高科技破解天津水資源難題

南水北調(diào)中線一期天津干線工程施工現(xiàn)場

應(yīng)用大摻量磨細(xì)礦渣混凝土技術(shù)的試驗(yàn)段箱涵

快速止水檢測設(shè)備檢測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場

模板臺車已普遍用于水務(wù)工程建設(shè)中

　　中國網(wǎng)·濱海高新訊 曾經(jīng)雨量豐沛，九河匯聚的天津，在城市飛速發(fā)展的快車道上，也曾出現(xiàn)嚴(yán)重的水源危機(jī)，經(jīng)歷引水、保水、節(jié)水的不懈努力，一直致力于營造人與自然和諧共生的宜居環(huán)境。引灤入津、引黃濟(jì)津、南水北調(diào)……其間的一戰(zhàn)一役，無不閃耀著水務(wù)人的汗水、心血和智慧的結(jié)晶，而這其中，發(fā)揮重要作用的，是高科技技術(shù)、工藝及現(xiàn)代化檢測手段的廣泛運(yùn)用。

　　創(chuàng)新1

　　引入“保水堰”水工建筑結(jié)構(gòu)型式、分段低壓階梯輸水

　　好處：減少了工程量，省掉了建設(shè)加壓泵站或機(jī)械消能設(shè)備的投資，工程運(yùn)行也減少了成本。

　　評價(jià)：被國務(wù)院南水北調(diào)辦公室和水利工程科研復(fù)核單位認(rèn)定為具有“創(chuàng)新性”的布置和設(shè)計(jì)。

　　創(chuàng)新2

　　大摻量磨細(xì)礦渣混凝土技術(shù)應(yīng)用

　　好處：解決堿骨料反應(yīng)和地下水位偏高存在有害離子腐蝕的問題。可節(jié)約總投資近０.７億元，有效降低工程造價(jià)，同時(shí)還可以減少水泥用量，減少二氧化碳排放，為工程帶來了顯著的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　評價(jià)：在水利工程上具有創(chuàng)新性的科研成果。

　　創(chuàng)新3

　　混凝土輸水箱涵變形縫止水檢測技術(shù)

　　好處：提高檢測速度，檢測結(jié)果可靠，已運(yùn)用于南水北調(diào)天津干線工程建設(shè)中。

　　評價(jià)：獲得了實(shí)用新型專利證書，發(fā)明專利進(jìn)入公示階段。

　　南水北調(diào)　

　　三大創(chuàng)新破解技術(shù)難題

　　2006年6月，南水北調(diào)本市市內(nèi)配套工程開工建設(shè)。2008年11月，投資約85億元、全長155公里的南水北調(diào)中線一期天津干線工程開工建設(shè)。南水北調(diào)工程是繼引灤入津后第二條攸關(guān)天津發(fā)展未來和民生幸福的“生命線”。工程建成后，將為天津增加生活、工業(yè)供水8.6億立方米，緩解本市水資源危機(jī)，大大改善天津的生態(tài)環(huán)境和投資環(huán)境，為本市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的物質(zhì)保障。

　　由于時(shí)間緊迫、責(zé)任重大，對工程的質(zhì)量和進(jìn)度都有非常嚴(yán)格的要求。為了保障這一民心工程的順利實(shí)施，從工程用料到制造工藝，從檢測方法到檢測標(biāo)準(zhǔn)，南水北調(diào)工程建設(shè)者們真正做到了夜以繼日，精益求精，務(wù)求把這項(xiàng)利國利民的工程打造成百年精品。針對工程關(guān)鍵技術(shù)問題，市水務(wù)局、市南水北調(diào)辦公室開展了大量卓有成效的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，高科技含量新用料、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用成為建設(shè)過程中強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

