忆在葛洲坝的十年岁月

张邦圻/文

编者：本文的作者---张邦圻，原长江委副总工程师，著名的水利工程专家，三峡工程和葛洲坝工程主要设计者之一；清江隔河岩水利工程设总。他才华出众，专业基础扎实，具有国际性视野，在任期间，深得长江委主要领导、上级领导及业内人士的认可及重用。所以，他回顾葛洲坝工程兴建过程，重大技术问题决策，相关的重大历史事件等，应该是非常全面及真实准确的。本文是非常宝贵的历史资料。

著名的水利工程专家-张邦圻

01来到了葛洲坝

1970年秋冬，我和部分同志正在清江隔河岩工地进行工程开工前的设计准备工作，却突然传来了葛洲坝工程要上马，隔河岩工程要停建的消息。大家对此都感到有些意外，因为湖北省和长江委（当时称长办）对开发清江一直都很重视。在20世纪60年代就编制了清江流域规划，1969年在文化革命运动的情况下，还派我率设计组去工地进行初步设计，钱正英部长亲赴工地审查，报部后当年底已获国务院业务组批复同意兴建，列入1970年开工计划。1970年初，湖北省已组建工程指挥部，陆续进驻工地准备开工，至今不到一年，就发生重大变化，不知是何原因。我们于1970年12月转移到葛洲坝工地后，逐渐了解一些情况。原来湖北省和长江委是一直积极促进三峡工程早日上马的。因为三峡工程是长江流域规划的主体工程，是解决长江荆江河段和中下游防洪问题的关键工程，也是彻底改变川江航道的根本措施，并能开发丰富的水电资源。三峡工程初步设计报告早在20世纪60年代初即已编制完成，但由于各种原因，中央一直未决策上马。1970年长江委还在研究分期建设三峡大坝方案，力图减少初期工程的投资和安全风险。而葛洲坝工程则是三峡工程下游的一座航运梯级，其作用是解决三峡至宜昌段长江航道问题并开发该河段水电资源，基本不具备防洪作用。它的建设程序，宜在三峡建成后或与三峡同时建成，最为有利。隔河岩工程则是开发清江的控制性工程，其作用为拦蓄清江洪峰，减轻对长江荆江河段的洪水威胁，同时可开发清江水电资源，发展鄂西经济，缺点规模较小，难以解决湖北急需的缺电难题。当时湖北省因三峡工程上马无期，故积极推动清江隔河岩工程上马。但后来有同志反映，葛洲坝工程是低坝，安全风险不大，且工程规模亦较小，而发电效益虽逊于三峡但远胜隔河岩。这样说动了湖北省领导，湖北省几经向中央争取，终于使中央做出了上马葛洲坝工程的决策。长江委不少同志很希望三峡工程早日上马，如施工设计处的承嘉谋说：“上三峡可以扭转乾坤”，也有同志不由自主在唱起了毛主席《水调歌头·游泳》词中的“更立西江石壁，截断巫山云雨，神女应无恙，当惊世界殊。”毕竟很多同志已做了十几年的努力，这种心情是可以理解的，但形势比人强，葛洲坝工程上马是符合当时实际情况的正确抉择。临近1970年年底时，毛主席“赞成兴建此坝”的最高指示传达下来了。接着工地举行了盛大的开工典礼，万炮齐鸣，葛洲坝工程的建设大幕终于揭开了。

