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在中國(guó)的西部，由于山勢(shì)險(xiǎn)峻，水量充沛，這里大大小小的江河中一直蘊(yùn)含著巨大的水電資源。

轉(zhuǎn)載自網(wǎng)易新聞學(xué)院(we_know_media)

出品| 網(wǎng)易新聞

作者| 須臾千秋

近年來，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)電力的需求越來越大，對(duì)西部地區(qū)的水電開發(fā)也越玩越“高端”：從長(zhǎng)江中游海拔185米的三峽，到上游金沙江海拔834米的白鶴灘水電站，再到海拔2010米高的虎跳峽水電站……海拔越高，山勢(shì)越險(xiǎn)峻，落差越大，蘊(yùn)藏的水能資源越豐富，開發(fā)起來收益也越大。

可是再往上，到了海拔3000米，連人都會(huì)有高原反應(yīng)的地方，這水電站該怎么修呢？位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江兩河口水電站，正是在這樣的海拔上修建起來的土石壩。

它不僅海拔高，自身也高。通常70米以上的土石壩就被稱為高壩，而兩河口水電站則高達(dá)295米，比美國(guó)的胡佛大壩還要高出15層樓那樣的高度。

這樣一座水電站是怎么修建起來的呢？

（一）海拔高自身也高，土石壩是如何修建的？

顧名思義，土石壩就是利用當(dāng)?shù)赝亮�、石料或混合料筑成的擋水壩，與混凝土修建的拱壩和重力壩很不相同。

一座混凝土大壩的澆筑量少說也要幾百萬噸，如三峽大壩這樣的巨型大壩，混凝土的澆筑量甚至超過7000萬噸。每噸混凝土的造價(jià)要一百多元，因此光是混凝土的造價(jià)就高達(dá)數(shù)億元。

要是在平原地帶或者公路運(yùn)輸通暢的地方，這個(gè)混凝土價(jià)格尚且可以接受；但兩河口水電站位于高山深谷之中，交通極不便利，不僅使得混凝土的運(yùn)費(fèi)大幅上漲，一旦因?yàn)閻毫犹鞖夂吐窙r阻礙了交通，混凝土在供應(yīng)量上也很難跟得上，會(huì)嚴(yán)重影響工程的進(jìn)度。

因此，建設(shè)者們只好就地取材，利用當(dāng)?shù)爻Ｒ姷乃槭�進(jìn)行建設(shè)。

雖然名為土石壩，但大壩不可能完全由土石建成。土石的簡(jiǎn)單堆積體透水性極強(qiáng)，起不到擋水作用，在長(zhǎng)期水流沖擊下也很容易被水沖潰。因此，現(xiàn)實(shí)中的土石壩是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體。

大壩中心位置的心墻是由防滲性極強(qiáng)的黏土填充而成，而起保護(hù)作用的外殼則是由抗壓性極高的砂石填筑。這些砂石都經(jīng)過嚴(yán)格篩選，不僅本身的強(qiáng)度要非常高，而且還要大小搭配均勻，級(jí)配良好，這樣才可以在堆積過程中將砂石之間的縫隙填充得盡可能密實(shí)，提高大壩整體的強(qiáng)度。

土石壩所用砂石

土石壩中心的心墻，向來是土石壩的核心技術(shù)，其施工難度隨壩體高度的增加而升高。它不僅要起到重要的防滲作用，而且還兼具著維持壩體穩(wěn)定的重要作用。其施工難度大，對(duì)材料要求高，因此常常成為決定工期和工程質(zhì)量的重要指標(biāo)。

經(jīng)過多方勘察、比選上下游的14個(gè)土料場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，兩河口大壩周邊土料的抗?jié)B性能雖然可以滿足超高壩防滲要求，但總體顆粒偏細(xì)，壓縮模量、力學(xué)指標(biāo)偏低，協(xié)調(diào)變形性能不能滿足超高壩的要求，需要摻加礫石改性。

土石壩心墻示意圖

在心墻中摻加礫石會(huì)提高心墻的強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)降低抗?jié)B性能。此外，摻加礫石的種類也會(huì)對(duì)心墻的性能造成影響。

經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，工程師們終找到了的填充方式，使得心墻的強(qiáng)度和抗?jié)B性能都能達(dá)到要求。

（二）砂石填筑量達(dá)一億噸，砂石中的學(xué)問可不小

松散的砂石本身并不具有強(qiáng)度，土石壩需要依靠砂石層層向上傾斜的堆積維持強(qiáng)度，因此土石壩的厚度往往很大，相同規(guī)模的土石壩所用砂石量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土壩的材料用量。

兩河口水電站的砂石填筑量就達(dá)到了一億噸，比三峽大壩還多。為了維持如此巨大的砂石供應(yīng)，兩河口水電站建設(shè)項(xiàng)目專門開辟了幾座山做為采石場(chǎng)。為了修建整座土石壩，需要消耗兩萬噸炸藥，這相當(dāng)于一顆廣島原子彈的當(dāng)量。

然而，由于土石壩對(duì)于砂石的質(zhì)量要求很高，能夠?yàn)榇髩翁峁┒蚜系纳讲⒉欢唷?/p>

傳統(tǒng)的平行起爆方法爆破方法比較差，產(chǎn)生的碎石大尺寸太大，級(jí)配不合格。因此，工程改用了較為少見的斜線起爆的方式。

經(jīng)過艱苦的跟蹤試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)整爆孔和炸藥的技術(shù)參數(shù)，爆破工程師們找到了的解決方案，將碎石的大粒徑降低到了0.8米以下。

石料開采爆破現(xiàn)場(chǎng)

每次爆破可以炸出5萬立方米、十萬噸左右的砂石，這些砂石攪拌均勻后會(huì)被運(yùn)到山下的填筑場(chǎng)。

光有質(zhì)量合格的砂石還不夠，在填筑過后，這些砂石料還要經(jīng)過反復(fù)的碾軋才能達(dá)到足夠的致密程度，這樣才足以抵擋相當(dāng)于三萬臺(tái)推土機(jī)的江水壓力，并起到保護(hù)大壩心墻的作用。

如果碾軋不緊實(shí)，大壩就會(huì)在使用的過程中發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重影響大壩的質(zhì)量，甚至容易被水沖潰。在碾軋的過程中，工程中的每臺(tái)碾壓機(jī)都要碾過相當(dāng)于繞地球六圈的路程才能將大壩夯實(shí)成合格的狀態(tài)。這會(huì)將整座大壩壓低30米，相當(dāng)于10層樓的高度。

但是，施工現(xiàn)場(chǎng)有那么多臺(tái)碾壓機(jī)，應(yīng)當(dāng)如何控制碾壓機(jī)的軌跡和工作程度，以使得壩體得到充分碾軋呢？

工程師們研發(fā)了一種能夠通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)來追蹤碾壓機(jī)軌跡的方法，能夠直接監(jiān)控每一臺(tái)碾壓機(jī)的工作情況，精確指導(dǎo)碾壓機(jī)的每個(gè)動(dòng)作。