　　設(shè)計(jì)首創(chuàng)：

　　分段低壓階梯輸水出效益

　　天津干線自西向東155公里長的線路有60米的高程落差可供利用，但沿線屬于西陡東緩的特殊地形，又要滿足輸水流量從每秒0立方米到每秒60立方米的較大水流變化，工程的布置和設(shè)計(jì)難度很大。如果采取明渠輸水方案，大部分水能將在西部很短的地形較陡處被消耗掉，而在東部很長的地形較緩的地區(qū)只能通過建設(shè)加壓泵站方式輸水，加大了工程運(yùn)行成本和管理難度。而如果全部采用高壓管道輸水，則需要增加機(jī)械消能設(shè)備，人為消耗大量水能。如果按照常規(guī)的工程布置方式，有可能影響到水能的充分利用，同時(shí)也增加了工程的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本。針對以上兩種工程布置和設(shè)計(jì)上的不足，工程設(shè)計(jì)單位和人員與有關(guān)科研單位聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)造性地引入了“保水堰”這一水工建筑結(jié)構(gòu)型式，巧妙地解決了上述問題，并把工程布置方式相應(yīng)地調(diào)整為上段較陡處采用無壓箱涵方式，以充分利用豐富的自然高程落差。在下段地形平緩處采用低壓箱涵，并分段階梯式布置“保水堰”，在沿線退水建筑物的協(xié)同下，能夠?qū)崿F(xiàn)流量和水位的自然過度和調(diào)整。這一巧妙的工程布置和設(shè)計(jì)不僅減少了工程量，省掉了建設(shè)加壓泵站或機(jī)械消能設(shè)備的投資，工程運(yùn)行也降低了成本，變得更為安全方便。這項(xiàng)重要的技術(shù)創(chuàng)新和突破在國內(nèi)還是首創(chuàng)，被國務(wù)院南水北調(diào)辦公室和水利工程科研復(fù)核單位認(rèn)定為具有“創(chuàng)新性”的布置和設(shè)計(jì)。

　　工藝創(chuàng)新：

　　率先解決混凝土“癌癥”

　　在建筑領(lǐng)域，有一項(xiàng)被稱為混凝土“癌癥”的堿骨料反應(yīng)。通俗地講，它是指混凝土原材料沙石中的特殊成分受到外界堿性物質(zhì)和水分刺激，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一種膨脹物質(zhì)，受到混凝土結(jié)構(gòu)的束縛，產(chǎn)生力而導(dǎo)致混凝土開裂、變酥。由于堿集料反應(yīng)一般是在混凝土成型后的若干年后逐漸發(fā)生，一旦發(fā)生將不可逆轉(zhuǎn)，不但造成混凝土耐久性下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使混凝土喪失使用價(jià)值。這種反應(yīng)在京津地區(qū)開采的沙石中普遍存在。同時(shí)，天津地下水位偏高，且含有大量有害離子，特殊的水文地質(zhì)環(huán)境對混凝土的腐蝕很大，會(huì)造成混凝土疏松、剝落，進(jìn)而引起內(nèi)部受力鋼筋的銹蝕，破壞輸水箱涵結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致工程功能的喪失。天津干線工程主要結(jié)構(gòu)型式為地下鋼筋混凝土箱涵型式，總混凝土施工量達(dá)到480萬立方米，工程量巨大，混凝土的質(zhì)量和耐久性直接決定工程的質(zhì)量。

　　“我們經(jīng)過研究實(shí)驗(yàn)，最終從四五種方案里確定了通過大摻量磨細(xì)礦渣混凝土技術(shù)應(yīng)用，可以同時(shí)解決堿骨料反應(yīng)和地下水位偏高存在有害離子腐蝕的問題。”在介紹這項(xiàng)被國務(wù)院南水北調(diào)專家委員會(huì)的審查專家評定為“在水利工程上具有創(chuàng)新性的科研成果”時(shí)，市南水北調(diào)工程質(zhì)量檢測中心負(fù)責(zé)人程慶臣語帶輕松。然而，僅粉煤灰與磨細(xì)礦渣是單摻還是雙摻，雙摻情況下不同的配比，對混凝土的力學(xué)性能、抗裂防滲、抗凍抗侵蝕性能等都會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。看起來簡單的結(jié)論背后，是科研人員歷時(shí)３年，上千次的對比試驗(yàn)，不可計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)分析配比工作。新混凝土配合比、與之配套的施工方法，以及相應(yīng)的施工技術(shù)指南已在天津干線工程施工中廣泛應(yīng)用，它的應(yīng)用，可節(jié)約總投資近０.７億元，有效降低工程造價(jià)，同時(shí)還可以減少水泥用量，減少二氧化碳排放，為工程帶來了顯著的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　檢測方式：

