本报记者 郭靖 黄慧
土坝铺土厚20厘米,碾压15遍;“打铺盖”解决大断层,长158米、厚3米;坝顶浇注红沥青混凝土,控温50摄氏度至80摄氏度……这是一种怎样的标准?
有人会说,那是工程方案要求;也有人会说,那是有章可循的施工设计。但在水利工程上,有这样一个说法:绝不能单纯依赖计算出来的结果,即使你已经设计了100座大坝,第101座依然得从“零”开始。
依循最初的设计,在当年施工时,南湾水库曾遭遇一波三折;因物资机械缺乏,要挑战技术难关,无经验可循;两次除险加固中,力求突破创新,只能一次次探索。
可以说,没有探索、没有突破,就没有这座“淮上明珠”南湾水库!支撑她的,是全体南湾水库工程技术人员的智慧和勇气。
技术人员群英荟萃
1951年5月计划兴建南湾水库,工程的实施得到了全国的支援。建设水库的技术人员,更是来自全国各地。
由水利部淮委、省淮总派来技术干部600余人,其中有王进廉、陈惺、陈业清、李节发等专家、工程师;从上海市、江苏省及石漫滩、白沙、板桥、薄山等地调集3000多名技术工人,从混凝土立磨到浇注,从抽水到开山爆破,从机械碾压到发电照明,构成一条龙的技术作业队伍。
参加南湾水库建设的,还有7位苏联专家和一位捷克院士,他们主要参与重大技术问题研究。
南湾大坝完工后,建设大军马上分路北上,复建板桥、石漫滩、白沙等大坝,后来又投入河南各地水库建设。在南湾成长起来的水利建设队伍,分拆为河南省第一、第二水库总队(后来分别演变为河南省水利第一、第二工程局),成为河南水利建设的主力军。
今年80岁的王永福老人便是南湾水库建设大军中的一员。王老是许昌长葛人,曾任原河南水利二局总工,中原各地众多水利工程都留下了他的足迹。尽管参与了众多水利工程建设,但南湾水库的建设经历让他至今难以忘怀。
1952年年底,河南治淮总指挥部成立技术人员训练班,年仅17岁的王永福被抽去学习一年。1953年年底毕业后,王永福被分到南湾,担任大坝质量检查员,第二年便在工地上入了党。
时隔60年,说起南湾水库,他仍称赞道:“南湾水库的质量很好,是铜墙铁壁!”
然而,“铜墙铁壁”的背后却经历了一波三折。王永福曾亲历其事,在他一点一滴的回忆中,时间仿佛回到了上世纪50年代那段难忘的日子。
“大断层”难题被攻破
水库开工前,淮河水利委员会曾多次组织勘查和论证。水利部长傅作义、地质部长李四光都曾带专家亲临工地,确认南湾村为坝址,同意了输水道、溢洪道工程轴线,并确定了坝型为“黏土心墙砂壳坝”,简称土坝。
“当时国内水泥稀缺,南湾坝址附近有大量可以筑坝用的土砂石料,便选定修土坝。”王永福解释道,修建这种坝,要先开挖截水槽,把风化、破碎的岩石全部挖出来,一直挖到完整而坚实的基岩,然后在截水槽底部浇注混凝土截水墙。
1953年2月,开工3个月左右,土坝施工就遭遇地质上的大难题,工程被迫停工一年多。原来,浉河左岸的土坝截水槽顺利完工后,右岸却有40多米截水槽怎么也挖不到基岩,一查发现是大断层,宽达44米,断层内岩石破碎严重,并含可溶性碳酸盐,如果不加处理,水库蓄水后压力增大,有可能形成管涌,威胁水库安全。
王永福说:“这在当时是大难题,为了找到解决方案,水利部技术人员和苏联水利专家布克夫、沃罗宁等都来到南湾工地进行检查、研究,大家可费了不少脑筋。但这个断层十分棘手,技术人员一时间拿不出解决方案。”
屋漏偏逢连夜雨,5月,溢洪道引水渠开挖过程中遭遇大雨,左侧边坡发生1.5万立方米的大滑坡。考虑到水库工程基础工作不周全,7月中旬,经水利部批准,整个工程停止施工,大部分民工暂时解散回家,干部一部分调出,一部分组织学习水利技术。
