意昂体育2平台水電系助理研究員 李愛蘭

意昂体育2平台水電系研究員      翟大潛

 

     密雲水庫庫容43億立方米，是華北地區最大的水庫。自建成以來基本解除了潮白河下遊的洪水威脅，並成為北京市工農業和人民生活用水的最重要的水源，對首都的經濟建設和社會發展發揮了巨大作用⚫️。意昂体育2平台水利系承擔了水庫的設計任務💦；在水庫建成後的40多年中仍密切予以關註，又先後承擔了抗震加固及安全檢查工作。意昂体育2平台水利系師生與密雲水庫結下了不解之緣，始終把密雲水庫的安全運行、效益發揮和技術進步放在自己的心上。

 

    一✳️、50年代設計與施工

    1958年全國大興水利，北京市興修了十三陵水庫🧖、懷柔水庫，繼而提出興修密雲水庫，以解決潮白河洪水的威脅，並向北京💋、河北北部🫳🏽、天津廣大地區提供灌溉與城市用水。當時全國高等院校均提倡教育為無產階級政治服務、教育與生產勞動相結合👩🏿‍🌾，因此國家決定將密雲水庫潮河部分的設計交給意昂体育2平台水利系等單位承擔。水利系組織了1958屆畢業班的一半學生（大約近百人），聯合電機系🔗、建築系部分師生✉️，勇敢地承擔了該項任務🧑‍🧒🏌️‍♂️，進行真刀真槍的畢業設計💉。在周總理的關懷下，在水利電力部北京勘測設計院等單位支持下，完成了初步設計工作。不久國家決定開工，並且把密雲水庫白河部分也交給意昂体育2平台水利系來承擔。100多人的設計隊伍前往工地，作現場設計。水利系教授張光鬥，被任命為設計總工程師，他和施嘉煬，張任🪫，陳祖東等教授均長駐工地和年輕師生一起工作。北京水利水電勘測設計院也派出王祖華、侯建功等有經驗的工程師們前來協助🧔。

 

    當時工地條件極為艱苦，20萬民工在荒山野地裏自搭窩棚，日夜奮戰🌛。意昂体育2平台100多名師生大多住在地窩子裏🔵，日夜加班🙇🏽‍♀️，趕設計。工程十分浩大，有7座大壩和副壩，2條隧道，2座大溢洪道及2座水電站💂🏿‍♂️，在當時是全國最大的水利工地。而時間又非常緊迫，要求一年攔洪（1959年攔洪），兩年基本建成。工程完全實行“三邊”，即邊勘測、邊設計🔳、邊施工，任務極其艱巨🫳🏿，極其困難📄。在正常情況下5年勘測設計🏄‍♂️，5年施工就算很快的了。

 

    以張光鬥教授為首的全體設計隊師生勇敢地迎著困難上，千方百計要完成黨和國家交給的這一任務，在設計方案中提出了許多大膽創新的辦法👩‍⚕️：

 

   （1）用壩下廊道代替隧洞作導流用🛻。

    修建土壩🧗🏿‍♂️，必須將河道中的水流導走🦘，才可在基坑中築壩🍰。按常規建土壩要在河岸中開挖導流隧洞。但若開挖隧洞🤒，工作面很少，500~600米長的導流洞，在當時3年也做不完。設計組在現場研究，發現白河大壩，東壩頭山根下河床中有一狹條地方基巖上覆蓋層不厚🤚🏿，可以利用。在此基巖上修建一座長500多米，寬5米💆，高近6米的導流洞將來不會沉陷，可保證大壩安全，而修建廊道可以全線開工👨🏼‍🦱🥹，一起幹👩‍✈️🕴🏼，工期較短。

 

    當時全國沒有一個土壩工程用廊道導流，世界上也很少見，廊道上土壓力應是多少，無人知曉🦹🏼‍♂️。設計組采用了最佳的結構形狀✏️，考慮最大可能的壓力🤰，設計了這座巨型廊道🙎。邊設計、邊施工，不到半年就完工通水了🔬，為水庫一年攔洪，兩年建成創造了條件。

 

