俞介刚，苏加林，杨成祝

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 丰满大坝水工枢纽布置

大坝位于第二松花江吉林市上游24 km处，控制流域面积4.25万km2，占第二松花江总流域面积的54.5%。以发电为主，发电、防洪并重，兼有灌溉、城市及工业用水、航运、环境保护、养殖、旅游等综合利用效益。水库总库容108亿m3，水库面积550 km2。

水电站枢纽由混凝土坝、坝后式厂房、开关站和泄洪洞等建筑物组成。拦河大坝全长1 080 m，最大坝高91.5 m，全坝分60个坝段，每个坝段长18 m。1～8号为左岸挡水坝段。9～19号为溢流坝段，布置在主河床。20号为过渡坝段为挡水坝段。20～30号坝段为10个发电引水坝段，布置在右岸河床和部分滩地上，31～60号坝段为右岸挡水坝段，布置在右岸滩地。

泄洪洞布置在左岸，内径9 m，最大泄洪量1 186 m3/s，与溢流坝段最大泄洪量9 240 m3/s，共同组成泄洪系统。坝后电站厂房先装有8台水轮发电机组。二个备用机组段的机组于1986年安装，泄洪洞尾部后期建一个分岔做为发电引水支洞装了二台机组，使电站总装机容量达100.4万kW，年发电量20亿kW·h。

2 丰满大坝施工导流与围堰修筑

丰满大坝施工，左右岸共分三期导流施工，左右岸均设了施工导流底孔，截流二次。导截流工程施工时间较长，左岸导流底孔封堵不好，长期渗漏，具体如下：

1）一期围堰修筑

大坝施工采用分期导流，先修筑右岸一期围堰即右岸围堰，围堰位置大致在18～20号坝段，右岸围堰占去了河床宽度的一部分，使河水由左岸主河道过流。右岸滩地上主体工程施工，包括右岸坝基开挖，混凝土浇筑等，并在右岸21～25号坝段修筑了4个导流底孔，底孔底板高程190 m。

右岸围堰1937年10月25日开始施工，系土石建筑，内部为粘土，表面用砂砾石。围堰总长680 m，顶宽4 m，平均高度10.41 m，围堰顶部高程203 m，高出水面2 m，边坡1∶1.5。围堰施工利用冬季江面结冰的条件下进行。在1 m厚的冰面上，按照选定的围堰位置，打开一条水路，宽度等于围堰宽度，然后在两侧沉下石笼，作为围堰防水流冲刷骨架，再在石笼中间填入粘土作为防渗层，以后填砂土直至断面所需坡度为止。在迎水面铺一层卵石蛇笼护坡，厚0.45 m。在水流冲刷严重的上中部波浪面铺二层蛇笼护坡。右岸围堰于1938年4月30日竣工。

围堰施工正值严冬，地面土冻结厚度超过1 m，采土需要爆破。为使填筑的冻土块融解，增加围堰密实性，在围堰的中央部位沿全长挖一道沟，用铁轧冲孔，然后抽水灌沟，水沿孔下渗，用此法促使内部冻土融解，结果有些部位下沉达2 m，对增加围堰密实度起了一定作用。