02大会战

按照常规的建设程序，像葛洲坝这样的大型工程，首先要进行勘测设计工作、编制初步设计和技术报告。经批准后，再按照施工组织设计，调集施工队伍进场施工和设备订货。在勘测设计工作同时，可进行对外交通和坝区三通一平等前期准备工作。但在当时政治形势下，葛洲坝工程采取了大会战的建设方式，大干快上，集中力量打歼灭战。首先是组建由中央有关部门和湖北省参与的工程指挥机构——三三○工程指挥部。三三○是葛洲坝工程的代号，意在纪念毛主席于1958年3月30日对三峡坝址的视察。其次是调集各路建设力量：勘测设计方面主要由长江委、长沙院和湖北省有关部门参与；施工方面主要由丹江口工程局和长江委陆水施工总队以及武警水电部门参与，还有民工队伍。均按军队建制称呼，如设计团、民兵师等。再次是赶修住房。工程施工场地大部分在左岸，原有房屋较少，难以满足一下涌来上万人的队伍，故赶修住房成当务之急。设计团除利用一所中学校舍外（规模较小），还在旁边空地抢建几排芦席棚和一个较高大的水工实验棚。我们住在芦席棚内。虽然生活条件较艰苦，但大家的建设热情不减。我被分配在设计团八连，任连长。八连担任枢纽总布置和闸坝设计，故又称闸坝连，实际相当于长江委的枢纽处坝工专业组。当时最紧迫的任务就是完成初步设计，特别是首先选定坝轴线和枢纽总布置（至少一期工程范围内），然后据以进行分部工程设计，这样才可能进行主体工程施工。长江自西向东过西陵峡出南津关后，向右急转90度，呈由北南向流，并从峡谷型河道骤变为丘陵—平原型河道，河床宽度陡增至2000余米。河床中分布有葛洲坝和西坝两座小岛，把长江分割为大江、二江、三江共三个通道。葛洲坝工程规划中，把坝线选在南津关下游约2.3公里处，并利用葛洲坝小岛作纵向围堰，先围左边的二江、三江进行一期工程施工，然后再行大江截流，围大江进行二期工程施工。利用二江布置泄水闸和电厂，利用三江布置船闸。这个规划总体上是合理的，但也需调整和深化，尤其是葛洲坝先于三峡兴建后，不再享有三峡水库调蓄洪水之利。泄水闸需承担全部天然洪水的宣泄功能，其工程规模必须相应扩大。开始时我们的设计工程进行得不太顺利。由于当时“左”的思潮影响，许多人对原有成果往往持否定态度。例如在三江布置船闸是切合实际的，利用三江作引航道，既安全又经济。但有同志提出把电厂建在三江，理由是毛主席视察葛洲坝工程时可以把车子直接开进电厂，同时电厂常年过水可保持三江不淤。这些理由现在看来有些“奇葩”，但当时认为是重要理由，当然在国务院审查时并未采纳，仍然沿用原来方案。总之，经方案比选和向国务院汇报后，到1971年上半年，坝线和一期工程枢纽布置基本确定下来了。此时，我们的设计虽然前进了一大步，但要完成初步设计，还有很长的路要走。随着工作的不断深入，一些重大的技术问题逐步显现出来。主要有：坝区泥沙淤积问题；引航道及船闸进出口水流的流态流速问题；大型船闸设计问题；泄水闸设计问题，包括在相对软弱、复杂地基条件下的稳定和消能防冲等。这些问题都要通过进行深入研究和实验才有可能解决，决非一蹴可成。在这样情况下，主体工程的施工基本无法进行，但还是有两处出了图纸。一处是黄草坝上部分非溢流坝段，这一段处于船闸和厂房之间，只要坝线不变，以后总能用得上；另一处在葛洲坝小岛左侧的导墙，当时认为葛洲坝小岛作为纵向围堰的位置应该不会改变，但实际上后来出现较大变化，葛洲坝小岛全部挖除，该图纸完全作废。此是后话。其实，除了设计无法满足施工需要问题外，就施工力量本身来说，也是不能适应大型工程施工需要的，主要是大型施工机械和设施严重不足，根本不可能满足施工强度。事实证明，像葛洲坝这样一个大型工程，如没有作好充分准备，光集中队伍大会战是行不通的。好在不久后中央已觉察到实际情况，果断地做出决策，暂停施工，集中力量修改设计，由各有关部门参与、长江委负总责；由有关部门负责人组成葛洲坝工程技术委员会，负责协调技术问题，对国务院负责，林一山任负责人。由此，葛洲坝工程建设进入了一个新的阶段。

