膠結(jié)壩是適合當(dāng)前國情的創(chuàng)新選擇

王海蘊

作為2018重慶國際人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)洽談會的重要活動之一，11月10日，“生態(tài)環(huán)保前沿科技學(xué)術(shù)報告會”圍繞生態(tài)環(huán)保前沿領(lǐng)域進行主題演講和研討，4位院士專家作了專題報告。中國大壩工程學(xué)會副理事長兼秘書長賈金生作了題為《促進生態(tài)文明發(fā)展的涉水新技術(shù)進展》的報告。

作為我國首位國際涉水學(xué)術(shù)組織主席擔(dān)任者和我國水工結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)帶頭人，賈金生首創(chuàng)膠結(jié)顆粒料壩新壩型及結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料制備和施工方法;發(fā)明了面板壩新型止水防滲結(jié)構(gòu)，解決了面板壩止水和面板擠壓破壞等難題;提出了高混凝土壩抗高壓水劈裂準(zhǔn)則和真實性態(tài)仿真方法，解決了300m級高混凝土壩高壓水劈裂等難題。

賈金生在此次專題報告中，介紹了當(dāng)前國家江河治理及水工程支撐的相關(guān)進展及措施，展示了涉水新技術(shù)進展，詳解了膠結(jié)顆粒料壩的概念。他表示膠結(jié)顆粒料壩是適合當(dāng)前我國國情的一種水庫大壩，得到國際贊譽。

國創(chuàng)會期間，賈金生接受了本刊記者專訪。他指出，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的深入推進，對江河治理和水工程支撐保障能力提出了更高要求，但我國水利設(shè)施薄弱仍為明顯掣肘，江河治理和水工程支撐保障能力依然不足。

從引進到原創(chuàng)

我國水庫大壩建設(shè)經(jīng)歷了一個不斷發(fā)展的過程。

回顧過往，賈金生把它分為了四個階段：1949年以前，大壩少，洪水旱災(zāi)多;1949年到1978年之間，群眾建壩高潮興起，大興水利工程，但受限于群眾建壩多是土石壩;1978年到2000年，我國緊跟國際先進技術(shù)，引進吸收消化再創(chuàng)新，積極推動產(chǎn)學(xué)研合作和科技改革，大壩建設(shè)水平不斷提高;2000年以后，我國大壩建設(shè)在設(shè)計、理論和方法等方面已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平。

權(quán)威統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底，我國壩高30米以上的大壩有6543座，位居世界首位。

從水庫大壩建設(shè)模式上來看，當(dāng)前，土石壩占比95%，混凝土重力壩占比5%。賈金生告訴記者，這兩種壩型也是國際所通用的技術(shù)模式，“我們引進來，再通過產(chǎn)學(xué)研不斷創(chuàng)新?！辈贿^，應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這兩種壩型也各有優(yōu)缺點。土石壩經(jīng)濟但存在漫頂潰決風(fēng)險，混凝土重力壩安全性高但造價高、對基礎(chǔ)要求高。

從當(dāng)前需求來看，我國工程性缺水400億立方米，水能開發(fā)程度約40%，為世界發(fā)達國家的1/2，水庫大壩建設(shè)需求仍然巨大。同時，經(jīng)濟社會發(fā)展要求更高的水資源支撐保障能力，需要可再生能源有更高的占比，高質(zhì)量發(fā)展也對大壩建設(shè)提出了新的要求。

“我們亟需突破傳統(tǒng)思維、全面創(chuàng)新，提出新的安全可靠的建壩技術(shù)，實現(xiàn)既經(jīng)濟又漫頂不潰的筑壩目標(biāo)?！?009年，賈金生基于國內(nèi)外實踐在國際上最早提出膠結(jié)顆粒料壩（Cemented Material Dam，CMD）的概念。

據(jù)介紹，膠結(jié)顆粒料壩是一種介于土石壩與混凝土壩之間的壩型，即利用水泥、砂漿、混凝土等膠結(jié)材料將砂礫石、堆石、塊石等顆粒材料膠結(jié)筑壩，包括膠凝砂礫石壩、膠結(jié)堆石壩（堆石混凝土壩）和膠結(jié)土壩等。

賈金生說，“一個大壩，因為安全要求不同，對不同部位要求也不一樣。如果都用混凝土壩設(shè)計不僅造價高，也存在過度安全設(shè)計;而如果都用土石壩，雖然經(jīng)濟但安全度又不夠?！?/p>

為了解決這一難題，膠結(jié)壩創(chuàng)新性地提出“宜構(gòu)適材”和“宜材適構(gòu)”?！耙藰?gòu)適材”即調(diào)整壩體結(jié)構(gòu)適應(yīng)材料，將砂、礫、石膠結(jié)起來筑壩，解決漫頂潰決問題;“宜材適構(gòu)”是指選擇合適的材料，適應(yīng)不同壩體功能分區(qū)，解決混凝土重力壩大部分區(qū)域材料超強問題。