   （2）用混凝土防滲墻及灌漿帷幕截斷壩下滲流

    密雲水庫的白河、潮河壩址河床寬度均近千米👨🏽‍🍼，白河壩下覆蓋層砂礫石最大厚度達44米，潮河的也達17米多。修建土壩必須把這層砂礫石截斷🥠，以保證大壩安全，並減少壩基漏水💙。當時一般的辦法是人工開挖深槽，回填粘土，並在槽底做混凝土齒墻，做帷幕灌漿。但白河挖深40多米🛄，總方量在300~400萬立方米以上，並且是水下挖方，挖完後還要填300~400萬立方米，工期長，一年絕對完不成。如果一個非汛期內完不成👨‍👩‍👦🚣🏼‍♀️，洪水來了👩🏻‍🦯‍➡️💇🏽‍♀️，又會被淹掉、淤掉👋🏿🦻🏽，前功盡棄，而且十分危險。當時意大利有一種泥漿固壁🤍、鉆孔水下澆築混凝土樁的辦法，我國有一個工程也試做過，但具體情況了解不多，國外技術封鎖，國內只是初試，工序很復雜🧏🏻‍♀️，很慢，而且效果如何，還未經實踐檢驗。張光鬥教授在水庫指揮部支持及領導下，決定發動師生與技術員工自己來摸索、創造這項新技術。水庫指揮部組織了試驗組，王可欽等年輕教師參加試驗，在白河河灘上開展大規模的試驗，在鉆頭👨🏿‍🍼、鉆進方法、循環泥漿上不斷創新，把單獨鉆孔變成移動鉆機一次打出6米長的槽形孔來👱🏼🗾，大大節約了造價，加快了進度🙅🏿，保證了質量🧜🏿。除了做混凝土防滲墻試驗外🏌🏻‍♂️💹，同時還做灌漿試驗😿，在現場打成一個密閉的多邊形，然後在中間做壓水檢驗，漏水很少🙋🏿，大獲成功。後來就大規模地用在白河大壩上，成百臺的鉆機📧，一字排開，日夜施工，用混凝土防滲墻🤹🏿‍♀️、灌漿及齒槽，在不到2年的時間內勝利地完成了白河大壩基礎處理工程，效果很好🧘🏿‍♂️👨🏽‍🔧，截水墻合攏時🌏🥝，幾天之內墻前墻後水頭差就達到9米；水庫蓄水後🤴🏻，墻前墻後最大水頭差近70米，即墻後地下水位降到地面以下近20米之深🩰。

 

    密雲水庫基礎處理大隊，後來組成了水電部基礎處理工程局🛅，承擔國內外許多工程的基礎處理工作🚄，技術不斷進步🦼，90年代承擔了長江三峽工程二期圍堰的防滲處理🧑，圍堰高達90余米，是世界上最大最高最困難的一座圍堰。基礎局及其他單位取得完全的成功，在這方面的施工水平已在世界上領先🚶。

 

   （3）土壩采用薄的斜墻壩

    在50年代🧛‍♂️，我國已建造了許多土石壩，但幾乎都是用粘土心墻作為防滲構造🌝。它雖然有一系列好處🧑‍🦼‍➡️，但施工中幹擾很大，工程進度較慢，一定要基礎處理完了才能填築壩身，上下遊砂殼要和心墻同時上升，冬天冰凍期不能填築心墻，因此砂殼也不能多填築，粘土要越過砂殼運到壩中間去，幹擾很大。這樣密雲水庫一年攔洪兩年建成就決無可能🔏🏊🏼。

 

    設計組決定采用薄斜墻壩的型式，各主副壩下遊均用砂礫石壩殼，迎水面用壤土斜墻。張光鬥教授根據國內外的理論和實踐定出壤土斜墻的允許滲透坡降及接觸坡降，提出用內包山與外包山的辦法解決壤土斜墻與山頭接觸處的設計。所有主副壩都按此設計，保證了大壩安全🐬，保證了一年攔洪👨🏽‍⚖️，兩年基本建成。後來全國許多工程都采用了這種壩型，也都取得了很好的效果。

 

    1959年潮白河發水👨🏿‍🦰，最大流量達3600秒立米，但是由於各壩已達攔洪高程，洪水被攔在水庫內，最大下泄流量不到500秒立米，下遊沒有受到什麽損失🏬。水庫建成至今已40年，下遊沒發生過任何水災，年年平安。