　　首創(chuàng)技術(shù)解決歷史難題

　　南水北調(diào)天津段工程中應(yīng)用的另一項(xiàng)全新的技術(shù)是南水北調(diào)工程混凝土輸水箱涵變形縫止水檢測技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。

　　箱涵工程是南水北調(diào)天津段工程中非常重要的組成部分，數(shù)以萬計(jì)的箱涵變形縫止水效果是影響工程質(zhì)量的主要因素之一。一方面，如果止水效果不好，箱涵的封閉性降低，會(huì)造成輸水水質(zhì)、水量損失，同時(shí)影響周圍環(huán)境。一旦年久老化發(fā)生泄露，必須全線停水逐段檢修排查，且維修難度大、效果不佳；另一方面，箱涵變形縫止水效果的檢測已成為水利工程建設(shè)中亟待破解的難題，變形縫止水效果的檢測速度也影響施工進(jìn)度。天津市水利科學(xué)研究院副院長李廣智向記者介紹，以往只能采取把箱涵兩端砌死后注水打壓的方式檢測變形縫止水效果，以４米×４米的箱涵為例，一公里的箱涵就需要注水超過１６０００立方米，整個(gè)工程檢測下來，會(huì)耗費(fèi)大量寶貴的水源，時(shí)間、人力等操作成本也過于龐大。正因如此，一直以來大多數(shù)工程對箱涵變形縫止水效果檢測只能停留在材料把關(guān)和成型后外觀表狀檢測層面。

　　要把南水北調(diào)建成百年優(yōu)質(zhì)精品工程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不容閃失，為了攻克這項(xiàng)檢測難關(guān)，天津市南水北調(diào)辦公室委托水科院開始研制切實(shí)有效便于操作的變形縫止水快速檢測設(shè)備。

　　從立項(xiàng)到完成，不足一年的時(shí)間，項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、南水北調(diào)工程質(zhì)量檢測中心站站長程慶臣已經(jīng)數(shù)不清到底經(jīng)歷了多少次試驗(yàn)，多少次反復(fù)。最初的方案是通過和箱涵等寬等高的框架結(jié)構(gòu)嵌入箱涵內(nèi)部，利用橡膠帶閉合封住變形縫，通過注水觀察壓力變化來檢測出是否有泄漏，這樣的檢測效果雖然不錯(cuò)，但也暴露出人力、物力成本過高的問題，而且箱涵結(jié)構(gòu)類型稍微變化，就需要重新制作與之適應(yīng)的框架。經(jīng)過數(shù)以千計(jì)的打壓試驗(yàn)，一個(gè)數(shù)據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)地反復(fù)比對，一次一次壓力判斷曲線的斟酌修正，甚至每一個(gè)連接管用料和承壓能力的微小數(shù)據(jù)都要經(jīng)過近似嚴(yán)苛的確認(rèn)測量，納入考慮范圍，常常因?yàn)橐粋�(gè)零件的一個(gè)砂眼，就要排查整整一天……所有的心血付出換來的，是從４米×４米和箱涵等大的框架，到不足１立方米的測壓設(shè)施，最終定格為一臺只手就可拎起的數(shù)控測壓機(jī)：利用在兩道止水帶中間打壓測量瞬間壓力的原理，僅憑這樣一個(gè)手提箱大小的儀器，瞬間即可通過參數(shù)對比判斷出箱涵間止水帶是否存在滲漏隱患。經(jīng)試驗(yàn)室檢測和現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證，這項(xiàng)技術(shù)可大大提高檢測速度，檢測結(jié)果可靠，已運(yùn)用于南水北調(diào)天津干線工程建設(shè)中，并獲得了實(shí)用新型專利證書，發(fā)明專利進(jìn)入公示階段。

