《科技创新与品牌》杂志社成果

源头创新 助推中国技术走向世界

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采用贾金生团队发明的胶结坝技术建成的四川营山县金鸡沟水库大坝工程经受住了洪水考验


这个领域不在风口也不吸睛,却一直在默默成长至世界领先,岿然守护着万民安然免受水患——新中国成立后,我国开展了大规模的水库建设,成就令人瞩目,目前已拥有水库大坝数量达9.7万多座,成为世界上水库大坝最多的国家。

水库大坝在保障国家防洪安全、供水安全、粮食安全、能源安全和生态安全等方面不可替代。以首位担任国际大坝委员会主席(现为名誉主席)的中国科学家、国际大坝委员会胶结坝专委会主席、中国大坝工程学会副理事长、流域水循环模拟与调控国家重点实验室副主任贾金生为代表的中国水利水电工程建设者,躬身前行,无悔付出,使中国大坝技术引领先河,成就了中国大坝技术不可小视的国际影响力。

新理论、新方法

解决世界级工程建设难题

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2018年贾金生(右一)在突尼斯就梅莱格胶结坝技术与现任国际大坝委员会主席林诺(右二)讨论

用堆石或砂砾分层碾压填筑成坝体,用混凝土面板作防渗体的坝,简称“面板坝”。面板坝因其安全性、经济性和良好的适应性而在世界水利工程中被广泛应用,但200米以上高坝变形大、面板挤压破坏、接缝止水破坏难题突出,困扰着行业发展。

贾金生围绕关键技术难题,带领团队揭示了高面板坝挤压破坏的机理在于大坝变形大、变形不协调;提出了止水结构和材料一体化优化方法,实现了高面板坝止水设计由定性到定量的跨越;提出了混凝土面板耐久性定量设计方法,解决了低温、冻融循环、高压水等严酷条件下面板抗裂和耐久性问题;形成了《高混凝土面板堆石坝关键技术创新》成果,对我国面板坝技术由跟随到引领的跨越贡献突出,并为233米的世界最高坝水布垭面板坝、世界第二高坝马来西亚巴贡面板坝等工程的成功建设及运行作出了创造性贡献。成果还应用于国内外100多座水坝工程,其中紫坪铺面板坝更是经受住了汶川强震的考验。

该成果获国际大坝委员会科技创新奖、国家科技进步奖二等奖2项,被纳入国际大坝委员会技术公报,被国际大坝委员会原主席贝尔加评价为“居于国际引领地位”。


首创胶结坝新坝型

引领世界筑坝技术新发展


我国有9.7万多座水库大坝,这骄人业绩的背后也存在着安全隐忧:土石坝多、小型水库多、老坝多,工程标准低、质量差、病险多。“先天不足”加上“后天失养”导致每到汛期便面临溃坝风险。近年来,随着极端天气事件增加,土石坝漫顶速溃和连溃风险增大,小型水库大坝溃决时有发生。

对于生于黄河边也曾近距离领教水患危害的贾金生来说,自从选择水工专业,便把确保水库大坝安全作为责任和使命。1999年,刚刚走上中国水利水电科学研究院副院长岗位,他即牵头组建项目团队,开始了攻坚克难、创新探索的不凡历程。

解决问题,首先要找准症结所在。贾金生带领团队对世界已有的土石坝和混凝土坝特性深入分析,认为土石坝易溃是因为坝体材料为散粒体,如何将其胶结起来并保证坝体质量安全是解决问题的关键。

十年磨一剑。团队对以土石料为筑坝原材料的胶结材料进行级配、抗压、抗剪、抗渗以及抗冲蚀等反复实验,并在水利水电围堰工程应用试验,2009年,正式提出胶结坝概念——利用少量水泥、粉煤灰、外加剂和当地不筛分、不水洗的河床砂砾石、基础开挖料、风化料等广源材料,拌合胶结筑坝。它是土石坝与混凝土坝之外的新坝型,吸收了两种坝型的优点并改进了不足,通过胶结改变了土石坝材料散粒体特性,可实现漫顶不溃;与混凝土坝比,其放宽了对材料和坝基的要求,骨料与添加材料不需严格筛分和配比,坝基不必是岩基。

胶结坝一经提出,就得到了水利部、科技部的高度重视,将其纳入水利行业重点研发计划、国家“973”计划、国家科技支撑计划等项目,从而加快了研究实践进程。针对同一坝体不同部位安全要求的不同,贾金生带领团队创新性提出胶结坝“宜构适材、宜材适构”的筑坝理念;发明专用施工设备和质量快速测定仪器,解决了200毫米大粒径、高离散、用水量大、波动的非连续骨料高效拌和难题;研发了智能加浆振捣设备,实现了防渗层加浆量的精准控制;开发了专用外加剂和阻泥剂;研发了基于超宽带定位的数字化质量监控系统,实现了施工质量全过程数字化监控、动态调整和实时预警;编制了水利部胶结坝技术标准与设计、施工等团体标准。

新型胶结坝的提出,一改过去大坝建设主要坝型均由西方国家提出的历史,是世界筑坝理论的一项重大创新。2011年,水利部认定该技术为“水利先进实用技术”,并将其列入《2021年度水利先进实用技术重点推广指导目录》。

胶结坝技术成果获省部级科技进步奖一等奖2项,授权国内外发明专利12项。成果应用于我国西江水库、金鸡沟水库和突尼斯梅莱格水库等国内外40多座水利水电工程,多座工程经受住了超标过洪考验,且比混凝土坝节省投资10%~20%。

2013年8月,在国际大坝委员会第81届执行会议上,胶结坝筑坝技术得到高度认可,被誉为“大坝发展史上的重要新进展,是中国专家的发明,具有里程碑意义”。大会表决通过成立胶结坝专业委员会,由贾金生担任主席,负责组织世界范围内的研究和推广。同时,他还牵头负责编制国际大坝委员会技术公报。团队已与国际专家合作编制完成了《胶结土坝》技术公报,正在编制《胶结砂砾石坝》技术公报。这是国际大坝委员会的核心产出,是世界各国水利水电工程招投标的技术参考文件,标志着由中国专家首创发明的胶结坝筑坝技术标准体系已开始成为世界各国建设胶结坝的重要依据和准则。  


推动中国坝工走向世界

不断扩大国际影响

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2018年 贾金生(左)在突尼斯梅莱格工程工地与林诺(右)讨论胶结坝问题

多年来,无论是担任国际大坝委员会主席还是名誉主席,贾金生始终把推动中国坝工事业走出国门、登上国际舞台作为重要职责,积极尝试,创新探索,广泛联合。他主持推动了《堆石混凝土坝》技术公报的编制,提升了中国坝工新技术的世界影响力;倡议并推动设立大坝国际里程碑工程奖和国际大坝杰出工程师奖,先后为三峡混凝土重力坝、龙滩碾压混凝土坝、向家坝混凝土重力坝、小浪底斜心墙堆石坝、水布垭面板坝等工程颁发此奖,先后有21个国家的40多座大坝工程获奖,影响甚广。在担任中国大坝工程学会秘书长期间,他与学会团队一起,积极搭建中外学术交流平台,主动承办各类国际会议,还先后推荐多位中国专家任国际大坝委员会专委会主席。

大坝有形,创新无限。贾金生团队不断创新突破,探索前行,不仅使中国水库大坝“安全阀门”不断拧紧,为水库大坝高质量发展插上了腾飞的智慧翅膀,而且为推动我国坝工事业不断走向世界,提升国际话语权和影响力作出了巨大的贡献。