十八届中国土木工程詹天佑奖颁奖大会在长沙召开,大会共颁发30项土木工程詹天佑奖,百色水利枢纽工程是获此殊荣的唯一一个水利水电工程。中国土木工程詹天佑奖是我国土木工程领域科技创新的最高奖项,评选范围包括建筑、桥梁、铁路、市政等工程,申报奖项的工程必须有科技创新和突破,必须突出体现先进的科学技术成果。
百色水利枢纽是一座以防洪为主,兼有发电、灌溉、航运、供水等综合利用效益的大型水利枢纽工程,是珠江流域综合规划确定的郁江治理和开发的关键性工程。荣获中国土木工程詹天佑奖之时,适逢百色水利枢纽工程开工建设20年,这是历史给予百色水利枢纽工程的最好礼物,是时代给予百色水利枢纽工程建设者和管理者的最高褒奖。
厚植基础促开工
百色水利枢纽通往开工的路途可谓十分曲折。回溯历史,早在1957年进行珠江流域规划时就已选定百色梯级水利枢纽为重点开发项目,勘测设计单位陆续进行了大量的勘测、规划、设计、科研等前期工作,直到2001年才开工建设,近半个世纪的前期准备,为百色水利枢纽工程的开工建设奠定了坚实的基础。
枢纽大计,选址第一。选址是水利枢纽工程建设最基础也是最重要的一环,百色水利枢纽的可选坝址较多,经过精心勘察和多种方案比选,确定主坝在广西壮族自治区百色市上游22千米处的平圩坝段。1958年,广西水电厅设计院将坝址选定在百色市上游约10千米处的百林坝段,并进行了大量勘测工作。而后,1960年和1971年,两支不同的设计团队又就大坝选址进行了两次勘察,才初步将坝址定在了平圩坝段,并形成了初步设计报告。1979年至1982年,珠江委西江局进行郁江流域综合利用规划报告时又对平圩坝址作了补充勘测,并在报告中再次重申百色水利枢纽应列为近期工程。自此,经过反复推敲修改的设计报告终于初步得到认可,百色水利枢纽的前期工作进入可行性研究阶段。
百色水利枢纽是郁江流域规划中的第二梯级,它的兴建关系着整个流域的发展规划。1985年,国家计委在对郁江流域规划报告的审查意见所作的批复中强调:“百色水利枢纽是开发治理郁江的关键性工程,应及早进行可行性研究。”水电部随即发文将百色水利枢纽列入“七五”计划水利建设前期工作项目安排,并将此项目交由珠江委和广西水电厅负责。次年,珠江委和广西水电厅下达了进行百色水利枢纽可行性研究任务的通知。然而,因种种原因,百色水利枢纽的前期准备工作又遇波折。
1994年至1997年,广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院和中水珠江规划勘测设计有限公司按照全内资兴建的方式,再次编制了《右江百色水利枢纽初步设计报告》及其补充报告,该报告经北京水利水电规划设计总院审查通过。
终于,百色水利枢纽迎来了从纸面报告到实地建设的时刻。1997年,右江水利公司成立,承担“全面负责百色水利枢纽的准备、实施、管理和右江各梯级的滚动开发”这一重任。1998年3月,经国务院批准,国家计委批复了工程项目建议书。
2001年7月,接连两场台风导致右江发生80年一遇的洪水,右江沿岸遭受有记录以来受淹范围最广、损毁民房最多、持续时间最长、经济损失最大的一次洪涝灾害,给经济社会发展造成了重大损失。这场严重的洪灾,坚定了国家修建百色水利枢纽工程的决心。洪灾刚过,温家宝同志到百色水利枢纽建设工地了解洪灾情况时指出,这次洪灾使我们更加认识到,建设百色水利枢纽不仅完全必要,而且十分迫切。