1938年汛期，事先虽将围堰加高加厚，抛石护坡，因洪水较大，仍被大水冲决一段。经打桩抛石重新堵复。

2）二期围堰修筑

二期围堰即截流围堰，二期围堰施工开始于1939年9月29日。当时右岸围堰内4个导流底孔混凝土已浇筑完毕。当截流围堰开始施工时，即将右岸围堰打开，引导江水由四个导流底孔排走。但是河流束窄后，左岸河道水流速度增大，河床原有1.5 m厚土砂全被冲走，这对左岸河床坝基开挖有利。但水深增大，围堰的施工较右岸围堰施工困难，截流围堰断面也比右岸围堰大。施工时先用木船沉下作沉床（当时尚未结冰），船中填块石，然后在沉床两侧抛石，以此作为围堰的基础，再在两沉床的中间及两侧填以砂土。由于截流围堰二侧有水位差，不能像修筑右岸围堰那样灌注水和泥土，因此左岸围堰密实性差。12月末江水流量约为50 m3/s，其中约40 m3/s经右岸导流底孔流出，其余约10 m3/s，则从左岸土石围堰中渗漏流过。漏水量很大，截流围堰内不能抽干。为此又决定在土石围堰内的上游侧增修一道混凝土围堰，在起重机轨道的混凝土桥墩间浇筑混凝土堵塞（当时围堰内已有一排门机混凝土栈桥墩），作为防水壁用。由于冬季浇筑混凝土，将水加热至60～70℃，砂石未加热，拌成混凝土温度为4～5℃，即进行水下混凝土浇筑。模板与基础不密合处，则由潜水工用木楔、棉被堵塞，使模板内流速不超过4 m/s。浇筑混凝土时每次以长12 m，宽6.3 m，高3 m为一块。最后剩2.5 m宽一段，因漏水量大，先在上游侧下门板，填棉被堵塞，然后迅速用3 m3混凝土罐倒入2罐混凝土堵住。

混凝土防水壁的下游仍有个别漏水点，采用在漏水点下游再筑副壁的办法堵水，有的地方筑两道副壁。

施工最困难的地方是混凝土围堰与右岸土围堰相接触的部分，长约50 m，土围堰基础有2 m厚土砂，且有原抛的石笼，除去这些土石非常困难。经多次改变方法，最后采用气压沉箱法（潜涵施工）才将土砂块石清除干净，截流成功。

土石围堰截流成功的时间为1940年1月20日。而在土石围堰合笼后处理围堰漏水，在土石围堰内浇筑混凝土防水壁以及再做二道和三道局部防水壁和处理混凝土围堰和右岸围堰接头处漏水，把围堰漏水堵住，则一直工作到1940年4月才做完。

由于左岸围堰内基坑共有12个坝段，其中有11个是溢流坝段，其开挖及基础混凝土浇筑工作量很大，可能是施工管理者估计到大汛前很难完成这么多工作量，于是将左岸截流围堰内的工作分做二期来完成。于是先在靠近右岸的16号坝段位置抢筑了一道混凝土纵向子埝，再将16～20号坝段打上基础混凝土后将上游围堰打开，使江水从16～20号坝段间下泄。后进行17号坝段以左的坝段主体工程施工。

1940年6月封堵了右岸（21～25号坝段）导流底孔，使江水从17～20号坝段位置的河床下泄。在1940年6月至1941年间浇筑9～15号坝段混凝土，并同时在10～14号坝段又留出了4个左岸导流底孔和一个流筏缺口过流。江水改从左岸导流底孔下泄后，17～20号坝段混凝土开始浇筑。

故丰满大坝施工分3次导流、2次截流，左右岸均有导流底孔。

1942年11月17日10～14号坝段的导流底孔进口采用混凝土块、砂土以及棉被等物封堵。水库开始蓄水。

从1940年资料照片中见有个别封堵底孔的斜井，但1942年末坝体已升高至220 m高程以上，估计斜井未使用。回填方式与质量不详。从左岸9～15号坝段在伪满时期溢流坝脚残破，护坦首块有几处高约5 m，宽9 m范围被冲走，1952—1953年后溢流护面均有漏水看，底孔封堵质量肯定不好。

1943年2月15-20日，丰满二台厂用机组发电，3月25日主机1号机发电，5月13日主2号机发电，并以154 kV线路向长春哈尔滨送电。9月库水位到达240.8 m。

3 导流底孔坝段运行情况

1943年7月8日，13，14，15号坝段导流中孔过水，护坦第一次被冲毁。可能由于底孔渗流影响和浇筑间歇时间过长，9～15号段反弧段下部质量欠佳，以致1943，1944年冲毁严重，1953年汛期也有少量冲毁现象。

1944年8月，10号坝段（▽244）、12号坝段（▽241）各二孔临时导流缺口过水，护坦第二次被冲毁。

1953年左岸导流底孔坝段灌浆有几个孔耗浆很大，情况如下：

13号坝段5号孔（在13号坝段中间）在基础检查廊道底板施灌，（廊道底板高程200 m）孔深9.05 m，灌前孔口扬压力80 m水头，冒水量3.6 L/s。共灌入水泥干料26 352 kg，砂1 012 kg，锯木屑3麻袋。当时按“366”号设计，灌浆孔距为2 m，未将灌浆孔距再加密。而采用间隙灌浆方法灌到此孔不再吃浆为止。