03探索与借鉴

葛洲坝工程虽然规模比三峡工程小很多，但技术问题并不简单，这主要由工程所处的坝址特点决定的：坝区地质为白垩纪红层，由粉砂质、黏土质等细颗粒沉积岩互层组成，岩性相对软弱，各层相变大，层间有剪切带，部分含泥化夹层；此外还有不同倾角的断裂，渗漏大。这些都对建筑物的抗滑、渗透稳定很不利，必须查清泥化夹层的分布及性质，据以采取有效措施，才能确保安全。为此，长江委进行了大量地质勘探工作，包括动用1米直径大口径钻机，充分揭示详细地层情况，此外还进行现场试验，探索利用灌浆等措施加固岩层效果的手段。长江是我国内河航运的大动脉，事关国民经济大局。李先念副总理曾说过，解决不好航运问题，宁可把大坝炸掉，可见通航问题的极端重要性。对此，航运部门提出了高标准的水流指标，而船长们更是忧心忡忡，担心工程建成后船只能否顺利过坝。而我国却对内河大型航运工程（包括大型船闸和航道等）的建设和运行严重缺乏实际经验。此外，还有洄游性鱼类——中华鲟的过坝问题、坝区防止泥沙淤积问题，以及低水头、大单宽流量泄水闸的设计问题都是重大的课题，需认真研究解决。为此，在这段初设过程中，经国家批准，我国两次组织有关人员赴国外考察，以借鉴国外在这些领域已有的成功经验，避免走弯路，减少付出代价。我有幸两次都参加了考察团，得益良多。第一次是以水利考察团名义前往美国考察，全团共10人：华东水院院长严恺任团长，外交部3人（含翻译2人），长江委2人（魏廷琤和我），交通部2人，机械部2人。考察时间1973年4至6月，约2个月。当时中美关系刚解冻，美方对考察团到访相当重视，故考察过程相对顺利，但亦出现一次小波折。我们抵美后，发现美方安排的日程计划中，防洪、灌溉、水土保持等水利项目偏多，而我们希望多看些水电项目（因当时葛洲坝工程尚属保密工程，故美方并不知道我们的意图），怀疑是否美方有所保留。经交涉后美方同意调整计划，基本满足我们的期望。我分析原因还是沟通问题，因我们提的是水利考察，而“水利”一词在英语中一般作water conservancy，其含义为水利、水资源管理、水土保持等，故美方开始安排偏重水利项目就不足为奇了。以后考察过程中，美方实际表现是较为开放的，对我们的提问都能给予正面回应，还提供了一些有价值的参考资料。我们共考察了分布于13个州的20多个工程项目和科研机构。工程项目包括大坝、电站、船闸、鱼道、提防护坡、灌区等，科研机构有美国陆军工程师团水道试验站和美国内政部垦务局工程研究中心、密西西比大学有关科研部门、一处水土保持试验站和一处鱼类孵化试验场等。我们考察的船闸工程分布在密西西比河水系的俄亥俄河、田纳西河及阿肯色河，以及哥伦比亚河下游和圣劳伦斯河上游。发现他们的船闸规模根据该河段航道及船舶标准，以及预测货运量来确定，相关技术方案，如充泄水系统、人字门启闭系统、船队防撞系统等基本定型，运行高效可靠。现场只需一人持对讲机即可指挥船队顺利过坝。但在引航道设计方面，船闸设计部门与航运管理部门亦存在分歧。如圣劳伦斯河船闸就经历双方多次协调，主要是管理部门提出水流标准高，设计部门有难度，解决办法是进行遥控动力模型船在水工模型上试航，凡模型试航成功，实践证明可行就算满足通航要求。这样，按照试验成果来设计，既可保证通航，又可避免浪费，是成功的经验。美国在水利建设中重视科研和创新。我们考察的陆军工程师团水道试验站和垦务局工程研究中心，都历史悠久、规模大、专业齐全、成果丰富，对推动技术进步功不可没，并为世界各国同行广泛参考和引用。我们考察的德沃夏克坝为美国最高混凝土重力坝，采用无纵缝的通仓浇筑法施工，也是大胆创新，但竣工后发现坝体出现裂缝有漏水，正在研究处理中。另外他们还提出碾压混凝土的概念，并进行探索和试验，这些创新精神给我们较深印象。与之相比，我国的水利建设，还是有差距的。一是经验还较少，科研亦有差距，再则机电设备和施工机械差距较大。但我认为只要我们在实践中不断总结经验并借鉴世界先进经验，加强科研，随着工业化的进展，我国水利建设定可达到世界先进水平。