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松花江上丰满发电厂杂忆之三十三-与一些科研单位及高校进行研究合作

(2025-12-11 20:56:28) 下一个

由于丰满大坝先天不足,存在缺陷较多,迫使我们要研究一些深层次的问题和应用一些新技术,这就需要和专业科研单位合作,弥补我们自身的局限。

我参加的科研合作主要有以下几项。

大坝泄洪高速水流试验

将丰满大坝溢流坝第九坝段作为试验坝段。埋设安装了底流速仪、掺气仪、测压管、空蚀坎等,在泄洪时观测水流表面流速、底部流速、水跃高度与长度,水流负压、掺气,溢流坝面空蚀等项目。合作单位主要为东北勘测设计院科研所。大连工学院、中国水科院等单位也参加了部分试验。在1962年于长春举行的全国高速水流学术研讨会上,我在大会发言汇报了丰满大坝高速水流试验观测的成果。

丰满大地测量控制网布设

与东北勘测设计院测量队(主要是夏诚工程师)合作,布设了坝顶-左岸-江桥-右岸-坝顶的精密水准测量环线。这成为以后多年丰满大坝坝体和坝基垂直位移观测的测量控制网线路。与东勘合作,还在坝上游左右岸勘测了平面坐标控制网的点位,但后来未加以实施。

应用激光技术观测丰满坝顶位移试验

前已述及,1974年我们与杭州大学物理系合作,用T3精密经纬仪加氦氖激光管作为发射激光设备,用特别设计的接收靶板作为照准测点,进行丰满坝顶水平位移观测试验。经过多次试验,发现由于丰满大坝测线长达1000多米(多数其他坝的测线长度仅数百米),所穿越的大气中温度不均匀引起的折光带来较大观测误差。夜间和阴天观测时精度尚好,但晴天白天的观测精度就不合乎要求。这一技术未被采用。

鉴于上述大气激光测坝装置不够理想,东北勘测设计院测量队(主要是夏诚工程师)提出了将激光束放在抽成真空的管道中的方案。真空管道中几乎没有空气,也就没有了温度梯度和折光。经过东勘院测量队、丰满厂及杭州大学物理系三家合作研究,于1977年在丰满坝顶设计安装了一条200米长的真空激光试验装置。试验证明,真空激光避免了大气激光的折光误差,达到了前所未有的高观测精度。在此以后,在丰满大坝上部廊道中安装了近千米长的真空激光观测坝水平位移系统,成为丰满大坝变形观测的主要手段。

丰满大坝抗地震研究

丰满大坝存在先天缺陷,经过加固后曾安全蓄水到266.18米的高水位(水面离坝顶仅0.32米)。但经核算若高水位遭遇大地震则大坝安全仍旧堪虞。因此需要研究丰满大坝的合理设计地震烈度和在此烈度地震发生时坝的安全性。

丰满地区的基本地震烈度由国家确定为6度。还需根据大坝坝址的地震地质条件确定坝址的场地烈度,然后在此基础上考虑大坝的重要性确定设计烈度。1966年我们与中国地质研究所(主要为高名修研究员)合作,对丰满坝址的地质条件(有无新构造运动,现有断层的稳定性,坝址的变质砾岩和稍下游出露的玄武岩有无错动等)作了较深入的调查分析。我们研究了背景地质资料、坝址勘探记录、基础位移观测资料等,还沿松花江上下游几十公里作踏勘,足迹一直到蛟河煤矿。最后认定丰满坝址的场地烈度应为6度,设计烈度宜取7度。这成为核算丰满大坝强度及稳定性的基本依据之一。

为了解丰满大坝的地震动力参数。我们与中国科学院工程力学研究所(所址在哈尔滨,水九同学张伯崇在其中)合作,在坝顶及坝内竖井的不同高程处装设了加速度仪、速度仪和位移计,通过人工起振测定各点位处的动力反应值,用于计算大坝的地震反应谱参数。

为掌握丰满大坝在实际地震发生时的地震反应,我们又与中国水利水电科学研究院抗震研究所(主要是陈厚群研究员,后成为中科院院士)合作,在丰满坝顶设置了强震台,在坝下游坝面几个不同高程处埋设了成组遥测加速度仪。令人遗憾的是,设置这套装置后,丰满大坝多年内未遭遇较强地震,故未能测到需要的数据。

我们还和大连工学院(现为大连理工大学)的林皋教授合作,进行丰满大坝抗震模型试验及理论分析计算。和水科院抗震所陈厚群研究员合作,进行丰满大坝基于地震反应谱的动力计算分析。这些合作项目都得出了一些有意义的成果。

丰满大坝碱骨料反应试验。

在追踪丰满大坝坝顶抬高问题时,曾怀疑坝体是否存在碱骨料反应(筑坝水泥中的碱性物质与混凝土中的骨料-卵石、砂的活性成分发生缓慢长期的化学反应,引起混凝土发生内部自膨胀应力导致出现大量微小裂缝并使混凝土体积膨胀)。我们查对了筑坝时期各年所用的水泥资料和骨料资料,对大坝各部位作现场检查,又从大坝不同部位凿取混凝土样品送到长江水利水电科学院结构材料研究所作碱骨料反应试验(为试验需要,我们还根据长科院要求,向吉林省有关部门申请购买了100两白银,转交给长科院使用)。最后得出结论是丰满大坝不存在碱骨料反应问题。这排除了丰满坝顶抬高源自坝体部位膨胀的可能。