13号坝段的4号孔、水泥注入量为14 342 kg。

12号坝段4号孔（200 m高程廊道底板上施灌），孔深7.7 m，灌前扬压力25 m水头，冒水量6.34 L/s，共灌入水泥干料 37 613 kg，砂 3 735 kg，灌入锯木屑3麻袋。钻孔日记上记载：“124号孔深7.7 m处混凝土内可能有大洞”，与124号孔相邻的123号和125号钻孔的耗灰量分别是12 145 kg和17 359 kg。

1981年汛期溢流面冲毁面积280 m2，冲深20～50 cm。

1986年8月7日在11～13号坝段，溢流面冲毁面积1 091 m2，冲走混凝土1 917 m3。最大冲深3 m。

于1987年至1995年，对11个溢流坝段溢流面均挖去3.5 m深老混凝土，并浇筑4.0 m厚优质新混凝土，并铺钢筋网。

1998，2003，2005年3次对溢流面做混凝土裂缝、渗水及溢流面破坏调查，情况见表1。

调查表明，溢流面裂缝数量及裂缝宽度及渗漏水点均发展很快，混凝土破损面积也增加很多。认为这均与坝体渗漏有关。

另外，多个坝段坝体内扬压力很高。

认为这些情况是与左岸导流底孔封堵质量不好有关。它是导致坝体渗漏特别是溢流坝段渗漏的主要原因。考虑到历史情况，预防溢流面混凝土再一次被冲毁。故2005年后水库采取汛期降低库水位运行。

表1 3次对溢流面做混凝土裂缝、渗水及溢流面破坏调查表

4 左岸导流底孔封堵质量不好原因分析

主要原因认为是溢流坝段施工工期太紧。施工工期安排不妥。从1942年4月17日所摄照片看，1942年前溢流坝段混凝土浇筑仓面高程在195 m左右。它从1940年截流后，在1941年、直至1942年4月期间，它的混凝土仓面高程长期滞留在该高程上。其长期滞留的原因分析是为了不淹没上游202门机栈桥。因为上游202门机栈桥它是为浇筑全坝A坝块和B坝块混凝土而存在的，不把这些部位混凝土浇到一定高程，门机就不能撤走。但是，这段时间又不能浇筑溢流坝段的混凝土（基础混凝土除外），因为溢流坝段要用于汛期过流用。如果溢流段坝体升高了，汛期上游门机栈桥将会被淹没。所以，从照片看，直到1942年4月17日，溢流坝段混凝土仓面高程仍然很低，使混凝土的浇筑处于二难境地。

但是到1942年底，水库的库水位突然升至220.0 m高程，此时，溢流坝段A坝块混凝土也升至200 m高程了。说明1942年从4月17日到1942年12月间溢流坝段混凝土浇筑量很大，浇筑速度也很快。溢流坝段浇筑混凝土首先是要浇筑B坝块的221B门机栈桥桥墩混凝土，待221B门机轨道铺好后，把上游202栈桥上的门机移到221B栈桥上来，后才能浇筑A坝块混凝土。即，221B栈桥上的门机从下游203D栈桥上吊3 m3混凝土罐再转吊到溢流坝段浇筑A坝块混凝土。进行A坝块混凝土浇筑，使溢流段A坝块混凝土从195 m高程迅速升高到220 m高程。因此工作量大而且时间紧迫，因为1943年要赶着发电。所以就把封堵导流底孔时固定预制混凝土门位置的进口导流墙和导流墙上的门槽，可能忽略，改于导流底孔进水口封堵时只好“用混凝土块、棉被和砂土来封堵”，造成了后患。

左岸导流底孔用预制混凝土门封堵，本来条件是具备的。从照片中看到，进口低高程部位两侧有导墙，导墙上有简易闸门槽，另外B坝块上已经铺好门机轨道，预制闸门可以用起重机吊运至进水口封堵。分析是导流墙和门槽并没有再往高高程处延伸，这时库水位已逐渐升高，虽用混凝土门封堵，但水压力增大后门落不到底，这时只好用混凝土块、棉被、土来封堵。

