胡佛大坝

大壩建成80年從沒溢過一滴水 但你知道嗎 它差點在竣工第一天就炸掉 因爲設計師算漏了一件事 就是混凝土自己會發燒 溫度高到足以把整座大壩從內部燒裂 而他們的解決辦法就是往裏面埋了幾千根管子 讓大壩像人一樣掛上了吊瓶 但更離譜的是 這座大壩到今天內部還活着 有水在流 有人在走 有隧道藏在壩體裏 常年不見天日 而真正讓工程師睡不着覺的 不是大壩會不會塌 是大壩腳下那團看不見的粒 正在24小時不停的想把它掀翻 故事要從1931年說起 美國政府釘上了科羅拉多河 這條河每年都會發風 旱的時候滴水全無 烙的時候淹掉整個城市 於是政府決定馴服它 任務落在了一個叫 約翰·薩維奇的工程師身上 這個人有多厲害 他一輩子設計了60多座大壩 被稱爲世界築壩第一人 但胡佛大壩是他職業生涯裏 最硬的一塊骨頭 薩維奇的第一個難題就是選在哪建 他的勘測隊在科羅拉多河邊 轉悠了很久 最終把目光鎖定在黑峽谷 這個地方很特別 山體夠高 兩臂夠窄 像一個天然的卡口 在這裏建壩不僅省材料 山壁本身還能幫大壩扛着水壓 但問題是光選好地方遠遠不夠 真正的麻煩 從設計第一張圖紙就開始了 第一關 大壩爲什麼不能是一堵直牆 你可能覺得建大壩 不就是堆一堵後牆攔住水嗎 錯了 差遠了 如果你建一堵筆直的牆 水壓會把它壓彎 牆一彎 外側被拉伸 內側被壓縮 下游那一面就會產生拉硬力 混凝土這東西 壓它沒事 拉它必裂 裂了怎麼辦 大壩直接報廢 洪水直接衝下去 下游的城市全完 薩維奇的解法優雅的像一道數學題 他把大壩做成了一個弧形拱壩 聽起來只是改了個形狀 但原理完全不同 弧形壩體受到水壓之後 不管怎麼變形 整個壩體的每一個部分都在被壓縮 而不是被拉伸 混凝土最能抗的就是壓力 這個設計相當於把水的攻擊 變成了混凝土的加成 但麻煩還沒完 第二關 弧形大壩會不會整體翻倒 光有弧度不夠 巨大的水壓持續推着壩體 時間久了整體有翻車的風險 薩維奇的解決方案是 讓大壩越往下越寬 壩頂窄 壩底寬 重心被死死壓在最低處 你想讓一個底盤超寬 頭特別小的東西翻倒 難度極大 這種設計叫做重力拱壩 兼顧了抗拉和抗傾覆 兩個難題 一舉兩得 而且還有一個細節 更絕 水對大壩的壓力不是均勻的 是越往下越大 呈三角形分佈 但因爲壩體也是越往下越寬 每個截面實際承受的剪切力 被攤薄的幾乎相同 大壩從上到下受力高度均衡 這個設計放在80年前 就是頂級工程智慧 第三關 壩要剪多高 壩越高 蓄水越多 發電越猛 防洪能力越強 聽起來當然是越高越好 但薩維奇搖了搖頭 他說 建太高 是一種浪費 你得先算出這條河 一輩子最大能發多大的洪水 然後選一個剛剛好的高度 既能把洪水關住 又不會讓水庫 常年只用了兩成容量 最終他定下726英尺 換算成中國單位 大概221米 差不多70層樓高 這個數字是精算出來的 不是拍腦袋定的 接下來是更瘋狂的施工階段 第一步 先把河搬走 對 你沒聽錯 在動工之前 必須先把科羅拉多河改道 工人們見了臨時爲宴 又打通了4條巨型導流碎洞 硬生生把這條桀驁不馴的大河 從原來的河道里趕了出去 騰出來的河牀 纔是真正的工地 第二步 挖 使勁挖 山壁表面的岩石 經過幾千年風吹日曬 早就酥了 根本不可靠 工人們用風鑽打孔 炸藥爆破 一層一層把風化岩石全部清掉 直到挖出堅硬的原生巖爲止 最拼命的是一群壁虎工人 他們繫着繩子 掛在峭壁上 用鐵錘和鋼籤徒手 清理爆破後殘留的碎石 腳下就是幾十米的深淵 然後下面的地基也要挖 工人們一直向下挖了 整整135英尺 差不多41米深 才碰到足夠硬的承重層 挖出來的坑 就是大壩壩基的位置 第三步 澆混凝土 這纔是最燒腦的一步 工程師面對的問題是 胡佛大壩需要用掉 大約220萬立方米的混凝土 這是個什麼概念 構建一條從舊金山 如果把這些混凝土 一口氣全部澆下去 會發生什麼 水泥和水反應會放熱 這不是祕密 但放熱的規模 是你無法想象的 科學家們計算過 如果一次性澆築 整座大壩冷卻下來 需要125年 在這期間 積聚的熱量 會讓混凝土從內部膨脹開裂 最終把整個大壩 從裏面撐碎 工程師想到的辦法 在當時簡直像科幻小說 他們把整個壩體 切割成數百個 約1515米的小方格 每個方格單獨澆築 單獨冷卻 散熱速度大大加快 同時在每個方格里 埋了直徑約5釐米的鋼管 往裏面持續通冷水 給混凝土強制降溫 整座大壩被幾千根鋼管 串聯成一個巨大的水冷系統 等混凝土完全凝固後 再往鋼管裏 灌入水泥漿填實 這套方案 讓胡佛大壩建成至今 80年仍然零裂縫 大壩建好了 怎麼發電 大壩內側有四座巨型取水塔 不同高度各有閘門 可以控制進水流量 水從取水塔進入後 沿着150米長的巨型壓力鋼管 一路俯衝 衝進壩底的發電廠房 廠房裏安裝了17臺 弗朗西斯水輪機 水流的衝擊力 讓它們高速旋轉 帶動發電機組持續輸出電力 每臺發電機 能同時滿足10萬人的用電需求 17臺全開就是170萬人 發電完的水也不浪費 直接排向下遊 用於灌溉 由於大壩的蓄水 形成了一個超級大湖 米德湖 這是世界上最大的人工湖之一 這個湖不只是景觀 它持續補充地下水 讓周邊幾百公里範圍內的水景 都因此受益 還有一個細節 很多人不知道 大壩怕水滿 所以在壩頂以下 約8米的位置 修建了易洪道 水位一到這個高度 易洪道排向下遊 永遠不會溢頂 這相當於給大壩 裝了一個自動瀉壓閥 再大的洪水來了 大壩都不會慌 最後一個祕密 藏在大壩的肚子裏 你可以走進湖佛大壩內部 壩體裏有專門修建的 隧道和廊道 工作人員可以進去巡檢 爲什麼要修這些廊道 因爲水在壓力下 會悄悄穿過土層往外滲 滲到壩底下方 形成一股向上的浮坨力 時間久了 會把大壩的穩定性 一點一點掏空 廊道的作用 就是把這些滲出來的水 統一收集 再安全排走 讓浮坨力始終處於 可控範圍之內 一座大壩能用80年不出問題 靠的不是運氣 這每一個細節 都有人想到了 而且還想到了解法 胡佛大壩建造過程中 共有96名工人因工犧牲 我們今天看到的這座巨壩 是用他們的生命換來的