南水北调中线一期天津干线工程施工现场

应用大掺量磨细矿渣混凝土技术的试验段箱涵

快速止水检测设备检测实验现场

模板台车已普遍用于水务工程建设中

　　中国网·滨海高新讯 曾经雨量丰沛，九河汇聚的天津，在城市飞速发展的快车道上，也曾出现严重的水源危机，经历引水、保水、节水的不懈努力，一直致力于营造人与自然和谐共生的宜居环境。引滦入津、引黄济津、南水北调……其间的一战一役，无不闪耀着水务人的汗水、心血和智慧的结晶，而这其中，发挥重要作用的，是高科技技术、工艺及现代化检测手段的广泛运用。

　　创新1

　　引入“保水堰”水工建筑结构型式、分段低压阶梯输水

　　好处：减少了工程量，省掉了建设加压泵站或机械消能设备的投资，工程运行也减少了成本。

　　评价：被国务院南水北调办公室和水利工程科研复核单位认定为具有“创新性”的布置和设计。

　　创新2

　　大掺量磨细矿渣混凝土技术应用

　　好处：解决碱骨料反应和地下水位偏高存在有害离子腐蚀的问题。可节约总投资近０.７亿元，有效降低工程造价，同时还可以减少水泥用量，减少二氧化碳排放，为工程带来了显著的生态效益、社会效益和经济效益。

　　评价：在水利工程上具有创新性的科研成果。

　　创新3

　　混凝土输水箱涵变形缝止水检测技术

　　好处：提高检测速度，检测结果可靠，已运用于南水北调天津干线工程建设中。

　　评价：获得了实用新型专利证书，发明专利进入公示阶段。

　　南水北调　

　　三大创新破解技术难题

　　2006年6月，南水北调本市市内配套工程开工建设。2008年11月，投资约85亿元、全长155公里的南水北调中线一期天津干线工程开工建设。南水北调工程是继引滦入津后第二条攸关天津发展未来和民生幸福的“生命线”。工程建成后，将为天津增加生活、工业供水8.6亿立方米，缓解本市水资源危机，大大改善天津的生态环境和投资环境，为本市社会经济发展提供强有力的物质保障。

　　由于时间紧迫、责任重大，对工程的质量和进度都有非常严格的要求。为了保障这一民心工程的顺利实施，从工程用料到制造工艺，从检测方法到检测标准，南水北调工程建设者们真正做到了夜以继日，精益求精，务求把这项利国利民的工程打造成百年精品。针对工程关键技术问题，市水务局、市南水北调办公室开展了大量卓有成效的科学研究和技术创新，高科技含量新用料、新工艺、新标准的应用成为建设过程中强有力的技术保障。

　　设计首创：

　　分段低压阶梯输水出效益

　　天津干线自西向东155公里长的线路有60米的高程落差可供利用，但沿线属于西陡东缓的特殊地形，又要满足输水流量从每秒0立方米到每秒60立方米的较大水流变化，工程的布置和设计难度很大。如果采取明渠输水方案，大部分水能将在西部很短的地形较陡处被消耗掉，而在东部很长的地形较缓的地区只能通过建设加压泵站方式输水，加大了工程运行成本和管理难度。而如果全部采用高压管道输水，则需要增加机械消能设备，人为消耗大量水能。如果按照常规的工程布置方式，有可能影响到水能的充分利用，同时也增加了工程的运行风险和运行成本。针对以上两种工程布置和设计上的不足，工程设计单位和人员与有关科研单位联合攻关，创造性地引入了“保水堰”这一水工建筑结构型式，巧妙地解决了上述问题，并把工程布置方式相应地调整为上段较陡处采用无压箱涵方式，以充分利用丰富的自然高程落差。在下段地形平缓处采用低压箱涵，并分段阶梯式布置“保水堰”，在沿线退水建筑物的协同下，能够实现流量和水位的自然过度和调整。这一巧妙的工程布置和设计不仅减少了工程量，省掉了建设加压泵站或机械消能设备的投资，工程运行也降低了成本，变得更为安全方便。这项重要的技术创新和突破在国内还是首创，被国务院南水北调办公室和水利工程科研复核单位认定为具有“创新性”的布置和设计。

　　工艺创新：

　　率先解决混凝土“癌症”

　　在建筑领域，有一项被称为混凝土“癌症”的碱骨料反应。通俗地讲，它是指混凝土原材料沙石中的特殊成分受到外界碱性物质和水分刺激，会发生化学反应生成一种膨胀物质，受到混凝土结构的束缚，产生力而导致混凝土开裂、变酥。由于碱集料反应一般是在混凝土成型后的若干年后逐渐发生，一旦发生将不可逆转，不但造成混凝土耐久性下降，严重时还会使混凝土丧失使用价值。这种反应在京津地区开采的沙石中普遍存在。同时，天津地下水位偏高，且含有大量有害离子，特殊的水文地质环境对混凝土的腐蚀很大，会造成混凝土疏松、剥落，进而引起内部受力钢筋的锈蚀，破坏输水箱涵结构，最终导致工程功能的丧失。天津干线工程主要结构型式为地下钢筋混凝土箱涵型式，总混凝土施工量达到480万立方米，工程量巨大，混凝土的质量和耐久性直接决定工程的质量。