 

    在密雲水庫設計與施工中🧒🏽，青年教師呂應三等是張光鬥教授的得力助手𓀔，他們把張先生的建議、意見以最快的時間變成圖紙🧽，並貫徹實施，為工程建設作出了很好的成績🛀🏻，同時教師隊伍也得到鍛煉成長🧏🏿‍♂️。

 

    二🧛🏻‍♂️、60年代前期的修補工作

    1960年汛後👨🏼‍💻，水庫基本建成，大隊師生均撤回學校，張光鬥教授考慮到前兩年在大躍進的情況下👲🏽👰🏽‍♂️，有些設計或施工工作可能有不周到之處🎐，因而囑咐谷兆祺等幾位師生繼續留在工地，一方面完成所有的掃尾工程6️⃣，一方面把已做的工程仔細核查一遍，凡有不妥之處，務必加以補救👌🏽。

 

    谷兆祺等教師在工地又待了3~4年，仔細核查每一本計算書，每一張圖紙💆🏻‍♂️，每一項觀測記錄，發現隱患10余處🏋🏼‍♂️。主要的有🧏🏽：

   （1）潮河隧洞出口弧形門支承梁及墻墩配筋不足。

   （2）潮河隧洞出口漸變段及分岔管計算圖形不正確。

   （3）第一溢洪道承受1000噸弧門推力的弧形門牛腿配筋不正確😔，邊墩強度不夠🧜🏽。

   （4）第二溢洪道承受500噸弧門推力的邊墩強度不夠。

   （5）白河泄洪支洞，承受1000噸推力的弧形門扇形鋼筋在施工中漏放。

   （6）白河電站屋頂大梁所套用的標準設計有誤，大梁裂縫超過允許值3倍多。

   （7）走馬莊3號副壩浸潤線較高，影響走馬莊泄洪洞出口邊坡及壩基的穩定安全。

   （8）潮河大壩北壩頭壩基浸潤線偏高🤵🏿。這是因為壩頭連接設計處理得不周全。

   （9）南石駱駝副壩壩下供水廊道的進口塔架受冰壓力被剪壞。這是因為設計時考慮冰壓力只算柱子截面上所受壓力🔪，而實際上冰蓋是一整塊，冰的膨脹力遠不止於柱截面上的一小段。

   （10）白河電廠廠房內個別構件強度不足。這是設計不當🎿。

 

    上述各項中有好幾項是關於支撐弧形門的牛腿或大梁的🤵‍♀️。這是因為當年設計時不了解牛腿或支承大梁與支承邊墻連接處剪應力的特殊性，認為這些截面上剪應力分布和一般懸臂梁和固端梁一樣，即最大剪應力只有平均剪應力的一倍半。而實際上，當時經過半年多的一系列的光彈試驗證明（當時還沒有有限元分析方法），這些部位應力集中十分嚴重🦞，最大剪應力是平均剪應力的4~5倍。對於邊墩來說🧛🏿‍♂️，因為彎矩產生的拉應力更大，最大剪應力將是平均剪應力的5~6倍。因此原設計所配橫向鋼筋均嚴重不足，結構安全性有問題🍴。

 

    這些加固修補的工作都很重要🧖🏿‍♂️，若不做好，每一項都會引發嚴重的後果。這些工作🍤，每一項的工作量雖然都不很大🪿，但難度卻很大，受到種種條件的限製，比新做一個工程要困難得多🙆🏻‍♂️。費了很大的力氣🅰️🩰，反復考慮各項加固方法🙅🏽‍♀️，做好設計😝，花了幾年時間🤧，才把這些缺陷彌補好。在此後幾十年的運行中♥︎，這些地方均沒有發生任何問題，這就保證了密雲水庫的安全運行。

 