另一次是1975年赴巴基斯坦考察，长江委有3人参加，魏廷琤任团长。这次重点考察曼格拉和塔贝拉两大工程项目。巴基斯坦主要河流为印度河，自东北向西南纵贯全境，流域范围遍及大部国土，属巴国经济发达地区，其工农业发展均依赖印度河水利资源，其灌溉工程历史悠久，可上溯至公元前3000年。巴基斯坦水利建设由水电开发署（Water and Power Development Authority，简称WAPDA）负责。该署成立于1958年，受政府委托负责全国水利与电力工程的规划、建设与维护、运行。我们这次考察主要由该署接待。曼格拉工程位于印度河支流杰赫勒姆河上，是一座大型综合利用工程，主要包括一座初期坝高126米（后期134米）斜心墙碾压土坝，其填筑量约6400万立方米；一座泄流量约3万立方米每秒的主溢洪道及其闸室；一座装机容量100万千瓦的电厂，对防洪、灌溉及发电均有重大效益。该工程由英国宾尼公司设计，1967年竣工。工程地质为砂岩、黏土岩互层，岩性软弱，且层间发育有泥化剪切带，其抗剪强度很低。故建筑物基础的承重能力、抗剪稳定能力和抗冲刷能力均相当低。宾尼公司在设计主溢洪道闸室及消力池护坦时，采用泥化剪切带的残余抗剪强度值计算闸室抗滑稳定，并采取在闸室上游加设防渗板，在闸室基础内加强排水系统等措施，以保证建筑物的安全。另外我在考察护坦时发现其厚度普遍较小，有的只有0.3米。经详细了解，原来设计上在护坦下设置了透水层，并在护坦两侧设置了文多利管，当泄洪时，部分水流经文多利管，形成管中部产生负压，自动抽排透水层中的渗水，消除护坦下的渗压力，从而保证护坦的抗浮安全，这是颇为巧妙的设计，对我很有启发。塔贝拉工程位于印度河干流上，是巴基斯坦最大的综合利用工程，包括一座坝高143米，坝长2743米的斜心墙土石坝，两座大型溢洪道，四条供灌溉、发电之需的大直径隧洞，一座设计装机容量210万千瓦的电站。此工程由世界银行资金支持，美国TAMS公司设计，欧洲一承包商联合体施工，计划1976年竣工，我们考察时已接近竣工，但因后期出现多项事故，工期预计有些延迟。塔贝拉大坝是当时世界上最大的土石坝，填筑量达1.21亿立方米，最高日填筑强度23万立方米。其最大特点是坝址河床覆盖层由大漂石、砾石和细砂组成，最大厚度达200多米。表层以下30米还存在一透水架空层，由粒径约30厘米砾石组成。由于施工过于困难，设计上放弃帷幕防渗方案而采用铺盖防渗方案。原设计铺盖长度1740米，厚度1.5～12.8米。1974年7月水库开始蓄水，同时通过隧洞内平板闸门控制向下游供水，不料2号隧洞突发垮坍事故，情况严重，不得不紧急放空水库。至8月发现铺盖出现沉陷坑300余处，为此又不得不进行铺盖修复，将铺盖加长至2347米，最小厚度亦增加至4.5米。但1975年水库重新蓄水后，水下探测发现铺盖又出现沉陷坑400多处，致大坝坝基渗漏严重。为此又专门建造抛土船，计划向沉陷坑不断抛土，以期控制坝基渗漏量。至于隧洞垮坍原因，据TAMS公司驻工地设代处负责人介绍，是由于隧洞内平板闸门处于局部开启引起震动，致闸门门框固定螺丝被振动松动移位，造成门框变形，卡住闸门升降，以致形成持续强震无法调整，终致全洞垮坍。他比喻道，像一位将军骑马指挥作战，不料一颗钉马蹄铁的钉子意外脱落，导致马蹄铁也脱落，以致马蹄受伤，马跌倒了，将军也跌倒受伤了，最终输掉了战争。但我觉得这种比喻有推脱责任之嫌，因为平板闸门在较高水头下局部开启运行时水流状态复杂，风险很大，这是水工设计人员应该预料到的，例如1960年印度巴克拉工程也是在大坝蓄水期间隧洞内平板闸门局部开启时失事，闸门室垮坍，水流经交通廊道冲入发电厂房，造成工人伤亡，发电机被淹，被迫推迟发电一年。问题根源还应是设计上重视不够，措施不周，应引以为戒。另外，我还在考察中发现两座工程在大型弧形闸门支座处，已普遍采用预应力钢丝束来锚固支座，以替代常规钢筋，这样可大幅改善支座附近钢筋混凝土结构的应力分布，确保工程长期安全运行，认为这种方法值得借鉴。