　　高科技的介入為水利工程建設(shè)插上了有力的翅膀。市水務(wù)局聯(lián)手有關(guān)部門還根據(jù)我市南水北調(diào)工程實(shí)際情況開展了王慶坨水庫防咸化研究、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道輸水阻力試驗(yàn)研究等一系列科研，部分成果已應(yīng)用于工程建設(shè)，為提高建設(shè)水平和投資效益提供了技術(shù)保障。“確保長江水早日、高效、保質(zhì)保量地引入津門，不讓任何一滴寶貴的水資源流失，就是南水北調(diào)人的責(zé)任。”

　　其實(shí)不僅在南水北調(diào)天津干線工程，記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新技術(shù)、新工藝在水利工程中的廣泛應(yīng)用，早已潛移默化地發(fā)揮著越來越重要的作用。

　　2002年2月開始實(shí)施的引灤入津水源保護(hù)工程是當(dāng)年改善城鄉(xiāng)人民生活20件實(shí)事之一。工程以于橋水庫綜合治理、州河暗渠修筑、現(xiàn)有輸水明渠整治和工程管理信息系統(tǒng)建設(shè)為重點(diǎn)，是對引灤入津工程的大幅度改造和完善，對確保城市供水安全發(fā)揮著“護(hù)衛(wèi)隊(duì)”的作用。在它的建設(shè)過程中，到處都閃耀著新技術(shù)的閃光。

　　引進(jìn)泵送混凝土工藝。引灤入津水源保護(hù)工程中的暗渠深埋在10米深的地下，采用漿斗車或吊車運(yùn)送混凝土，需大面積土方開挖，工作面大，效率低。運(yùn)用泵送混凝土澆筑后，利用泵的壓力將混凝土沿管道直接送到澆筑點(diǎn)，可以隨時(shí)展開水平和垂直運(yùn)輸，日澆筑量實(shí)現(xiàn)了從300立方米到2100立方米的突破，極大地降低了施工難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　自主開發(fā)模板臺車施工工藝。暗渠是鋼筋和混凝土的構(gòu)筑物。傳統(tǒng)混凝土模板支護(hù)是散搭散拆，由于工期緊張，施工流水作業(yè)，模板周轉(zhuǎn)必須高效率。工程技術(shù)人員積極探索，成功研制出模板臺車，即把若干模板組裝在一起，整組模板一起安裝拆卸，不僅縮短了支模時(shí)間，也節(jié)省了大量人力，大大提高了效率。臺車采用鋼管作為橫豎鋼楞，形成牢固的桁架結(jié)構(gòu)，保證了模板的嚴(yán)密拼接和平整穩(wěn)定，使混凝土澆筑的光潔度、平整度大為提高。

　　大膽采用直螺紋套筒鋼筋連接技術(shù)。傳統(tǒng)的鋼筋焊接工藝，效率低耗電大，整個(gè)工程用鋼筋成千上萬噸，如果采用焊接工藝，會(huì)給工程沿線的電力供應(yīng)造成巨大壓力。引灤入津水源保護(hù)工程中運(yùn)用了套筒連接工藝，不僅使效率大幅度提高，同時(shí)也節(jié)約了大量能源。由于鋼筋套絲加工量很大，委托外單位加工需用幾十萬元。工程技術(shù)人員開動(dòng)腦筋，僅花5000元就成功試制了四臺套絲機(jī)，滿足了施工的需要。

　　全面改進(jìn)模板拉桿工藝。工程建設(shè)初期，連接混凝土模板的拉桿兩端用金屬錐形帽加以固定，安裝用力不均，容易導(dǎo)致固定點(diǎn)混凝土表面凸起，影響外觀，且拆除不便。隨著工程的逐步展開，工程技術(shù)人員嘗試將金屬帽改進(jìn)為橡膠帽。經(jīng)過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)橡膠帽與模板間受力均勻，不僅成品外觀良好，而且拆除方面重復(fù)利用率高，使每套拉桿的成本由原來的25元降到5元，一個(gè)標(biāo)段就節(jié)省25萬元。

　　引灤入津

　　科技護(hù)航水源保護(hù)

　　□引進(jìn)泵送混凝土工藝

　　□自主開發(fā)模板臺車施工工藝

　　□大膽采用直螺紋套筒鋼筋連接技術(shù)