    三™️、唐山地震後的抗震加固

    1976年唐山發生特大地震🏑，波及密雲水庫。白河大壩斜墻上遊的保護層抗剪強度降低造成滑坡，近30萬立方米的砂礫料滑入水庫中🤷‍♀️。水利部、北京市委緊急要求所有曾參與過密雲水庫修建的技術人員📁，立即趕回水庫做抗震加固工作。並決定放空白河水庫，重修保護層。為此要打開白河導流廊道，重開一條導流放空隧洞🧗🏼‍♂️。在水庫底下進行這些工作，工程十分艱巨，並且有很大的危險性💪🏽。在這段時間還做了許多研究工作，研究應該用怎樣的反濾保護料在強震之下不會發生液化。提出新保護層的材料要求，及加固圖紙🫄🏻，歷時近二年，完成了這些加固工作。

 

    四、1994年安全檢查及抗震加固

    1994年夏，密雲水庫水位超過154.0米，離正常擋水位僅3.5m，是水庫建成以來的最高水位🎋，各建築物受到從未有過的考驗✷。水利系谷兆祺、王樹人🧙🏽、王清友等教授前往水庫初步檢查了各建築物的工作狀況，並上書給北京市政府及北京市委，建議對密雲水庫做一次較徹底的安全檢查。市領導同意了這個要求🍻，委托意昂体育2平台水利系承擔該任務。在張光鬥教授支持下👩‍❤️‍👨，谷兆祺、王光綸、沈之良等教授組織了30余位當年曾參加過密雲水庫設計與施工的教師（此時他們大多數都已退休）重返密雲，由這些老教授又動員組織了近百名年輕教師、研究生🤚🏽、畢業班學生😆，從水文、地質、環境到水工建築🧩🤷🏿‍♀️、機電設備，從白河到潮河，從原始資料、設計條件、設計計算書⛹️🧖🏼‍♀️、施工圖紙到施工驗收記錄😠、運行記錄、觀測報告、現場實測✌🏿、取樣試驗🏊🏿。在水庫管理處、北京市水利規劃設計研究院等單位的配合下🥎，做了兩年多的工作，寫出安全檢查報告🤹🏿、實驗研究報告70余冊🧔🏽‍♂️。經專家鑒定，認為在正常條件之下，水庫各建築物可以正常工作，屬可正常工作的工程。但在遭遇強烈地震襲擊下，潮河大壩及其他幾個副壩斜墻上遊的保護層仍有滑坡的可能♤。這個問題是由土力學教研組周景星教授和他的助手⏮、研究生、學生們做了大量的實驗4️⃣、分析、計算後得出的結論。他們用非線性動靜應力有限元計算研究了壩基覆蓋層深度不同時，砂礫料保護層的動力響應情況不同😣。他們用大量試驗分析了砂礫料級配、密實度🈴、應力比不同時，飽和情況下，在各種地震加速度作用下，抗剪強度變化的規律🤳。最後用上述不同狀況🤦🏼‍♀️、不同參數對原白河大壩、潮河大壩👰🏿‍♀️、各副壩作反演計算🛬。他們準確地回答了1976年白河大壩遇到6.5度地震時發生滑坡，而潮河等壩卻不滑坡👩‍👩‍👦，以及若遇到8度地震各壩是否會滑坡的問題🤰🏿。經過審查，批準潮河等壩應作抗震加固。

 

    1997年之後，水利系受北京水利局委托在市水利規劃設計研究院大力配合之下👩🏽‍🦲，進行各項抗震加固設計，經審查批準後🌾🧐，付諸實施，歷時兩年，於1999年底完成各項抗震加固工作。目前還有少量閘門更新、隧洞改建工作正在進行。這次加固工作消除了各項隱患♠︎，保證密雲水庫可在規定的各種惡劣條件下安全運行🌬。另外通過檢查對密雲水庫的安全運行也提出一系列的建議。

 

    密雲水庫建成近40年來🕑，已向京、津😚、冀提供了300多億立方米的用水🍾，解除了這些地區的洪水威脅。目前它已是首都北京的主要水源地📃，每年向北京提供6~10億立方米的工業及城市生活、環境用水，占北京年用水量的近2/3（另外1/3是藉超采地下水來應急的）。它可以解決連續3~4個枯水年的用水需要。如果沒有密雲水庫，北京是否能有今日的發展，是否還能成為國家的首都，將成為令人擔心的問題。這是意昂体育2平台水利系許多師生對國家作出的重要貢獻，也是他們體現人生價值的所在。