由於豐滿大壩先天不足,存在缺陷較多,迫使我們要研究一些深層次的問題和應用一些新技術,這就需要和專業科研單位合作,彌補我們自身的局限。
我參加的科研合作主要有以下幾項。
大壩泄洪高速水流試驗。
將豐滿大壩溢流壩第九壩段作為試驗壩段。埋設安裝了底流速儀、摻氣儀、測壓管、空蝕坎等,在泄洪時觀測水流表麵流速、底部流速、水躍高度與長度,水流負壓、摻氣,溢流壩麵空蝕等項目。合作單位主要為東北勘測設計院科研所。大連工學院、中國水科院等單位也參加了部分試驗。在1962年於長春舉行的全國高速水流學術研討會上,我在大會發言匯報了豐滿大壩高速水流試驗觀測的成果。
豐滿大地測量控製網布設。
與東北勘測設計院測量隊(主要是夏誠工程師)合作,布設了壩頂-左岸-江橋-右岸-壩頂的精密水準測量環線。這成為以後多年豐滿大壩壩體和壩基垂直位移觀測的測量控製網線路。與東勘合作,還在壩上遊左右岸勘測了平麵坐標控製網的點位,但後來未加以實施。
應用激光技術觀測豐滿壩頂位移試驗。
前已述及,1974年我們與杭州大學物理係合作,用T3精密經緯儀加氦氖激光管作為發射激光設備,用特別設計的接收靶板作為照準測點,進行豐滿壩頂水平位移觀測試驗。經過多次試驗,發現由於豐滿大壩測線長達1000多米(多數其他壩的測線長度僅數百米),所穿越的大氣中溫度不均勻引起的折光帶來較大觀測誤差。夜間和陰天觀測時精度尚好,但晴天白天的觀測精度就不合乎要求。這一技術未被采用。
鑒於上述大氣激光測壩裝置不夠理想,東北勘測設計院測量隊(主要是夏誠工程師)提出了將激光束放在抽成真空的管道中的方案。真空管道中幾乎沒有空氣,也就沒有了溫度梯度和折光。經過東勘院測量隊、豐滿廠及杭州大學物理係三家合作研究,於1977年在豐滿壩頂設計安裝了一條200米長的真空激光試驗裝置。試驗證明,真空激光避免了大氣激光的折光誤差,達到了前所未有的高觀測精度。在此以後,在豐滿大壩上部廊道中安裝了近千米長的真空激光觀測壩水平位移係統,成為豐滿大壩變形觀測的主要手段。
豐滿大壩抗地震研究。
豐滿大壩存在先天缺陷,經過加固後曾安全蓄水到266.18米的高水位(水麵離壩頂僅0.32米)。但經核算若高水位遭遇大地震則大壩安全仍舊堪虞。因此需要研究豐滿大壩的合理設計地震烈度和在此烈度地震發生時壩的安全性。
豐滿地區的基本地震烈度由國家確定為6度。還需根據大壩壩址的地震地質條件確定壩址的場地烈度,然後在此基礎上考慮大壩的重要性確定設計烈度。1966年我們與中國地質研究所(主要為高名修研究員)合作,對豐滿壩址的地質條件(有無新構造運動,現有斷層的穩定性,壩址的變質礫岩和稍下遊出露的玄武岩有無錯動等)作了較深入的調查分析。我們研究了背景地質資料、壩址勘探記錄、基礎位移觀測資料等,還沿鬆花江上下遊幾十公裏作踏勘,足跡一直到蛟河煤礦。最後認定豐滿壩址的場地烈度應為6度,設計烈度宜取7度。這成為核算豐滿大壩強度及穩定性的基本依據之一。
為了解豐滿大壩的地震動力參數。我們與中國科學院工程力學研究所(所址在哈爾濱,水九同學張伯崇在其中)合作,在壩頂及壩內豎井的不同高程處裝設了加速度儀、速度儀和位移計,通過人工起振測定各點位處的動力反應值,用於計算大壩的地震反應譜參數。
為掌握豐滿大壩在實際地震發生時的地震反應,我們又與中國水利水電科學研究院抗震研究所(主要是陳厚群研究員,後成為中科院院士)合作,在豐滿壩頂設置了強震台,在壩下遊壩麵幾個不同高程處埋設了成組遙測加速度儀。令人遺憾的是,設置這套裝置後,豐滿大壩多年內未遭遇較強地震,故未能測到需要的數據。
我們還和大連工學院(現為大連理工大學)的林皋教授合作,進行豐滿大壩抗震模型試驗及理論分析計算。和水科院抗震所陳厚群研究員合作,進行豐滿大壩基於地震反應譜的動力計算分析。這些合作項目都得出了一些有意義的成果。
豐滿大壩堿骨料反應試驗。
在追蹤豐滿大壩壩頂抬高問題時,曾懷疑壩體是否存在堿骨料反應(築壩水泥中的堿性物質與混凝土中的骨料-卵石、砂的活性成分發生緩慢長期的化學反應,引起混凝土發生內部自膨脹應力導致出現大量微小裂縫並使混凝土體積膨脹)。我們查對了築壩時期各年所用的水泥資料和骨料資料,對大壩各部位作現場檢查,又從大壩不同部位鑿取混凝土樣品送到長江水利水電科學院結構材料研究所作堿骨料反應試驗(為試驗需要,我們還根據長科院要求,向吉林省有關部門申請購買了100兩白銀,轉交給長科院使用)。最後得出結論是豐滿大壩不存在堿骨料反應問題。這排除了豐滿壩頂抬高源自壩體部位膨脹的可能。
壩體和壩基灌漿技術。