坝体和坝基灌浆技术。

为改善丰满大坝灌浆技术,增强防渗和加固效果,我们和一些单位合作进行了多年研究。合作者主要有:水电部第十四工程局科研所,水电部华东勘测设计院科研所,长江水科院结构材料所,长江流域规划办公室设计院,中国建筑材料科研院等。研究内容包括超细水泥灌浆,丙凝化学灌浆,丙强化学灌浆,甲凝化学灌浆等。这些研究以当时的钻孔班技术员杨金诚为主,我也参与了部分工作。记得曾在北京去东郊管庄的中国建筑材料科学研究院访问过其副院长、著名的水泥和混凝土专家黄大能(黄炎培第四子,黄万里之弟),请教丰满大坝水泥灌浆问题。

此外,我还参加了以下几次与外单位有关的配合工作。

混凝土重力坝设计规范编写的配合工作

1973年水电部组织编写组开始拟定我国第一部混凝土重力坝设计规范。编写组约十余人(包括华东勘测设计院、中南勘测设计院、长江流域规划办公室设计院、华东水利学院的工程师、教师,以华东院蒋毓龙工程师为组长)首先到丰满大坝作调研近一个月。丰满电厂派我配合编写组工作。我除介绍丰满坝的设计、施工、运行情况和观测资料外,还按编写组提出的要求和方法进行了丰满大坝抗滑稳定计算,提交给编写组作为参考资料。以后,这个规范稿的讨论会(在湖北丹江口水利枢纽举行)和审查会(在浙江龙游镇召开)都邀请我与会。1978年混凝土重力坝设计规范(编号SDJ21-78)由水电部颁布执行,成为以后近30年中我国重力坝设计的依据,2005年才以修订新版(我参加了部分编写工作)代替这个版本。

辽宁清河火电厂引水系统事故处理的参与。

1978年5月,从清河水库(一座库容9.7亿立方米的大型水库)取用冷却水的清河火电厂引水系统的动水阀门发生事故不能关闭,其引水隧洞上游进水口的闸门(设计在静水平压下启闭)在动水中仅能关闭一部分。引水系统发生问题直接影响发电机组的运行,而清河火电厂又是东北电网的骨干电厂(装机容量120万千瓦,位居电网供电中心)。当时主管全国电力生产工作的水电部副部长李锡铭(后来曾任城乡建设环境保护部部长、北京市委书记和第八届全国人大常委会副委员长)紧急到达清河并电令丰满电厂派员增援。厂里立即派我带一名有经验的技术工人陈吉福(钻孔班班长)赶赴清河。那时已有东北电力局、东北勘测设计院等单位的有关人员到达。对于事故处理方案,有人建议制作一个浮球从进水口水面处下沉到进口来堵住进水,有人建议在进水闸门上加压重把闸门压下去,总之众说纷纭莫衷一是。我提出:首先应搞清进水闸门目前的就位程度和门后漏水情况,再有针对性地采取措施。但如何实现这个要求难住了大家。我分析了图纸后发现可以从闸门后的通气井下人到进水管道上部来直接观察闸门和漏水状况。这虽然有危险但我在丰满曾数次作过类似检查有一定把握。于是在征得领导同意后,我绑上腰绳带好强光电筒就沿着窄小的通气井内悬吊的绳梯下到20多米以下的进水管道内。现场观察得知,闸门大部分已入门框,但门周漏水四射,门体被上游强大的水压压住卡死不能再关下。针对这种情况,设法将闸门全部入框才可解决问题。于是试验了在闸门上加压重的办法。但门被卡得太死纹丝不动。有人提出加静力不行应加动力。最后采用在门上高悬重物松开急落以撞击闸门的方法,一点点地使闸门下移,终于全部关严闸门堵住了漏水,解决了这一事故的关键难题。

白山水电站设计审查的参与

1971年东北勘测设计院完成了第二松花江上大型水电工程白山水电站的初步设计。水电部在白山工地主持召开了设计审查讨论会。厂里派我参加了这个会议。与会者有东北电力局、水电部北京勘测设计院、东北勘测设计院、中南勘测设计院、长江流域规划办公室设计院等单位的代表。北京勘测设计院院长兰梅(女)主持会议。东北院提出的设计是一个大坝较低、装机容量较小的方案。我和许多代表则极力主张充分利用所选坝址优越的地形、地质条件及上游山高谷深人口稀少淹没损失小的优势,把坝设计得更高、库容和水头更大,装机容量大为增加的方案。会议经过激烈的辩论,最后肯定了高坝大装机容量方案。以后实际采用了这一方案,建成了东北最大的白山水电站。

建设白山水电站过程中,吉林省政府成立了“支援白山工程办公室”。我和丰满电厂总工办另一专责工程师程寿民被安排协同工作,曾陪同支白办两位主任考察云峰水电厂、桓仁水电厂、回龙山水电厂、太平哨水电厂等东北已建成的水电厂。

 

图1,丰满大坝泄洪挑射的水流

 

图2,坝顶真空激光试验性观测装置的一段外观

图示, 工程绘图AI 生成的内容可能不正确。

图3,模拟地震的振动试验设备

 

图4,大坝化学灌浆材料之一:丙烯酸盐灌浆料

文本, 信件AI 生成的内容可能不正确。 

图5,混凝土重力坝设计规范-1978年版

 

图6,辽宁清河水库

 

图7,建成后的白山水电站

2025-12-12完稿

 

 

 

 

 

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