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三峡大坝有哪些安全设计考量?
(博讯北京时间2019年7月12日 转载)
     来源于 财新网
    
     [读者来稿:近期有社交媒体根据谷歌地图卫星图片对比,发现三峡大坝呈现出明显的弯扭。之后,三峡集团、中国航天科技集团、国资委公众号国资小新对此消息多次予以解释(参见财新网报道“网传三峡大坝变形 专家称乃遥感图像纠正出现误差”)。三峡大坝在设计施工中有哪些安全考量,谷歌地图卫星图片为何会显示大坝扭曲、偏移,中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院两位学者的来稿做了相关介绍。]
    
      文l潘雄 (中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院测绘系教授)
    
      三峡大坝最高水位是175米,指的是高程175米,不是坝高175米。所谓高程,指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离,绝对基面是大地水准面,所谓大地水准面就是与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆地而形成的封闭曲面。我们规定大地水准面上的高程为0米,为了准确地确定大地水准面,也就是海平面,中国测绘主管部门在青岛的观象山上建立了一个水准原点,通过观测1952年-1979年共19年的验潮结果推算,以黄海平均海平面的高程为0米,测出位于青岛的中国水准原点的高程为72.2604米,其它地方的高程都以此点为基准进行推算而得到。三峡大坝前的水面的高程为100米左右,三峡大坝的坝顶高程约为185米,也就是说,三峡大坝坝高约为80多米,相当于30层楼高。
    
      三峡大坝建设前有三个方案,分别是低水位方案(150米)、中水位方案(175米)和高水位方案(200-230米),高水位方案防洪、发电、航运等效益显著,但水库淹没人口多,移民困难。低水位方案经济效益较差,特别是水库回水不到重庆,库未端重庆港将被泥沙淤积,影响长江上游航运事业的发展。但由于宜昌山地居多,耕地宝贵,为了保护有限的耕地,采取了中水位方案——175米。另外,为保护茅坪溪内4970亩农田和6560人,还多花了数亿元,在秭归茅坪镇建了一个副坝(右岸茅坪溪防护大坝),目的就是避免耕地被水淹,给当地居民多留一点耕地。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    茅坪溪防护大坝
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    沥青砼防渗心墙
    
      三峡大坝为何选址在中堡岛?一是因为长江在此有个小岛,便于截流及分期建设,由于宜昌山多,宜昌以上的长江江面窄,水的流速快,不方便截流,若有小岛,可以先截流一边,建好后通航再截流另一边,便于分期施工和通航;二是此处地质条件优越,此处为构造完整、抗压强度100--160Mpa的闪云斜长花岗岩。工程可利用开挖的大量新鲜岩石做人工骨科(砂子因云母超标不能用,需另建人工砂料场)。船闸挖成直立坡,仅做贴坡护砌即可。泄水可用挑流消能,不做砼消力池。三是施工条件好,河床开阔,具有分期施工、分期导流(和航运)条件,坝址交通便利;且场地广阔(征地15.28km2),宜于大型施工。四是中堡岛下游有一座大山(四门山),万一溃堤,可以减缓洪水的势头。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    截流现场
    
      如果水库的蓄水量一直保持不变,会导致大坝坝体“疲劳”,因此三峡水电站的水库除了保证防洪和通航外,还必须间歇性放水,保证坝体处于健康状态。原则上,水库的调度周期为:每年汛期(6-9月)为防洪,水位降至最低145米以下,减少部分发电量运行,以随时准备调蓄特大洪峰;10月份蓄水至175米以下;枯水期(12月-次年4月)由水库供水,以加大下游流量,满足发电、通航要求;5月水位逐渐降至145米以下。
    
      而随着蓄水量变化导致的压力变化,三峡大坝会发生微小的位移。为了保证大坝安全,在坝体上建立了水准基点定期复测,坝内安装了引张线,24小时自动监测坝体的变形,岸边坚硬的基岩上建立了GNSS监测站(HBZG,高程210.01米),24小时自动监测大坝的变形情况。监控大坝,尤其在放水前后会监测压力减小时,大坝是否能回位。像弹簧一样,如果不能回位,那大坝就有问题了。但这种位移都是在毫米级,肉眼看不出来。
    
      此外,长江中的泥沙沉积还会对三峡大坝构成压力,为此三峡大坝设计了22个泄洪孔,每孔净宽8m,堰顶高程158m,孔口高17m。23个泄洪深孔,宽7m, 高9m,进水口高程90m(兼作排沙)。表孔和深孔和机组等最大泄洪能力102500 m3/s。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    深孔泄洪
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    泄洪深孔、表孔
    
      大坝正常高水位175m;最低水位(防洪限制水位)145m;坝顶高程185m,最大坝高181m。坝长2,309m。最大底宽126m(厂房坝段118m),顶宽15~40m。大坝砼工程量1,600万m3。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    坝顶
    
      三峡大坝的左厂房14台机组,右厂房12台机组, 用两个导墙与泄洪分开。每台机组间距38.3m。左、右厂房各设两个安装场。场下各设1~2个冲沙孔。于左、右导墙及右岸设三个排漂孔。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    边坡稳定
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    边坡稳定
    
      三峡大坝在两岸的坝体下建设发电机组外,还在坝中间建立了挡水大坝及泄水建筑物,任务就是挡水、泄洪、排沙是空心的,发电机组在大坝内,利用水压推动发电机组运行。为防止渗流,大坝施工时,河床部位采用两道砼防渗墙,采用强制性砼拌和机及组合振捣器组合施工,为减少裂缝,特别是防止危害性裂缝的产生, 夏季浇筑砼需要采取温控措施,冬季需采用保温措施。砼温控措施包括,(1)选择原材料:采用中热水泥525#。两掺一低(掺粉煤灰、减水剂、用低水灰比),以减少砼水化热和用水量。(2)两次风冷骨料:第一次用0摄氏度~-5摄氏度的冷风,第二次用-13摄氏度~-17摄氏度的冷风降低砼骨料温度。并以冰屑代替水搅拌砼。要求出机口温度达到≤7摄氏度。(3)通水冷却:在砼中预埋冷却管。初期通水冷却,降低砼入仓温度;中期通冷水防止寒流;后期通冷水接缝灌浆。(4)表面保护:冬季2天骤降温度6摄氏度以上时需要封闭孔洞,砼表面覆盖保温。夏季浇筑砼过程中,随浇随覆盖,浇筑后淋水及喷雾养护。(5)分层分块:每层1.5-2.0m。沿坝轴线顺水流向分横缝,垂直水流向分纵缝(施工缝),一般每块边长20-30m。横缝设止水,纵缝设键槽及灌浆。工艺要求非常高。
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    喷灌防渗工艺
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    组合振捣器施工现场
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    坝面保温
    
    三峡大坝有哪些安全设计考量?


    大坝砼分层分块浇筑
    
      (本文图片均由作者提供) (博讯 boxun.com)
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