导言

胡佛水坝是人类智慧和工程力量的纪念碑。 1936年建成的这一混凝土拱重力水坝跨越了内华达-阿里索纳边境的科罗拉多河。 在大萧条期间建成的水坝为美国西南部提供了就业、控制洪水、灌溉用水和水电。 该项目需要土木、结构、电气和机械工程师以及数千名工人进行前所未有的协调。 水坝的建设仍然是工程如何克服严峻的自然和后勤挑战的典型例子。

胡佛大坝的起源

利用科罗拉多河进行防洪和灌溉的想法已经讨论几十年了. 到20世纪初,河流的不稳定流造成了灾难性的洪水和干旱. 美国垦荒局在埃尔伍德·米德专员的领导下认识到科罗拉多州下游的大型水坝可以解决多种问题. 时任商务部长的赫伯特·胡佛总统在谈判1922年的科罗拉多河契约中发挥了关键作用,该协议将水权分配给了七个流域州. 该项目于1931年正式开始,目标是创造可靠的供水和发电,为地区增长提供动力.

大坝选址是因为它狭窄的峡谷和坚固的基岩,但遗址提出了极端的工程挑战,峡谷墙壁陡峭,夏季的热量压抑,在施工开始前,河流不得不分流,由总工程师沃克·R·杨和建筑工程师弗兰克·T·克劳(Frank T. Crowe)领导的垦务局工程师们设计了一个分阶段计划,成为大规模水坝建筑的蓝图.

规划和设计:精密工程

设计阶段涉及数百名工程师,涉及多个学科。 水坝的形状——重力结构——之所以被选中,是因为它把巨大的水压分布到峡谷墙上。 结构工程师计算出精确的曲率和厚度,以确保水库最终将保持450亿加仑的水的稳定性。 包括钻井和勘探隧道在内的广泛地质调查证实,基岩可以支撑重量。

结构工程创新

结构工程师面临着一个大坝的挑战,它需要超过330万立方码的混凝土,足以铺设一条从西雅图到迈阿密的两条路的公路。混凝土必须放在相互交错的块中以防止热裂。工程师引入了混凝土中嵌入的冷却管道。冷却的水流通过管道流淌,减少了水分热,使混凝土得到均匀的治疗。 这种创新技术在当时是革命性的,并且防止了可能削弱结构的大裂缝的形成。 每个块都键入了相邻的块,形成了一个单一的块。

水电系统设计

电力工程师设计了一个由17个涡轮机组成的系统,与发电机相连,最初能够生产1,345兆瓦,后来升级到2,000兆瓦以上,发电机装在建在水坝基部的电厂内,工程师必须设计钢筋(大型管道),在高压下将水从水库运到涡轮机,大约590英尺的电头需要精确的液压计算,以避免电流,确保高效发电。

科弗丹和分流隧道

最初的工程成就之一是将科罗拉多河改道,工程师设计和建造了两个大型库房——上游和下游——以建立一个干燥的工作区,在峡谷墙上钻了四个分流隧道,每条直径50英尺,长近一英里,挖掘这些隧道需要炸药爆炸和拆除150多万立方码的岩石,隧道用水泥排成线,以抵御冲水,水坝建成后,隧道被堵塞,用作溢出道。

建筑挑战和工程解决方案

胡佛水坝的建设是一场与时间和自然相争的竞赛。 偏远的地点需要建造一条永久道路、铁路推土机和工人营地(布尔德市 ) 。 峡谷的热量通常超过110°F,工人面临危险条件。 工程解决方案超越了结构,延伸到了后勤和安全。

混凝土布置和冷却

铺设水坝的混凝土是精心策划的操作。工程师在现场建立了一个混凝土混合厂,并使用电缆和桶子系统将混凝土运往每个区块。混凝土是由当地聚合物制成的。为了避免热力,将水坝投放在一系列垂直块(柱)和水平升降器中。每块直径约一英寸的冷却管道被放置在几英尺处。在初步加工后,冷却水流传数周,直到混凝土到达环境温度。管道后来被挤满,留下了坚固的结构。这种方法成为大型混凝土建筑的标准。

基金会和路线

水坝的强度取决于坚实的地基,工程师们向下挖掘到声音基岩,清除松散的碎片和风化岩石,然后在高压下分解裂缝和裂缝,形成水密封条,注入了一系列防渗漏的沟渠幕,这一基础工作对于防止可能破坏结构稳定的升压至关重要.

工人安全与健康管理

工程现场很危险,据报有100多人死亡。 工程师通过设计防护网解决安全问题,需要硬帽(这是首批工程之一 ) , 在博尔德市建造一所最先进的医院。工程还涉及隧道设备产生的一氧化碳的影响。工程师们安装强大的风扇和排气系统改善了通风。 安全创新虽然不是纯粹的工程,但对于工程的成功至关重要。

运输和后勤

向偏远地点运送材料需要自己进行工程建设. 新建铁路线胡佛坝支线是为了搬运水泥,钢材和重型设备而修建的. 垦务局还修建了一条距离拉斯维加斯23英里的公路. 现场,横跨峡谷的长度超过1000英尺的电缆通道移动了混凝土和钢材,这些电缆通道由工程师设计,可抬载50吨以下的载重,并在高峰期施工期间持续运行.

水坝的环境和社会影响

胡佛大坝改造西南,大坝后方的水库米德湖成为美国最大的人工湖,该项目为150万亩农田提供了灌溉用水,促进了洛杉矶,圣地亚哥,凤凰城等城市的成长,然而,大坝也对环境造成了影响,永久改变了科罗拉多河生态系统,阻断了鱼类迁徙和沉积物流的改变,当时鱼梯等工程解决方案没有实施,生态影响仍是研究课题. 现代工程师利用胡佛的经验教训设计了更可持续的水坝.

遗产和工程意义

胡佛大坝证明大规模基础设施可以快速和安全地建设,它为混凝土大坝的建设制定了新的标准,并成为全球项目的一个典范,美国土木工程师学会将其命名为"现代世界七大奇迹"之一,该大坝的发电厂继续为130多万人发电,而米德湖仍然是关键的水源.

影响后期水坝

工程师们利用胡佛获得的知识建造了其他大型水坝,如Grand Coulee、Glen Canyon和Itaipu。 热冷管、沟渠帘和块状建筑等技术成为标准。 该项目还推进了水力学、土壤力学和发电领域。

持续维修和工程挑战

即使在近90年后,大坝也需要不断的工程监督. 溢流道已经加固,涡轮升级,混凝土检查了碱硅反应. 垦务局聘请工程师来监控结构完整性,并规划未来的需求,包括适应气候变化和减少水流。

关键工程

  • 跨学科合作: 土木,结构,电气,机械,地质工程师共同解决了各种各样的问题.
  • 混凝土技术创新:[ 冷却管道和块块施工使大型坝体的混凝土成为可行.
  • 风险管理: 分流隧道,库,以及调线控制水和地基风险.
  • 后勤与安全: 建造一个需要交通、住房和通风系统的工程的偏远工业场地。

进一步阅读,参见美国垦荒局胡佛坝官方网站,美国土木工程师学会胡佛坝[网页,以及历史频道对大坝建设的概述.

胡佛大坝仍然是工程勇气和能力的一个有力象征。 它表明谨慎的规划、创造性解决问题和无情的处决能够克服甚至最可怕的障碍。 如今的工程师们在设计桥梁、摩天大楼和其他关键基础设施时仍然提到它的经验教训。 大坝不仅仅是一个结构,而是工程在塑造文明中的作用的持久遗产。