所以，相比于土石壩和混凝土重力壩，膠結(jié)壩既解決了土石壩漫頂潰決風(fēng)險，又沒有混凝土壩造價高，且安全度不低于同等壩高的其他壩型。

據(jù)了解，膠結(jié)壩已經(jīng)應(yīng)用到我國多地水利工程建設(shè)中。山西守口堡水庫膠凝砂礫石壩是我國第一座開工建設(shè)的膠結(jié)顆粒料壩永久工程，最大壩高達61.6m。四川順江堰水利樞紐膠結(jié)顆粒料壩是我國第一座建成的膠結(jié)顆粒料壩永久工程，于2016年4月28日蓄水，已運行兩年半，滲壓等監(jiān)測數(shù)據(jù)表明工作性態(tài)正常。洪口水電站上游圍堰自建成投入運用后，經(jīng)受住了超標(biāo)洪水的過洪的嚴(yán)峻考驗。

這些實際應(yīng)用表明，與常規(guī)混凝土、碾壓混凝土等方案相比，膠結(jié)壩不僅工期顯著縮短，綜合造價降低約10%-15%，而且可靠度高、超載能力強。

膠結(jié)壩在中小型水庫大壩、圍堰等工程應(yīng)用具有廣泛的前景，但目前推廣還面臨一些難題。賈金生坦言，“我國水利工程系統(tǒng)是一個比較傳統(tǒng)的部門體系，而項目的規(guī)劃、設(shè)計、施工等又牽涉到諸多部門，所以新技術(shù)的應(yīng)用還需要一個慢慢接受的過程?！?/p>

據(jù)他透露，為了讓膠結(jié)壩技術(shù)更好地推廣應(yīng)用，并早日走出國門，服務(wù)于“一帶一路”沿線國家，中國大壩工程學(xué)會正積極籌劃創(chuàng)建云平臺，旨在打造“檢測在現(xiàn)場、咨詢在云端、專家在全球、服務(wù)在身邊”的全鏈條服務(wù)體系。

有生態(tài)才可持續(xù)

《水利部關(guān)于加快推進水生態(tài)文明建設(shè)工作的意見》（2013）強調(diào)，要把生態(tài)文明理念融入到水資源開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護的各方面和水利規(guī)劃、建設(shè)、管理的各環(huán)節(jié)，加快推進水生態(tài)文明建設(shè)。

也就是說，水庫大壩工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護息息相關(guān)?！氨热琰S河的小浪底工程，就可以利用大壩調(diào)水調(diào)沙，保持黃河不斷流?！辟Z金生指出，國際生態(tài)文明水庫大壩工程建設(shè)在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運行的全過程都考慮了生態(tài)文明的理念，這是落實可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的有效手段。

建設(shè)人水和諧的大壩水庫，我國也有這方面的成功實踐。建于20世紀(jì)60年代的新安江水庫，是我國第一座自行設(shè)計、建設(shè)的水電站，庫區(qū)中有1078座島嶼而得名千島湖，國家5A級旅游勝地。

根據(jù)典型案例，我們亟需從建設(shè)理念、功能定位、建設(shè)方案、調(diào)度運行四個方面，凝練水庫大壩生態(tài)文明建設(shè)準(zhǔn)則，為水利行業(yè)管理提供技術(shù)支撐。賈金生提出，“水庫大壩工程安全建設(shè)、運行，應(yīng)與流域生態(tài)保護并重，最大程度減輕流域生態(tài)影響，同時確保安全底線?！?/p>

比如，規(guī)劃階段應(yīng)合理確定水資源開發(fā)利用、水生態(tài)保護、防洪減災(zāi)等方面的控制性指標(biāo)，明確流域水資源承載力、水生態(tài)承載力、水環(huán)境承載力限值和防洪減災(zāi)要求;水庫大壩工程選址、建設(shè)規(guī)模和時序減免流域生態(tài)影響，包括徑流、泥沙、生物多樣性、水環(huán)境、岸邊濕地、生態(tài)流量等功能需求。

總體來說，整體與局部要兼顧，發(fā)揮水庫大壩工程的多種功能和綜合利用效益。同時，堅持統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，科學(xué)處理流域與區(qū)域、上下游、左右岸、干支流之間的關(guān)系，兼顧流域防洪、供水、生態(tài)環(huán)境保護、發(fā)電等任務(wù)。賈金生強調(diào)，“將大壩建設(shè)與生態(tài)環(huán)境結(jié)合，是新時代水利水電發(fā)展下的新要求，也是我們面臨的新機遇。”