2001年8月,国家计委批复了工程可行性研究报告,水利部随即批复了工程初步设计报告。右江水利公司通过招标确定了广西桂能公司—湖南水电联合体、四川二滩国际工程咨询有限责任公司、广西桂能工程咨询集团有限公司(原广西桂能工程咨询有限公司)、中水珠江规划勘测设计有限公司(原水利部珠江水利委员会勘测设计研究院)4家监理单位和闽江—黄河水电工程联营体、百色滇桂水电工程联营体、广西百色昆长宁水电工程安全监测联营体、中国葛洲坝集团股份有限公司(原中国葛洲坝水利水电工程集团有限公司)4家施工单位,为工程的开建做足了准备。
2001年10月11日,百色水利枢纽工程开工建设的鞭炮声带着革命老区经济腾飞的期望,响彻了右江河谷。
勇于创新为设计
沿着蜿蜒的山路朝百色水利枢纽行进不久,一座呈151度钝角的“V”字形主坝映入眼帘,这种独特的大坝造型在国内十分罕见,究其原因,是由当地复杂的地质构造决定的。
百色水利枢纽工程主坝区的地形、地质条件十分复杂,以软岩为主,其上、下游皆为承载能力低、软硬相间的砂岩泥岩互层,不宜作为高坝地基。承担设计任务的广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院和中水珠江规划勘测设计有限公司(原水利部珠江水利委员会勘测设计研究院)前期做了大量艰苦细致的地质勘探工作,在几乎都是软岩的地区,选出了一处分布着140米宽的辉绿岩带。随后,又精确查明了狭窄的辉绿岩带及软硬相间多岩层的情况,发现整个辉绿岩带并非直线分布。设计团队因地制宜,将坝轴线按3段折线布置,左河床与左岸坝段轴线大致与河流正交,右河床坝段轴线向上游折转28.8度,右岸坡坝段轴线再向上游折转11.2度。就这样,一个高达130米的全断面碾压混凝土重力坝初具雏形。
大坝的外形有了,接着就要对大坝内部设计进行细化。狭窄的辉绿岩带大大限制了内部结构的布置,为此,设计团队别出心裁,将地下厂房主机洞、主变洞、尾水洞等主要洞室布置在成洞条件相对较好的辉绿岩条带中,采取厂、坝分离布置方案,将地下厂房20多条(个)洞、井、室、道贯通、交叉分布在0.12平方千米范围山体有限空间内,有效解决了枢纽布置的难题。受天然地质条件影响,地下厂房的空间规划需要与辉绿岩带的分布相结合,而由于辉绿岩带分布的局限性,使得有些洞室上覆盖岩体的厚度、洞室之间的距离不能达到稳定结构的要求,对此,设计团队再次发扬敢为天下先的精神,开展地下厂房关键技术研究,突破常规设计,充分利用现有条件,对各个洞室进行精确规划,设计出的地下厂房洞室中有的洞顶厚度与洞宽比仅为0.87,突破了国内水利工程的极限。
右江水利公司副总工程师、技术管理部(总工办)主任黄承泉介绍,一般来说,地下洞室的间距至少要两倍的洞宽才比较保险,但是如果这样布置的话,只有140米宽的辉绿岩带,根本没有那么宽敞的地方布置,所以地下厂房的洞室布置得很紧密,主机洞和主变洞之间的岩石宽度只有一倍的洞距,洞室宽20米,两个洞室之间岩石的宽度也只有20米,后期施工处理起来非常困难,采取了很多加固的工程措施。
前所未有的设计对施工团队和运行团队来说,都是一种无形的压力。为验证地下厂房洞室结构的稳定性,也为了保障大坝的安全稳定运行,地下厂房建成后,右江水利公司始终密切关注洞室的稳定情况,并持续开展安全监测、做好防护措施。“经过实践检验,证明我们当时的决定是完全正确的。”右江水利公司党委委员、总工程师邓勋发欣慰地说。
时至今日,巍峨的百色水利枢纽大坝伫立在右江河谷,历经15年洪浪洗礼稳如磐石。右江水力发电厂也已安全稳定运行15年,发电总量超209亿千瓦时,承担着南方电网的70%调峰任务,持续为广西的经济社会发展输送源源不竭的绿色水电资源。