　　“我们经过研究实验，最终从四五种方案里确定了通过大掺量磨细矿渣混凝土技术应用，可以同时解决碱骨料反应和地下水位偏高存在有害离子腐蚀的问题。”在介绍这项被国务院南水北调专家委员会的审查专家评定为“在水利工程上具有创新性的科研成果”时，市南水北调工程质量检测中心负责人程庆臣语带轻松。然而，仅粉煤灰与磨细矿渣是单掺还是双掺，双掺情况下不同的配比，对混凝土的力学性能、抗裂防渗、抗冻抗侵蚀性能等都会产生至关重要的影响。看起来简单的结论背后，是科研人员历时３年，上千次的对比试验，不可计数的数据分析配比工作。新混凝土配合比、与之配套的施工方法，以及相应的施工技术指南已在天津干线工程施工中广泛应用，它的应用，可节约总投资近０.７亿元，有效降低工程造价，同时还可以减少水泥用量，减少二氧化碳排放，为工程带来了显著的生态效益、社会效益和经济效益。

　　检测方式：

　　首创技术解决历史难题

　　南水北调天津段工程中应用的另一项全新的技术是南水北调工程混凝土输水箱涵变形缝止水检测技术的开发应用。

　　箱涵工程是南水北调天津段工程中非常重要的组成部分，数以万计的箱涵变形缝止水效果是影响工程质量的主要因素之一。一方面，如果止水效果不好，箱涵的封闭性降低，会造成输水水质、水量损失，同时影响周围环境。一旦年久老化发生泄露，必须全线停水逐段检修排查，且维修难度大、效果不佳；另一方面，箱涵变形缝止水效果的检测已成为水利工程建设中亟待破解的难题，变形缝止水效果的检测速度也影响施工进度。天津市水利科学研究院副院长李广智向记者介绍，以往只能采取把箱涵两端砌死后注水打压的方式检测变形缝止水效果，以４米×４米的箱涵为例，一公里的箱涵就需要注水超过１６０００立方米，整个工程检测下来，会耗费大量宝贵的水源，时间、人力等操作成本也过于庞大。正因如此，一直以来大多数工程对箱涵变形缝止水效果检测只能停留在材料把关和成型后外观表状检测层面。

　　要把南水北调建成百年优质精品工程，任何一个环节都不容闪失，为了攻克这项检测难关，天津市南水北调办公室委托水科院开始研制切实有效便于操作的变形缝止水快速检测设备。

　　从立项到完成，不足一年的时间，项目主要负责人、南水北调工程质量检测中心站站长程庆臣已经数不清到底经历了多少次试验，多少次反复。最初的方案是通过和箱涵等宽等高的框架结构嵌入箱涵内部，利用橡胶带闭合封住变形缝，通过注水观察压力变化来检测出是否有泄漏，这样的检测效果虽然不错，但也暴露出人力、物力成本过高的问题，而且箱涵结构类型稍微变化，就需要重新制作与之适应的框架。经过数以千计的打压试验，一个数据一个数据地反复比对，一次一次压力判断曲线的斟酌修正，甚至每一个连接管用料和承压能力的微小数据都要经过近似严苛的确认测量，纳入考虑范围，常常因为一个零件的一个砂眼，就要排查整整一天……所有的心血付出换来的，是从４米×４米和箱涵等大的框架，到不足１立方米的测压设施，最终定格为一台只手就可拎起的数控测压机：利用在两道止水带中间打压测量瞬间压力的原理，仅凭这样一个手提箱大小的仪器，瞬间即可通过参数对比判断出箱涵间止水带是否存在渗漏隐患。经试验室检测和现场实际验证，这项技术可大大提高检测速度，检测结果可靠，已运用于南水北调天津干线工程建设中，并获得了实用新型专利证书，发明专利进入公示阶段。

　　高科技的介入为水利工程建设插上了有力的翅膀。市水务局联手有关部门还根据我市南水北调工程实际情况开展了王庆坨水库防咸化研究、预应力钢筒混凝土管道输水阻力试验研究等一系列科研，部分成果已应用于工程建设，为提高建设水平和投资效益提供了技术保障。“确保长江水早日、高效、保质保量地引入津门，不让任何一滴宝贵的水资源流失，就是南水北调人的责任。”

　　其实不仅在南水北调天津干线工程，记者调查发现，新技术、新工艺在水利工程中的广泛应用，早已潜移默化地发挥着越来越重要的作用。

　　2002年2月开始实施的引滦入津水源保护工程是当年改善城乡人民生活20件实事之一。工程以于桥水库综合治理、州河暗渠修筑、现有输水明渠整治和工程管理信息系统建设为重点，是对引滦入津工程的大幅度改造和完善，对确保城市供水安全发挥着“护卫队”的作用。在它的建设过程中，到处都闪耀着新技术的闪光。