為改善豐滿大壩灌漿技術,增強防滲和加固效果,我們和一些單位合作進行了多年研究。合作者主要有:水電部第十四工程局科研所,水電部華東勘測設計院科研所,長江水科院結構材料所,長江流域規劃辦公室設計院,中國建築材料科研院等。研究內容包括超細水泥灌漿,丙凝化學灌漿,丙強化學灌漿,甲凝化學灌漿等。這些研究以當時的鑽孔班技術員楊金誠為主,我也參與了部分工作。記得曾在北京去東郊管莊的中國建築材料科學研究院訪問過其副院長、著名的水泥和混凝土專家黃大能(黃炎培第四子,黃萬裏之弟),請教豐滿大壩水泥灌漿問題。
此外,我還參加了以下幾次與外單位有關的配合工作。
混凝土重力壩設計規範編寫的配合工作。
1973年水電部組織編寫組開始擬定我國第一部混凝土重力壩設計規範。編寫組約十餘人(包括華東勘測設計院、中南勘測設計院、長江流域規劃辦公室設計院、華東水利學院的工程師、教師,以華東院蔣毓龍工程師為組長)首先到豐滿大壩作調研近一個月。豐滿電廠派我配合編寫組工作。我除介紹豐滿壩的設計、施工、運行情況和觀測資料外,還按編寫組提出的要求和方法進行了豐滿大壩抗滑穩定計算,提交給編寫組作為參考資料。以後,這個規範稿的討論會(在湖北丹江口水利樞紐舉行)和審查會(在浙江龍遊鎮召開)都邀請我與會。1978年混凝土重力壩設計規範(編號SDJ21-78)由水電部頒布執行,成為以後近30年中我國重力壩設計的依據,2005年才以修訂新版(我參加了部分編寫工作)代替這個版本。
遼寧清河火電廠引水係統事故處理的參與。
1978年5月,從清河水庫(一座庫容9.7億立方米的大型水庫)取用冷卻水的清河火電廠引水係統的動水閥門發生事故不能關閉,其引水隧洞上遊進水口的閘門(設計在靜水平壓下啟閉)在動水中僅能關閉一部分。引水係統發生問題直接影響發電機組的運行,而清河火電廠又是東北電網的骨幹電廠(裝機容量120萬千瓦,位居電網供電中心)。當時主管全國電力生產工作的水電部副部長李錫銘(後來曾任城鄉建設環境保護部部長、北京市委書記和第八屆全國人大常委會副委員長)緊急到達清河並電令豐滿電廠派員增援。廠裏立即派我帶一名有經驗的技術工人陳吉福(鑽孔班班長)趕赴清河。那時已有東北電力局、東北勘測設計院等單位的有關人員到達。對於事故處理方案,有人建議製作一個浮球從進水口水麵處下沉到進口來堵住進水,有人建議在進水閘門上加壓重把閘門壓下去,總之眾說紛紜莫衷一是。我提出:首先應搞清進水閘門目前的就位程度和門後漏水情況,再有針對性地采取措施。但如何實現這個要求難住了大家。我分析了圖紙後發現可以從閘門後的通氣井下人到進水管道上部來直接觀察閘門和漏水狀況。這雖然有危險但我在豐滿曾數次作過類似檢查有一定把握。於是在征得領導同意後,我綁上腰繩帶好強光電筒就沿著窄小的通氣井內懸吊的繩梯下到20多米以下的進水管道內。現場觀察得知,閘門大部分已入門框,但門周漏水四射,門體被上遊強大的水壓壓住卡死不能再關下。針對這種情況,設法將閘門全部入框才可解決問題。於是試驗了在閘門上加壓重的辦法。但門被卡得太死紋絲不動。有人提出加靜力不行應加動力。最後采用在門上高懸重物鬆開急落以撞擊閘門的方法,一點點地使閘門下移,終於全部關嚴閘門堵住了漏水,解決了這一事故的關鍵難題。
白山水電站設計審查的參與。
1971年東北勘測設計院完成了第二鬆花江上大型水電工程白山水電站的初步設計。水電部在白山工地主持召開了設計審查討論會。廠裏派我參加了這個會議。與會者有東北電力局、水電部北京勘測設計院、東北勘測設計院、中南勘測設計院、長江流域規劃辦公室設計院等單位的代表。北京勘測設計院院長蘭梅(女)主持會議。東北院提出的設計是一個大壩較低、裝機容量較小的方案。我和許多代表則極力主張充分利用所選壩址優越的地形、地質條件及上遊山高穀深人口稀少淹沒損失小的優勢,把壩設計得更高、庫容和水頭更大,裝機容量大為增加的方案。會議經過激烈的辯論,最後肯定了高壩大裝機容量方案。以後實際采用了這一方案,建成了東北最大的白山水電站。
建設白山水電站過程中,吉林省政府成立了“支援白山工程辦公室”。我和豐滿電廠總工辦另一專責工程師程壽民被安排協同工作,曾陪同支白辦兩位主任考察雲峰水電廠、桓仁水電廠、回龍山水電廠、太平哨水電廠等東北已建成的水電廠。
圖1,豐滿大壩泄洪挑射的水流
圖2,壩頂真空激光試驗性觀測裝置的一段外觀
圖3,模擬地震的振動試驗設備
圖4,大壩化學灌漿材料之一:丙烯酸鹽灌漿料
圖5,混凝土重力壩設計規範-1978年版
圖6,遼寧清河水庫
圖7,建成後的白山水電站
2025-12-12完稿