这期间,技术人员仍日夜思索,找寻解决断层的方案。苏联专家布克夫等人提出灌浆的办法,但压力达不到,水泥浆灌不下去,难以达到预期目的。正当“山重水复疑无路”之时,有中国专家想到了筑坝用的黏土,提出用黏土覆盖断层的解决方式。
此种方式犹如沿断层向上游“打铺盖”,具体措施是将河槽大断层的截水槽向上游加宽至25米,挖深4米,然后在黏土心墙上游铺黏土隔水层长158米、厚3米。
一经试验,“打铺盖”的方法既简单易行又效果好,得到了中外专家的一致认可。在停工一年零三个月后,1954年10月,工程修正设计和施工设计编制完成,水利部批准南湾水库全面复工,并调集技术人员和干部增强施工力量,围堰合龙成功赶在春汛前期完成。
施工波折促使南湾水库建设更科学、更严谨,从而确保了工程质量,成为闻名全国的“铜墙铁壁”。
“图谱”发明解决检测难
在建设南湾水库的过程中,建设者充分发挥了敢想敢干的劲头,有些想法和做法甚至在今天的人看来仍具有实用价值。
在技术上,黏土土料压实标准严格控制在不低于设计的干容重1.7吨每立方米,并规定黏性土料必须控制在最优含水量范围内压实。这就需要每天对不同土质的土料进行计算检测,做出相关的报表和记录,以便核查土料压实后能否达到设计压实标准值的要求。
然而,检测并不容易,根据王永福的回忆,工地上最初采取拉计算尺的测量方法。这种方式计算起来,不仅容易算错,还复杂耗时。怎样才能优化计算方法?这难不住敢想敢干的南湾人。
当时的技术员陈载良有着丰富的经验和过硬的专业技术。在施工过程中,他反复在现场实验,根据黏土的不同类型与测量计算结果,发明了土质检测图谱。
这种方法是选取特制的钢管做成测量管,在大坝取样不同类型的土,如黏土、混制土,将其上下两端的浮土削平,首先测出土的体积和重量,再由技术人员测算出含水量,然后拿到实验室风干,算出干重能否达到标准。每种类型的土质测算数据,被详细记录下来,通过分类做出检测图谱。
在当时物资匮乏的年代,发明的过程十分艰难。比如测量管太细不行、太粗也不行,因为大坝经过十几遍的碾压,土特别结实,太细容易断裂,太粗钢管入土费力。
“这项发明人人都能操作,大大简化了计算程序,使得土质紧密度的计算又快又不容易出错。”王永福说。
“六轮气胎碾”推广全国
正值南湾水库如火如荼地修建时,从省里传来一个不好的消息:先于南湾水库兴修的板桥、石漫滩水库大坝先后出现水平裂纹,经检查是黏土和细砂碾压出现问题。
此事引起广泛关注,南湾因此在已建大坝上挖了7个试坑,检查结果令人出一头冷汗:黏土心墙有浮土!判断是因为铺层太厚、碾压次数控制不严所致。
为确保大坝质量,技术人员想出很多办法,进行大量试验。这期间,技术人员在大坝上挖了多个试坑,一直和砂土较劲。“我们整天在坑里挖土、压砂,尝试不同方案。”王永福说,凭着执着攻坚,大家终于得出定量数据:铺20厘米,碾压15遍,黏土心墙能达到设计要求。
在压砂试验中,技术人员创制了一种六轮气胎碾,这种压砂机车身短、轻便,进退灵活,大小面积均可使用,提高工效三倍多。用这种碾,铺砂厚40厘米,碾压12遍,可达到设计标准。
南湾工程重新开工后,700多米大坝上,安排技术检查员80多人,专门负责质量控制。
寒来暑往,复工一年后,大坝建成,坝高35米,坝顶长743米,截断浉河,连接两山,巍然壮观。经验收,大坝施工质量良好,各项指标达到设计要求。
南湾人摸索出来的经验,引起河南乃至全国各地水库的注意。他们创制的六轮气胎碾更被全国推广应用,大大降低了各水库压砂成本。
“除险加固”再闯难关