　　□全面改進(jìn)模板拉桿工藝

　　節(jié)水新技術(shù)省出城市未來

　　走進(jìn)薊縣東施古鎮(zhèn)嘴巴莊村的有機(jī)蔬菜園區(qū),一排不足手腕粗細(xì)的輸水管通過連接地壟的一條條細(xì)管把灌溉水滴灌入土,一畦畦碧綠的蔬菜在濕度適宜的空氣中“舒展身軀”，呼吸順暢，長勢均勻。記者看到，盡管棚內(nèi)溫暖如春,卻沒有見到升騰的霧氣。園區(qū)引進(jìn)的滴灌技術(shù)可通過變頻控制器根據(jù)水壓變化自動(dòng)調(diào)整滴灌頻率和水量，不僅比傳統(tǒng)灌溉方式節(jié)水70%，還可以避免大水漫灌帶來的土地板結(jié)、棚溫下降、結(jié)霧等問題，不僅節(jié)水、省工，而且增產(chǎn)增收效果明顯。如今這里的蔬菜大棚每棚年用水量從原來的10噸減為3噸，生產(chǎn)出的綠色蔬菜株數(shù)更均勻，營養(yǎng)價(jià)值更高，產(chǎn)量更大，銷路更好，每棚每年可實(shí)現(xiàn)凈收益4萬元左右，嘴巴莊村也成了本市最大的有機(jī)蔬菜園區(qū)。

　　類似這樣節(jié)水不誤發(fā)展的好方法在本市正越來越多地涌現(xiàn)出來。

　　許多公共設(shè)施和場所，如醫(yī)院、學(xué)校的公共浴室用水量很大，浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，本市在３６所高校中率先推廣使用了智能型節(jié)水控制系統(tǒng)，旨在通過售水控制用水以解決高校等集體公寓、浴室用水管理難的問題。從實(shí)際使用效果測算，平均節(jié)水效率達(dá)到49.5%以上，帶來直接經(jīng)濟(jì)效益2287萬元。這個(gè)系統(tǒng)分為管理系統(tǒng)和給水裝置兩個(gè)部分。管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶登記注冊、水量記錄、用水統(tǒng)計(jì)、時(shí)間或次數(shù)設(shè)定、超限額處理、查詢等中心管理工作，同時(shí)可對用戶身份進(jìn)行甄別、顯示、報(bào)警。給水裝置通過讀取IC卡中的信息來控制閥門的開和關(guān)，控制器上設(shè)有顯示屏，顯示用戶剩余水量等信息。通過這種方法可實(shí)現(xiàn)先購水、后用水、多用多收、無費(fèi)自動(dòng)關(guān)閉并停止供水的科學(xué)管理方式。項(xiàng)目獲得了天津市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

　　隨著城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)展，具有凈化空氣、調(diào)節(jié)氣溫、保持水土、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙等功能的草坪綠地面積逐步擴(kuò)大。但同時(shí)，處在天津市的鹽堿地，種植草坪需更換土壤，草坪生長需水量大，維護(hù)管理成本較高。為了解決這一難題，市水利局和天津科技大學(xué)共同攻關(guān)，通過對聚氨酯發(fā)泡材料等多種試驗(yàn)配方的研究，開發(fā)了不同配比的由復(fù)合材料組成的耐旱草坪基質(zhì)，吸水性強(qiáng)，質(zhì)地輕，對肥料、水分具有緩釋作用，耐旱時(shí)間達(dá)55天，比15天需澆灌一次水的一般草坪增加耐旱能力達(dá)40天，可節(jié)水60％至70%。這種節(jié)水耐旱草坪成本較低，每平方米為20元至24元不等；生長周期長，使用壽命可達(dá)5年至10年；操作便捷，適用性強(qiáng)，可直接鋪設(shè)在鹽堿地上，不必更換新土；可以工廠化大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。節(jié)水耐旱草坪的研制成功，能夠大大減少城市綠化用水量，節(jié)約寶貴的水資源，有利于城市生態(tài)建設(shè)。

北京45#/GB8162-2008結(jié)構(gòu)無縫管

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