【国家科技奖系列报道】堆石混凝土坝:把论文写在祖国的大地上

“把论文写在祖国的大地上”,是习近平总书记对广大科研工作者的殷切期待。在清华大学,有一支科研队伍以十五年的时间实践了这一口号——由土水学院教授金峰、安雪晖带领的研究团队专注于解决筑坝技术发展面临的技术难题,把团队研发的科技成果应用在利国利民的事业中。团队的原创项目“堆石混凝土坝”,是唯一由中国人发明、并得到国际大坝委员会认可的新坝型,目前已经在国内外工程中得到了广泛应用。

顾名思义,堆石混凝土坝技术是以一种用“堆石”和“混凝土”相结合进行筑坝的工程技术。这种技术让大块堆石与自密实混凝土相结合,先将堆石直接入仓,随后通过预埋灌浆管将混凝土填充到堆石的空隙中,从而形成坝体。比起传统筑坝技术,这种方法能有效减少水泥用量,节省了施工成本,缩短了工期。这项技术还具有节能环保方面的显著优势,在降低水化热、取消简化温控和提升材料抗裂性能等方面取得了突破性进展。除了建设大坝,堆石混凝土坝还可用于堤防、基础等工程建设,成功解决了水下浇筑、复杂裂隙充填等一系列施工难题。

对于金峰、安雪晖研究团队而言,2003年1月17日是具有历史意义的一天。这一天,时任土木水利学院副院长的金峰和刚从日本回国的安雪晖一起去食堂吃了顿饭。

金峰和安雪晖都是清华大学水利系的系友,金峰是清华典型的“双肩挑”干部,既是学院领导,也是学术带头人;安雪晖此前曾在日本东京大学工学部任教,2002年作为清华大学“百人计划”引进人才回到母校的怀抱。当时两位教授怎么都不会想到,这顿饭彻底改变了他们未来十五年的研究计划。

在食堂的餐桌上,两位教授“脑洞大开”,你一笔我一划地在餐巾纸上画下了“混凝土筑坝技术概念图”的草稿,还给它起了个名字——堆石混凝土。面对这幅餐巾纸手绘,两位教授笑着相约一定要把它付诸实践。就这样,凭着发明中国原创筑坝技术的一腔热情,两人踏上了科研的征途。

蓝图十分美好,然而从理论转化为实际应用的过程并不容易。两个搞了十多年计算的学者要进行大体积混凝土浇筑,既没有场地和资金,也没有团队。为了让实验继续下去,两人不得不多方筹集研究经费,借用实验场地,展开了一系列专项的室内试验研究和工程实践验证。团队的周虎老师当时还是硕士研究生,为了做浇筑实验,带着几个本科生跑遍了全国各地。

十五年的岁月里,团队的每一位成员在堆石混凝土筑坝技术的研发和推广中都投入了大量的时间和精力。辛勤付出换来技术上的累累硕果,他们真正做到了“把论文写在祖国的大地上”,而对由此带来的科研成绩评价受到的一些影响,他们从未感到过遗憾或后悔。

从一张餐巾纸上的手绘图到专利申请,从第一块浇筑试样到第一座实验坝成型,从第一个工程局部应用到第一座完整的大坝完工,这一切都离不开每一位团队成员出类拔萃的才智、不忘初心的情怀和十余年如一日的坚持。

有付出就会有收获,由于卓越的性能和显著的优势,堆石混凝土坝技术已在国内外获得了20余项发明专利授权。由马洪琪、钟登华、张超然、张勇传、钮新强5位院士等人的专家组对这项技术给出了高度评价,认为堆石混凝土技术“具有原创性自主知识产权,为水利水电工程筑坝技术开拓了一条新的途径,是混凝土筑坝方法的重大创新”。在2017年度国家科学技术奖励大会上,堆石混凝土坝项目荣获国家技术发明奖二等奖。

在中国加快发展低碳经济的时代背景下,堆石混凝土技术备受重视。始建于1972年的长坑三级水库工程曾多次漏水,虽然经过三次加固,然而效果并不明显;另一方面,水库居于重要的地理位置,一旦失事,后果不堪设想。在2010年的水库重建工程中,大坝主体全部采用了堆石混凝土技术,从旧坝体中拆出了符合粒径要求的石块,作为堆石重新利用,不仅从根本上解决了安全隐患,而且节省了建筑成本,大大提升了水库的年供水量。据不完全统计,2005年-2017年间,国内已建成堆石混凝土重力坝、拱坝40余座,在建堆石混凝土坝约30座,还有超过60座堆石混凝土坝已经通过审查,即将开工建设。堆石混凝土技术的应用,为国家节约了超过4亿元的资金,还减少了约50万吨的二氧化碳排放。

堆石混凝土坝不仅在中国国内的工程建设中得到广泛的发展与应用,还在水利水电工程建设的国际舞台上绽放光彩。金峰和安雪晖教授团队曾经多次应国际大坝委员会、世界银行以及一些国家水利部门的邀请,赴国外作专题报告、进行方案比选。目前,老挝、越南、肯尼亚、埃及等国已经就堆石混凝土应用开展研究,即将或已经将其付诸实践。

“穷理以致其知,反躬以践其实。”科学研究既要追求知识和真理,也要服务于经济社会发展和广大人民群众。回顾这十五年来的研究历程,金峰和安雪晖两位教授由衷表示:“我们是很幸运的!”

 

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    土水学院

     
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    编审
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