据中国砂石协会获悉，堆石混凝土是由大块堆石和高自密实性能混凝土组成的非均质材料，其中堆石一般要求粒径在300ｍｍ 以上，堆石体一般占总体积的55％，混凝土的粗细骨料约27％。堆石混凝土中砂石料总占比约为82%。

 

 

　　清华大学于上世纪九十年代开始研究高自密实混凝土技术，为高自密实混凝土此后在建设工程中的大量应用提供了技术支撑。满坪水库是青海省第一次在水库高坝上运用堆石混凝土，为更好保证工程质量，施工方特委托清华大学水工实验室对满坪水库高自密实混凝土配合比进行设计，对各项性能进行试验。围绕高自密实混凝土技术及其应用，本报采访了清华大学土木水利学院博士生导师金峰。

 

　　问：您是如何想到将大块堆石和高自密实混凝土合而为一研发成堆石混凝土，并应用在大坝工程？

 

　　金峰：世纪之交的时候，清华大学水工学科就如何建设世界一流水工学科进行了很多的研讨。当时，我们认识到，只有开展原创性研究才能引领学科发展，成为顶级学科。在混凝土坝建造领域，美国等西方国家发明的常态混凝土坝和碾压混凝土坝是主流坝型，但是，水泥水化热引起的温度应力超过混凝土抗裂能力，必须采用工艺复杂、造价高的温控措施，这也是造成混凝土坝“无坝不裂”的主要原因。

 

　　清华大学教授安雪晖从日本回国任教以后，我们一起推动了高自密实混凝土研究，特别是适合于水工大体积结构的低成本自密实混凝土研究，但是成本仍然较高。在这个研究过程中，我们发现，可以参考砌石坝，将大块石与自密实混凝土结合起来，不仅可以大幅降低成本，而且有望取消温控。为此，我们还专门向自密实混凝土的发明人、日本东京大学的Okamura教授请教，这个技术路线是否可行。在Okamura和中国科学院院士张楚汉的鼓励与支持下，我们在南华大学的实验室开展了探索性试验研究，并最终应用到工程中。堆石混凝土这种新型筑坝技术，可以大幅降低水泥用量，减少水化温升，提高混凝土抗压强度与抗裂能力，从根本上解决了混凝土坝 “无坝不裂”难题。特别是在石料丰富的山区坝址，采用堆石混凝土技术具有节省建筑材料，减少料场开挖，降低建设成本，质量优良，环境友好等诸多优势。堆石混凝土发明的过程是团队合作的结果。

 

　　问：在堆石混凝土筑坝技术研究过程中，遇到和攻克了哪些难题？

 

　　金峰：堆石混凝土创新“堆石入仓+自密实混凝土浇筑”筑坝技术路线，要解决的理论难题主要有两点：自密实混凝土在堆石体中浇筑的密实性和堆石混凝土复合材料的力学性能。通过物理试验与数值模拟，我们揭示了高自密实混凝土在堆石体空隙中的流动规律与填充阻塞机理，提出了实用的浇筑密实性评价模型，奠定了堆石混凝土施工工艺与质量控制的基础；我们还结合实际工程，系统测试了堆石混凝土密实度、强度、变形、耐久性、热物理及动力特性等综合性能，建立了综合性能指标体系，为堆石混凝土坝设计奠定了基础。

 

　　过去20年，我们结合实际工程，相继发明了一体浇筑防渗层、廊道与横缝新结构和新构造，与设计院合作发展了堆石混凝土拱坝不分缝整体浇筑技术。研发堆石混凝土施工信息管理系统，全面提升了堆石混凝土坝施工技术水平。

 

　　我们不断扩展堆石混凝土的应用范围，研发了超高强和高耐久性堆石混凝土，建设曲卜藏（坝顶高程3957米）等高海拔高寒地区的堆石混凝土坝；开展小粒径堆石混凝土研究，为堆石混凝土在抽水蓄能电站中广泛应用提供技术支持；利用红层砂岩建设堆石混凝土坝，充分利用当地材料，进一步降低建设成本。值得一提的是，堆石混凝土技术成功应用在北京冬奥会塘坝工程，仅用140天完成了58米高堆石混凝土坝浇筑，保障了冬奥会人工造雪任务。