百色水利枢纽工程的过硬品质,得益于建设、设计、施工和监理等各方的精诚合作、开拓创新,团队大胆采用多项新技术、新材料、新工艺,成功解决了工程建设中一系列高难度课题,在顺利完成工程建设的同时,取得了一批有价值的技术创新成果,给同类工程建设提供了有利的借鉴。
千思万虑谋施工
百色水利枢纽的主坝为碾压混凝土重力坝,碾压混凝土总量210万立方米。坝区附近缺乏混凝土天然骨料,仅辉绿岩和灰岩可做人工骨料的料源。但灰岩料场剥采比大,无用部分难以剔除,开采困难,且有害成分含量高,不宜用于大坝建设。辉绿岩条带在两坝头出露,储量丰富、开采方便,被选用作骨料。
虽然设计具备,材料也已到位,但是如何使用辉绿岩建大坝却成了一个难题。由于辉绿岩密度大、性脆、弹模高、需水量大,存在硬度高难以破碎、与其他石料配比难以确定等问题,加之当时辉绿岩在国内外的水利工程建设用材里十分罕见,更不用说将其用作碾压混凝土的骨料。
为摸清辉绿岩的脾性,施工单位做了一系列碾压混凝土配合比试验。试验发现:用辉绿岩做骨料碾压混凝土的用水量、凝结时间、工作性能、强度和干缩等性能有别于其他工程,特别是碾压混凝土凝结时间严重缩短,这在国内已建、在建的碾压混凝土工程中是前所未有的。经逐项排查分析得出:辉绿岩人工砂中的石粉是造成碾压混凝土上述问题的主要原因。对此,右江水利公司的工程技术人员与混凝土试验专家等一干人马,不分昼夜,在4个多月的时间里进行了上千次试验,引进了专门的破碎仪器,确定了采用“准三级配辉绿岩骨料”方案,终于解决了辉绿岩作为筑坝混凝土骨料的技术难题,保证了主坝混凝土浇筑的进度和质量,并填补了辉绿岩骨料在国内混凝土应用中的空白,大规模使用辉绿岩人工骨料筑坝的成果达到国际先进水平。辉绿岩人工砂石粉在碾压混凝土中的利用研究,荣获中国水利水电建设集团公司科学技术进步二等奖,中国电力科学技术三等奖。辉绿岩人工骨料在百色碾压混凝土坝的应用研究荣获2010年度广西科学技术进步二等奖。
急民之所急,忧国之所忧。为使百色水利枢纽尽快发挥防洪效益,施工队创新采用多种工艺、措施,确保了工程按时完成。据黄承泉介绍,由于混凝土在高温季节施工很容易开裂,施工团队原本计划在每年5月至9月高温期暂停施工,但为了加快工程进度,团队采用了骨料预冷、仓面喷雾、埋置冷却水管等多种降温措施,还首创了通过改变工程结构来降温的新方法。为了解决仓面气温回升过快,碾压混凝土表面水分损失过快问题,闽江—黄河水电工程联营体自行设计制作了仓面喷雾机。该喷雾机由J2-7.1型隧道鼓风机进行喷雾功能改制而成,可调节倾角,喷雾半径达40米,可120度摆动,摆动频率每分钟5次。该喷雾机用水量少,雾化效果好,可以根据施工状况任意移动位置,在气温超过25摄氏度以上时可人工改善RCC仓面施工环境,形成仓面小气候,防止外部空气倒灌入仓内,有效降低仓面混凝土浇筑温度,保持碾压混凝土表面湿润。仓面喷雾机的创新使用,成功解决了混凝土仓面温度上升过快的问题,并可防止混凝土仓面出现假凝现象,保证层间结合质量。此外,团队还采用在上游坝面每隔一段距离设置短横缝的方式来释放温度应力,既控制了温度,又能使大体积混凝土不开裂。就这样,在40摄氏度的高温天气下,施工团队不辞劳苦,保证了全年连续施工,最终按时保质保量完成了大坝建设任务。
两院院士、著名水电专家潘家铮在视察百色水利枢纽工程建设时由衷地赞叹:“最差的地质条件,最好的施工队伍。”
2005年8月,百色水利枢纽主坝刚刚下闸蓄水,又一场超50年一遇的大洪水袭来,大坝端坐在右江河谷,将滔天的江水拥入怀中。
“百色水利枢纽建起来了,现在我们想再看洪水没有机会了,只有拿照片来看了。”百色市水利科技站高级工程师潘刚卡说到这里满眼笑意。