1975年8月,特大暴雨引发的淮河上游大洪水,使中原地区包括板桥、石漫滩两座大型水库在内的数十座水库漫顶垮坝。为解决水库度汛安全,1978年,省革委水利局设计院完成加固设计;2004年,为解决水库工程长期运行暴露出的安全隐患,水利部水规总院通过了南湾水库除险加固初步设计。
“经过两次除险加固,大坝粘土心墙垂直加高3.3米,总蓄水量增到16.3亿立方米,提高了水库的防洪能力。”刘力强告诉记者。
52岁的刘力强是南湾水库的高级工程师,分析解决过不少复杂的技术难题,曾获得市科技进步奖3项。作为第二次水库除险加固的参与者,在他的记忆中,除险加固的施工过程经历了不少难题。
最先遭遇的难题是泄洪洞的开挖。泄洪洞工程早在1978年除险加固时就已设计,但因资金问题被搁置,直到第二次除险加固时才得以施工完成。
总长405米的泄洪洞,地质情况复杂、施工作业面狭窄,大型机械无法进入,对开挖和混凝土衬砌技术质量要求都很高。
“挖泄洪洞时我们一直在跟水作斗争。”刘力强说,当时施工场地和进口都有蓄水,但因作业面有限,排水困难重重。下大雨期间,山上水冲下来;不下雨时,水从水库周边的岩石渗出来,人基本整天泡在水里,但在大家的合力拼搏下,泄洪洞成功赶在汛前完工。
再拿水库下游坝坡翻修来说,经过几十年,坝坡上当年所砌的石头已经风化,必须重砌。这个施工说起来很简单,但实际操作很难。
“一开始,我们请了几十支民工队,事先做现场试验,合格了才能到坝坡上干,到最后施工时只剩下六七支民工队。”刘力强说,不仅是因为工程施工把关严格,还由于修坡的过程异常艰辛。
重砌坝坡用的是花岗岩,在普通岩石中是最坚硬的。要将坚硬无比的花岗岩修平整后再砌上去可得使出不少劲,很多民工的作业都不合格。当时工程科参与施工的有6人,一整天都盯在工地上,什么地方砌得不到位就拆了重砌。
工程施工结束后,水利部的专家下来视察,对此评价很高:“你们这干了之后,可以申报水利部‘大禹奖’。”
“这可是水利工程最高奖。”尽管由于事后的耽搁没能申报,但说起这事儿,刘力强和工程科的队友们心里仍充满了自豪。
“红坝顶”成河南首创
来到南湾水库,绵延的堤坝与碧波荡漾的湖水相映生辉,“红坝顶”就像一道色彩亮丽的丝带在碧绿的湖水映衬下格外引人注目。
这种“红坝顶”属于彩色沥青混凝土坝顶,当时在国内水库建设中并不多见,在河南省还属首创。
一项新技术的应用,没有前期经验参考,怎么办?“自己攻关!”刘力强回答得很干脆。
南湾大坝坝顶长800米,宽7米,原有的路面为混凝土路面,经过多年使用,表面出现大量裂缝。在第二次除险加固建设时,时任信阳市委书记的王铁强调,水库工程的规划应兼顾防洪、旅游等综合功能。于是,设计红沥青坝顶的想法随之被提出。
“因缺乏经验,800多米虽不长,但当时省内没有施工队敢冒险尝试,我们的技术人员只得跑到全国各地考察、学习,反复研究了两个多月,施工仅用了两天时间。”刘力强说。
经试验,红色沥青和普通的黑色沥青不一样,要求的温度比较高,搅拌沥青混凝土的温度应在150摄氏度左右,铺设温度需控制在50摄氏度至80摄氏度,晚了会提前凝固,早了石子被压碎,望上去白花花的一片。
施工时,技术人员分成3个组,一个组专门测量温度。时值8月炎炎夏日,一天施工下来,人的脸色都是黑的。
与“红坝顶”相似,南湾的诸多工程设计都体现了独特的风格。如果单纯是依靠设计初稿,是无法做到的。
“初期的设计稿就相当于给你一个衣服的款式,但实际什么尺寸,用什么布料,选择什么颜色,都得自己琢磨。”刘力强打了一个生动的比喻。
正是通过不断优化施工方案,合力开展技术攻关,今天,南湾水库才有了挺拔的身姿和独特的气质。
如果把南湾水库视为一个巍峨挺立的巨人,无疑那贡献智慧心血的工程技术者,就是这位巨人挺立的脊梁。