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28、怎样诊断三峡大坝的"健康"状况?
我们可以把三峡大坝当成生命体来看待,看其是否健康,要看他的肌体和各个器官是否正常,通过定期检查,查看肌体和各个器官的各种指标是否在正常范围,用数据来说明健康如何。
三峡大坝的"肌体"是混凝土,"器官"是各种闸门、孔洞、廊道和设备等。一个健康的大坝,其位移、变形、渗漏、泄流孔抗冲刷能力等都应当在设计允许范围之内,各种闸门、设备外形完整,符合设计要求,并能正常启闭。
三峡大坝在运行过程中的"健康"状况是依靠埋设在坝体内外的各种监测仪器来诊断的。据统计,仅三峡大坝坝体内就布设了监测点约5000个,形成了"天罗地网",对大坝的变形、渗流、应力应变等进行监测,能随时对大坝的工作状态和安全状况作出评价。通过对三峡大坝"健康"状况的监测分析、作出诊断,可以及时发现问题并采取措施保证三峡大坝正常运行。
让我们先来看看三峡大坝混凝土的"健康"状况。三峡大坝在建设过程中对混凝土原材料优中选优,拌和出的混凝土全部合格,浇筑工艺精细规范,凝固后混凝土的容重、密实性、抗压和抗拉强度、抗渗性等指标的合格率为100%。同样,各种闸门、孔洞、廊道和设备等"器官"的合格率也是100%。因而,三峡大坝的"肌体"和"器官"都是健康的。
三峡大坝的"健康"状况,是通过埋设在坝体内外的各种传感器和监测仪器的自动观测和人工巡视来进行诊断的。诊断三峡大坝的"健康"状况是一项长期任务,由专门机构、专职人员来承担。
一座大坝的漏水量是衡量其安全度的标志性数据,目前三峡大坝坝基总渗水量为524升每分,较蓄水前仅增加了不足80升每分。我们知道,农民在井中打水的水桶的容量是25升左右,仅相当于每分钟21桶水量。对于一座蓄水量近400亿立方米、坝高180余米、长2000余米的大坝来说,漏水量极其微小。
蓄水后,大坝坝基水平位移不超过1毫米,坝顶水平位移不超过17毫米。也就是说,大坝挡水后,坝基只向下游移动了不足坝高18万分之一的距离,坝顶只向下游移动了不足坝高1/1万的距离。三峡大坝稳稳地屹立在三斗坪。
三峡大坝已历经175米正常蓄水和泄洪的考验,多年的监测结果表明,大坝的各项"健康指标"都在正常范围之内,三峡大坝一直是很健康的。
三峡枢纽工程安全监测布置示意图(不含船闸)
29、三峡大坝的"寿命"有多长?
三峡工程举世瞩目,人们会问:三峡大坝的"寿命"有多长?