右江的洪灾已经成为过往云烟,呈现在我们眼前的只有百色水利枢纽工程为两岸人民造福的情景。
多方合力保质量
百色水利枢纽在工程质量管理上始终贯彻百年大计,质量第一的方针,推行质量终身责任制,建立了项目法人负责、施工单位保证、监理单位控制、政府质量监督部门监督的质量管理体系,明确了业主单位、监理单位、设计单位、施工单位等的质量管理职责。
施工过程中秉持安全第一的原则,右江水利公司集结参与工程建设的多方力量,确保工程建设全过程无安全事故,无设备事故,无死亡事故,无火灾、洪灾事故,顺利完成了安全生产目标。
施工单位迎难而上,突破创新。为确保工程质量,闽江—黄河水电工程联营体与科研单位共同研究,邀请国内知名专家进行现场技术咨询,经过一年的研究试验,分别完成了辉绿岩石粉微观分析、石粉对碾压混凝土性能的各种影响、高温气候碾压混凝土凝结时间、辉绿岩石粉替代粉煤灰的可行性、辉绿岩砂掺河砂碾压混凝土及掺纤维变态混凝土等项目的研究,取得了大量的试验数据,掌握了辉绿岩及其石粉的微观结构特点和性能,解决了高温气候碾压混凝土施工凝结时间问题,提出了辉绿岩骨料碾压混凝土的多种优化方案,保证了碾压混凝土的工程质量和高强度施工。
监理单位制定了一系列的监理制度和监理细则,认真负责控制安全生产、文明施工。监理单位在工程质量与安全、进度计划、合同计量支付等方面建立了完善的控制体系、方法、措施和程序;对重要部位和隐蔽工程进行旁站监理;对工程变更和索赔事项,以合同为依据,结合现场实际情况,实事求是,公正处理索赔。
原水利部水利工程质量监督总站成立广西百色水利枢纽工程质量监督项目站,监督施工质量。监理单位严格履行监理职责,不放过任何一个环节,为百色水利枢纽安全、高质量的完工提供了基础保证。
百色水利枢纽工程批准的施工总工期为6年。2001年开始建设,2002年10月实现大江截流,2005年8月导流洞下闸水库蓄水,香屯、银屯副坝工程完工,2006年7月首台机组并网发电,2006年12月主体工程全部完工。
2000多个昼夜,每一项工程任务都是一场输不起的“硬仗”。一组组数据是质量的尺度,更是民生工程的标杆。百色水利枢纽主体工程的9个单位工程质量等级全部优良;89个分部工程的施工质量全部合格,优良率95.5%,其中主要分部工程12个,优良率100%;9541个单元工程,施工质量全部合格,优良率89%。工程项目施工质量等级评定为优良。
水利枢纽是造福千秋万代的大计,只有优质的工程才经得起历史长河的冲刷。自百色水利枢纽工程运行以来,已经抵御超过3000立方米每秒的洪水13次,发电安全纪录保持了5700多天,工程实现年均防洪效益4.8亿元,安全运行15年,发电总量超209亿千瓦时,水库水质优良,生态效益凸显,为下游农业灌溉和供水保障做出了巨大贡献。与此同时,其在建设、运行方面的科技创新同样获得了行业的认可。
百色水利枢纽工程在坝线选择、筑坝材料研究、高温季节连续施工、联合消能方式、狭窄地形下的地下洞室群布置、岩壁吊车梁技术等方面攻克了许多关键性的技术难题,获得了中国土木工程詹天佑奖、中国水利优质工程大禹奖及中国大坝工程学会科技进步一等奖等重要奖项,可谓实至名归。
不负春来二十年,再抒壮志绘新图。作为百色水利枢纽工程运行管理的“接力者”,右江水利公司将再接再厉,把百色水利枢纽打造成为安全可靠、绿色智能、调度科学、泄蓄自如的流域重要防洪工程和国家水网关键节点,为巩固拓展脱贫攻坚成果、助力乡村振兴、建设壮美广西做出贡献,为实施新时代推进西部大开发形成新格局的国家战略提供支撑,为建设造福右江两岸人民的“幸福河”不懈努力。