水是生命之源,渗透在人类生产生活的方方面面。早在公元三千年前,人类就开始利用大坝兴水利除水害,大坝千百前来支撑着人类文明的发展。进入21世纪,大坝建设的中心到了中国,然而筑坝技术都来自西方,中国在核心技术上缺乏自己原创的技术。建造水泥用量少,清洁环保的大坝,成为中国可持续发展的难题。清华大学金峰老师团队迎难而上,首次在世界范围内提出了堆石混凝土筑坝技术,使单位体积较常态混凝土节省水泥用量50%以上,碳排放降低30%以上。堆石混凝土是将粒径大于300mm的大块石/卵石直接入仓,形成有自然空隙的堆石体,在堆石体表面浇注满足性能要求的高自密实性能混凝土,依靠其自重,充填堆石空隙,满足强度要求的混凝土。

堆石混凝土技术是2003年由中国原创的大体积混凝土筑坝技术,具有施工速度快、综合造价低、安全可靠、节能减排及环境友好等特点。国际大坝委员会主席罗杰斯评价说,这是中国乃至全世界发展最迅猛的大坝设计与施工技术之一。截至2024年4月底,已建设堆石混凝土坝175座,累计浇筑量808万m3。

北京延庆西北部军都山,海拔2199米的小海坨山区,以其独特的气候条件、优美的自然环境和优质的空气质量以及800米以上垂直落差的地形特点,成为2022年冬奥会延庆赛区的首选。为保障人工造雪,附近必须具备充足的水源。因此,赛区内需修建两座水坝,以实现蓄水和循环利用水资源的目的。考虑到冬奥会赛事的重要性以及绿色生态的环保理念,结合赛区复杂多样的地势条件,设计团队选择了清华大学自主知识产权并得到国际大坝委员会认可的新坝型——堆石混凝土坝。
作为堆石混凝土坝技术的应用者,金河水务集团承建了此次国家高山滑雪中心造雪引水系统工程。该工程是高山滑雪中心“雪道”工程人工造雪作业的唯一水源,成为国家高山滑雪中心“三道”(索道、水道、雪道)中不可或缺的“水道”设施。其中,1050m塘坝是冬奥供水的主干工程之一,也是造雪调蓄用水的唯一水源。1050塘坝属于重力坝,工程等别为Ⅲ等,总库容9.9万m³,坝轴线长77m,坝顶宽5m,最大坝高达58m。
为满足2020年国家冬奥会测试赛的需求,1050塘坝必须在2019年10月6日前竣工,并具备蓄水条件。然而,坝体施工仅剩5个月时间,按照常规堆石高度1.5-2m计算,需要8个月时间才能完工。为确保工程按期竣工,金河水务集团与清华大学金峰老师团队通力合作,通过应力计算、模板设计优化、温度密实监测等手段,充分利用高自密实混凝土良好的理化性能以及可调节悬臂模板施工方法,将浇筑层厚度提高至3m,减少了层间数量,实现了超厚层堆石混凝土同步浇筑。
同时,将装配式施工技术应用于堆石混凝土工程,采用装配式廊道施工,减少了周转材料的投入和占压,无需使用钢管支撑,使得灌浆施工通行无阻,为基础帷幕施工提前提供了通道,减少了相互间的施工干扰,有效缩短了工期。
针对常态混凝土与自密实混凝土同步浇筑界面结合处易出现质量缺陷的问题,团队研究开发了免拆钢板隔离结构,并在不同类型混凝士浇筑前的结合面处布置免拆钢板,实现了不同类型混凝土的连续同步浇筑,既提高了施工速度,又减少了施工缺陷。最终,金河水务施工团队仅用140天完成了塘坝封顶,不仅保障了冬奥会的用水需求,还创造了堆石混凝土坝的最快施工纪录。

金河水务集团在项目施工过程中,积极践行绿色奥运、科技奥运、人文奥运三大理念,坚持高标准建造、精细化施工,圆满完成了建设任务,保障了冬残奥测试赛和2022年正式比赛的所有人工造雪供水任务的顺利进行,为北京冬奥会和冬残奥会的成功举办做出了重要的贡献。以1050塘坝为核心的造雪引水系统工程荣获2022~2023年度国家优质工程“中国建设工程鲁班奖”以及中国建筑业协会绿色施工一类成果等多项大奖。


堆石混凝土的碳排放量仅占常态混凝土碳排放的三分之二甚至更低。在“碳达峰、碳中和”双碳目标下,堆石混凝土坝将展现出更为蓬勃的生命力与广阔的发展前景。堆石混凝土技术在冬奥会的成功应用,标志着它通过了中国最高级水利专家的认可,中国的大坝筑坝技术必将走向世界,成为全球范围内广受认可的主流筑坝技术,为构建人类命运共同体,贡献中国智慧和中国力量!