至于为什么在1942年下半年突然间把库水位逼高，1943年急着要发电，甚至于对影响大坝安全的因素完全不顾，（除了底孔未按正常程序封堵外，还有A坝块单独抵挡高库水位，造成A坝块应力状况恶化等）分析其原因可能是当时的形势和战事需要有关。

因为1942年6月4日发生了中途岛海战，中途岛海战成为太平洋战争的转折点，中途岛海战使日军损失掺重。它改变了太平洋区域日美海空力量的对比。从此，战争主动权开始转到美国方面。

中途岛事件后，日本当局一方面要求东北地区加紧大量生产战争物资以满足战事需要，需电量大增；另一方面也可能动摇了日本人对战争胜利的信心，以致于对工程主要强调以快速为主了。

5 丰满坝导截流设计问题及其经验教训

原丰满坝的导流、截流设计存在的问题是：

1）导流工程工程量大，工程繁复。丰满坝分3次导流、2次截流，左右岸均设置导流底孔。导流底孔均要封堵。因此工作量大而又繁复，必然拖延工期，影响工程质量。

混凝土重力坝在宽阔的河床上，采用分期导流方式施工比较多。即先修筑低水围堰，进行一岸的主体工程施工，同时主河床过流。在一期主体工程形成同时，形成导流底孔。第二期主河床截流，施工主河床的主体工程。这时江水从已建成的导流底孔中过流。坝体升至一定高度后，封堵导流底孔，水库蓄水，电站发电。但像丰满那样先形成右岸导流底孔再形成左岸导流底孔，再封堵右岸、左岸导流底孔，这样的工程实例较少，因为它增加工作量，增加工期。

2）右岸导流底孔设置位置不合理。丰满右岸导流底孔设在发电引水坝段和坝后厂房的位置上，影响了发电引水坝段和电站厂房的施工。而引水坝段和电站厂房一般是整个电站工程的控制工程。导流底孔和导流渠压占了厂房和引水坝段位置，必然影响厂房和引水坝段施工，拖后厂房工程工期，使控制性工程工期加长，即整个工程工期加长。

右岸导流底孔的施工时时较长，但它使用时间较短，即从1939年9月截流工程开始到1940年5月左岸又恢复部分河床过流时结束。1940年6月右岸导流底孔就封堵了。

设想，如果右岸导流底孔位置不是在发电引水坝段，也不是溢流坝段，而是在挡水坝段位置，则右岸导流底孔就不会影响电站厂房和引水坝段施工，也就不用急忙封堵这几个导流底孔，而且也不用在左岸再设置导流底孔。这样做，右岸和左岸均会减少很多工作量，减少左右岸的施工工期，使发电时间提前。

而要这样做，是否有这个可能呢？这种可能性也许是存在的。如果施工导流与水工枢纽布置紧密的结合起来研究，在不影响水工枢纽使用功能的情况下，适度调整水工枢纽布置，也许就可以做到这一点。原丰满坝在右岸的4个导流底孔，其中有2个导流底孔位置是设在9号和10号预留机组段的位置上，这二个预留机组段是否必需留呢？或者把整个电厂厂房位置做适当右移，也有可能腾出几个坝段做为挡水坝段即右岸导流底孔位置的，从而就有可能把导流系统简化。这是一个设计的经验或教训，即导截流设计要与水工枢纽布置设计紧密结合，或者说水工枢纽布置设计要考虑施工导截问题。

3）导流底孔封堵不是小问题，导流底孔封堵不好可以毁坏一座大坝。从丰满坝的经历看，似乎这么说并不过分。当然，丰满坝的渗漏途径很多，我们现在也不能全部具体肯定那些位置。但是从丰满溢流坝段的反复破坏看，其破坏位置确实是和导流底孔位置相对应的，底孔的封堵不好肯定是原因之一。故底孔的封堵设计必须十分重视，导流底孔设置位置必须谨慎确定。