人是个生命体,有一定的寿命。生命死亡了,寿命就结束了。三峡大坝是由混凝土、金属结构组成的非生命体,包括可维修和不可维修两部分。可维修部分,包括进出水孔口、水轮发电机组、闸门等,真正不能维修的部分主要是大坝混凝土。那么,什么是三峡大坝的"寿命"?是指可维修部分功能丧失的"寿命",还是指大坝混凝土"死亡"的"寿命"?专家们在讨论水工建筑物设计规范时,针对是否需要规定混凝土重力坝的"设计寿命",意见分歧较大。
混凝土大坝建设的历史,应追溯到19世纪混凝土的发明问世,此后,混凝土就成为大坝建设的重要材料,出现了以混凝土为主要材料的坝型,如混凝土重力坝、拱坝等。19世纪以来,全世界已经建成的混凝土大坝数以万计,还没有一座是因为混凝土损坏而废弃的。所以,我们很难根据已有大坝,来推算三峡大坝的"寿命"。
人们出于对三峡工程的关心,对于三峡工程的"寿命"众说纷纭,有100年、200年、500年等各种说法。三峡大坝的"寿命"到底是多少?我们就尝试来回答这个问题。
一个人的寿命长短,是由先天基因和后天的身体状况以及客观环境等因素决定的。三峡大坝的"寿命",主要取决于大坝混凝土质量。因为进出水孔口、水轮发电机组、闸门等可维修的部分,每年都会进行监测、维护和维修,有些部件根据损坏情况可以进行更换,"他们"都是可以通过"器官"维修和移植而无限持续下去的。
三峡大坝混凝土的原材料是优良产品,大坝的施工是严格按照规范和施工程序进行的,施工质量百分之百合格。其中,检验混凝土质量的一个重要指标是强度和耐久性。
混凝土强度指标,包括抗拉、抗压和抗剪强度等,三峡大坝的混凝土强度指标百分之百合格,一个产品质量合格的混凝土,强度不会因为工程建成而停止,反而会增长。著名的美国鲍尔特拱坝由于在施工中严格控制质量,经70年左右的运行,大坝完好如初。最近经美国垦务局质量检查,发现混凝土强度还在增长。
混凝土耐久性指标,包括抗溶蚀、抗冻性和碳化等指标,三峡大坝的混凝土耐久性指标百分之百合格。三峡大坝混凝土的抗冻性指标为150~250次,表示混凝土的耐久性至少可以经得起150~250次的冻融考验。三峡大坝位于亚热带气候的宜昌三斗坪,气候较温暖,出现冻融循环的机会很少,因此,从混凝土耐久性的角度来看三峡大坝的"寿命",可以预计将超过150年。
三峡大坝的"寿命",与三峡水库泥沙淤积和抗震性能有没有关系呢?三峡工程在论证期间,针对泥沙淤积影响三峡水库"寿命"进行了充分研究和论证,提出了"蓄清排浑"水库运行方式确保水库长期利用的对策措施,得到了葛洲坝工程近30年和三峡水库2003年蓄水以来运行实践的检验。因此,通过"蓄清排浑"的运行调度,三峡水库可以长期使用。另一方面,三峡大坝建立在坚硬、完整的花岗岩地基上,三峡地区属于弱震地区,地震基本烈度是Ⅵ度,而三峡大坝按照Ⅶ度的地震烈度设防,因而,三峡大坝具有较强的抗震能力。
根据以上分析,三峡大坝的"寿命"远在百年以上。实际上,三峡大坝的实际使用"寿命"还可以通过维护和维修来"延年益寿"。两千多年前李冰兴建的都江堰水利工程,之所以到今天仍然发挥作用,造福人民,根本原因就是"岁修",每年都对都江堰工程进行维护和维修。古人通过"岁修"延长了都江堰工程的"寿命"。我们今天的科技人员应用现代技术,设专门机构不间断地进行监测巡视,及时维护保养或更换,使大坝的各个部位始终处于健康状态。这样三峡大坝完全可以长期运行下去,像千年工程都江堰一样,持续不断地发挥其综合效益。
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三峡枢纽工程建设重要节点:
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8月23日8时,三峡枢纽工程入库流量降至35000立方米每秒,长江2020年第5号洪水平稳通过三峡枢纽工程。本轮洪水期间,三峡枢纽工程共拦蓄洪水76.6亿立方米,成功抵御了75000立方米每秒的建库以来最大洪峰,减轻了长江中下游防洪压力,保障了人民生命财产安全。受8月15至17日连续强降雨影响,长江上游支流
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三峡工程是治理和开发保护长江的关键性骨干工程,具有巨大的防洪、发电、航运和水资源综合利用等综合效益。三峡枢纽包括:大坝、水电站厂房、通航建筑物、茅坪溪防护大坝和右岸地下电站等建筑物。大坝为混凝土重力坝,坝顶高程185m,最大坝高181m,大坝轴线全长2309.5m,基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩
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