 

 

1050m塘坝

 

　　问：堆石混凝土对环境非常友好，所用的堆石可以利用周边的石料，实现了固体废弃物的再利用，请问在碳减排效益方面，堆石混凝土筑坝技术与传统的筑坝技术相比，它的优越性体现在哪里？

 

　　金峰：堆石混凝土筑坝技术充分利用当地石料、节约水泥、避免温控耗能，是节能减排、环境友好的新坝型。清华大学和美国密歇根大学研究人员发展的大坝全生命周期环境影响的评价模型，通过计算原材料生产与运输、大坝建造、长期运行的全过程能耗与二氧化碳排放，对比分析各种混凝土坝型对生态环境的影响。根据这种方法测算，采用堆石混凝土筑坝，设计上取消温控、减少分缝，施工过程中一体化浇筑节约工期，相较于常态混凝土坝，堆石混凝土坝减少单位二氧化碳排放三分之二甚至更低，减少单位能耗55%，非常节能环保。根据已建成和在建149座堆石混凝土坝测算，共减少了二氧化碳排放超过170万吨，具有显著的生态环境效益。

 

　　问：堆石混凝土筑坝技术从一个设想到第一块浇筑试样，再到国内超过140多座大坝相继竣工，节约资源、改善环境、造福民生，并在2017年获国家技术发明奖二等奖。请问是什么信念支撑您和团队二十年如一日，始终坚守在技术创新一线，真正做到把技术写在祖国辽阔的大地上？

 

　　金峰：回顾20年发展历程，堆石混凝土坝作为一种新坝型，从无到有，从低坝到高坝，从国内到国外，逐步推广应用到我国20多个省份149座大坝，深层次原因还得归结于我和我的团队长期以来在清华精神熏陶下的原始创新信念。2005年，从我主持设计了第一座堆石混凝土坝——北京军区蓄水池坝，浇筑了第一批堆石混凝土试件开展试验，到如今已建成了溪源（坝高77米）、松林（坝高90米）等堆石混凝土高坝，坪坑、满坪等10余座堆石混凝土高坝正在建设或即将开工，我和我的团队一直坚持紧密结合工程需求，致力于解决新坝型建设中的一系列关键难题，实现了基础理论、设计分析和施工技术多方面的系统性创新，堆石混凝土技术也迎来了崭新的高坝发展时期。

 

 

　　我们建成了覆盖“行业标准、地方标准、团体标准、国际标准”的堆石混凝土筑坝技术标准体系，成立了中国水力发电学会堆石混凝土坝专业委员会，极大促进了堆石混凝土筑坝技术的标准化和实用化进程；解决了很多偏远山区饮用水和灌溉用水问题，促进了社会进步和水利行业发展。经过20年坚持不懈地努力，堆石混凝土坝作为中国原创筑坝技术受到国际坝工界的全面认可，真正从中国走向了世界水利水电建设领域：在非洲布隆迪Ruzibazi水电站大坝成功应用，安哥拉Nibonga堆石混凝土坝即将开始大坝浇筑。2021年11月，国际大坝委员会正式颁布190号技术公报《堆石混凝土坝设计与实践》，这也是国际大坝委员会成立近百年来，第一部以中国原创筑坝技术为主要内容的技术标准。国际大坝委员会主席Michael F. Rogers对堆石混凝土技术予以高度评价：“堆石混凝土坝是近20年来，中国及全世界发展最迅猛的大坝设计与施工技术之一，这项技术充分利用原材料，环境友好，促进社会发展，建造安全、可靠的大坝。”推动中国原创技术“走出去”、成为世界主流筑坝技术，扩大我国在世界水利水电建设领域的影响力，是我们这一代水利科技工作者的责任，也是使命。