　　引进泵送混凝土工艺。引滦入津水源保护工程中的暗渠深埋在10米深的地下，采用浆斗车或吊车运送混凝土，需大面积土方开挖，工作面大，效率低。运用泵送混凝土浇筑后，利用泵的压力将混凝土沿管道直接送到浇筑点，可以随时展开水平和垂直运输，日浇筑量实现了从300立方米到2100立方米的突破，极大地降低了施工难度和劳动强度。

　　自主开发模板台车施工工艺。暗渠是钢筋和混凝土的构筑物。传统混凝土模板支护是散搭散拆，由于工期紧张，施工流水作业，模板周转必须高效率。工程技术人员积极探索，成功研制出模板台车，即把若干模板组装在一起，整组模板一起安装拆卸，不仅缩短了支模时间，也节省了大量人力，大大提高了效率。台车采用钢管作为横竖钢楞，形成牢固的桁架结构，保证了模板的严密拼接和平整稳定，使混凝土浇筑的光洁度、平整度大为提高。

　　大胆采用直螺纹套筒钢筋连接技术。传统的钢筋焊接工艺，效率低耗电大，整个工程用钢筋成千上万吨，如果采用焊接工艺，会给工程沿线的电力供应造成巨大压力。引滦入津水源保护工程中运用了套筒连接工艺，不仅使效率大幅度提高，同时也节约了大量能源。由于钢筋套丝加工量很大，委托外单位加工需用几十万元。工程技术人员开动脑筋，仅花5000元就成功试制了四台套丝机，满足了施工的需要。

　　全面改进模板拉杆工艺。工程建设初期，连接混凝土模板的拉杆两端用金属锥形帽加以固定，安装用力不均，容易导致固定点混凝土表面凸起，影响外观，且拆除不便。随着工程的逐步展开，工程技术人员尝试将金属帽改进为橡胶帽。经过实践，发现橡胶帽与模板间受力均匀，不仅成品外观良好，而且拆除方面重复利用率高，使每套拉杆的成本由原来的25元降到5元，一个标段就节省25万元。

　　引滦入津

　　科技护航水源保护

　　□引进泵送混凝土工艺

　　□自主开发模板台车施工工艺

　　□大胆采用直螺纹套筒钢筋连接技术

　　□全面改进模板拉杆工艺

　　节水新技术省出城市未来

　　走进蓟县东施古镇嘴巴庄村的有机蔬菜园区,一排不足手腕粗细的输水管通过连接地垄的一条条细管把灌溉水滴灌入土,一畦畦碧绿的蔬菜在湿度适宜的空气中“舒展身躯”，呼吸顺畅，长势均匀。记者看到，尽管棚内温暖如春,却没有见到升腾的雾气。园区引进的滴灌技术可通过变频控制器根据水压变化自动调整滴灌频率和水量，不仅比传统灌溉方式节水70%，还可以避免大水漫灌带来的土地板结、棚温下降、结雾等问题，不仅节水、省工，而且增产增收效果明显。如今这里的蔬菜大棚每棚年用水量从原来的10吨减为3吨，生产出的绿色蔬菜株数更均匀，营养价值更高，产量更大，销路更好，每棚每年可实现净收益4万元左右，嘴巴庄村也成了本市最大的有机蔬菜园区。

　　类似这样节水不误发展的好方法在本市正越来越多地涌现出来。

　　许多公共设施和场所，如医院、学校的公共浴室用水量很大，浪费严重。为此，本市在３６所高校中率先推广使用了智能型节水控制系统，旨在通过售水控制用水以解决高校等集体公寓、浴室用水管理难的问题。从实际使用效果测算，平均节水效率达到49.5%以上，带来直接经济效益2287万元。这个系统分为管理系统和给水装置两个部分。管理系统负责用户登记注册、水量记录、用水统计、时间或次数设定、超限额处理、查询等中心管理工作，同时可对用户身份进行甄别、显示、报警。给水装置通过读取IC卡中的信息来控制阀门的开和关，控制器上设有显示屏，显示用户剩余水量等信息。通过这种方法可实现先购水、后用水、多用多收、无费自动关闭并停止供水的科学管理方式。项目获得了天津市科技进步三等奖。

　　随着城市生态环境建设发展，具有净化空气、调节气温、保持水土、涵养水源、防风固沙等功能的草坪绿地面积逐步扩大。但同时，处在天津市的盐碱地，种植草坪需更换土壤，草坪生长需水量大，维护管理成本较高。为了解决这一难题，市水利局和天津科技大学共同攻关，通过对聚氨酯发泡材料等多种试验配方的研究，开发了不同配比的由复合材料组成的耐旱草坪基质，吸水性强，质地轻，对肥料、水分具有缓释作用，耐旱时间达55天，比15天需浇灌一次水的一般草坪增加耐旱能力达40天，可节水60％至70%。这种节水耐旱草坪成本较低，每平方米为20元至24元不等；生长周期长，使用寿命可达5年至10年；操作便捷，适用性强，可直接铺设在盐碱地上，不必更换新土；可以工厂化大规模生产，生产效率高，经济效益显著。节水耐旱草坪的研制成功，能够大大减少城市绿化用水量，节约宝贵的水资源，有利于城市生态建设。