04重绘蓝图

根据中央指示，由长江委负责葛洲坝工程修改设计，由林一山负责葛洲坝工程技术委员会，协调解决技术问题，并对中央负责。当时，长江委全力以赴，投入勘测、设计工作，发现前两年做的一些工作，限于当时的主客观条件，其工作深度明显不足，需补充资料和重新研究论证，所以要全面系统的完成修改设计，任务是很繁重的，是一个不小的挑战。林一山主任在此期间，以高超的辩证思维和智慧，对一些全局性和重大难题，提出了解决的原则和措施，并对设计工作的顺利推进起到有力的引领作用。首先是坝轴线的确定。规划阶段选择在南津关下游2.3公里，设计团设计阶段也基本认可，但后来航运部门提出保留意见，认为坝线可能太靠上游，不利于船闸上游引航道的布置，建议下移。林主任认为可维持原坝线不变，今后如论证船闸位置确需下移，可局部变动坝线，呈折线状，简称“拉抽屉”方案。这样既不影响设计进展，也保留了今后船闸位置下移的可能性，确实是一招妙棋。其次是枢纽布置。规划阶段枢纽布置原则是三江布置船闸及引航道，大江、二江布置泄水闸和电厂。由于20世纪50年代规划时考虑葛洲坝工程将晚于三峡工程建成，可利用三峡调洪削减葛洲坝的设计洪水并相应减小泄水闸的规模，故大、二江有足够空间布置泄水闸及电厂。而现在葛洲坝工程先于三峡上马，应采用天然洪水作设计洪水，泄水闸规模需要从16孔增至28孔。故在一期工程中二江布置泄水闸及二江电厂将出现空间不足的问题。林主任提出的枢纽布置是泄水闸居枢纽中部，其两侧分别布置大江电厂和二江电厂，再两侧布置大江船闸及三江船闸，简称“一体两翼”方案。此方案较少改变坝区河段的河势及流态，水流能较顺畅通过工程，有利于防止淤积。此外大江右侧及三江水流趋缓，也有利于通航。为了达到这样的布置，最终把江中的葛洲坝小岛挖除了，由此还带来扩展布置空间的利益，使大江电厂增加4台机组。再次就是提出航道防淤措施。其具体措施是在大江、三江航道内各建一座冲沙闸，并在其上游各建一座防淤堤，当航道内出现淤积时，即可开启冲沙闸，在航道内形成一个小洪峰，冲走淤沙时间很短，不会影响航运。防淤堤的作用为塑造航道的边线形态，使冲沙时水流有利于冲沙。此运用方式简称“静水通航，动水冲沙”模式，可称是水利史上一项重大创举。林一山主任提出的这些意见非常重要，因为它关系到葛洲坝工程的总体布局是否符合长江的客观规律，建成后能否达到安全泄洪、排沙、发电、通航等预期目标。开始提出时各方还有不同意见，经过多方论证和大量试验后，才基本上统一了认识。随着总体布局的逐渐明朗和地质资料等的不断丰富，各主要建筑物的设计也逐步地开展起来了。在这阶段设计中，主要确定主要建筑物的规模、型式和初定尺寸和工程量等，而对涉及的一些技术问题，由于需要专门的研究论证和大量试验，时间上不允许，只能留待复工后逐步解决。不管怎样，一幅重绘后的蓝图正逐步变得清晰起来了。大约1973年秋天，有天上午长江委办公室丁福五主任对我说：“湖北省领导要听葛洲坝工程汇报，但现在魏廷琤同志出差在外，请你代去一下。”当天午后我到了会议室。不久，会议主持人说：“曾司令员说，首长饭后要小睡15分钟，请大家稍等。”我想曾思玉说的首长，必定是中央首长了，不知是谁？不久此疑问顷刻解除了，因为一位身材较矮但非常结实、满面红光的首长来到了，不用介绍，他就是邓小平同志。我向他汇报了葛洲坝工程兴建的缘由。现场大会战过程和现在修改设计的进展等。当我汇报到“毛主席对提议兴建三峡的张体学同志说'二百个亿的水顶在头上，你怕不怕？’”时，邓小平风趣地插话：“那就要水漫金山啰！”当我汇报到原来设计太粗，开始估算造价只要十几个亿，现在仔细估算，可能会达到三十个亿，我们有些担心时。邓小平肯定地说：“三十亿做成这个工程，还是可以的嘛！”这句话使我心头一震，感到邓小平确实有魄力，对此印象深刻。邓小平复出不久就要了解葛洲坝工程，说明中央一直关注着工程进展。长江委的担子不轻，因为还有大量的勘测、设计和科研工作尚待进行。为了加快进度，长江委根据葛洲坝工程的实际情况，对工作安排做了变通处理，重点对一期工程把工作做深做细，而对二期工程则留有余地，便于今后优化设计。这样，到1974年秋，报送修改初步设计，不久，中央就批准工程复工。

05群策群力，攻坚克难

1975年是葛洲坝工程复工后的第一年，事实求是地说，这应该就是工程正式开工的第一年。虽然复工了，但对长江委来说，艰难的任务还刚刚开始：首先要对提出的枢纽总体布置进一步试验验证，并不断改善和优化；对修改初设中确定的各主要建筑物，也要随着不断获取的资料（如地质资料），对方案不断深化和调整；而对已进入施工阶段的建筑物，则必须及时完成技术设计并提供施工图。由于设计任务由长江委负责，设计的组织领导体制按照委、处、专业组三级进行。我被任命为枢纽设计处一科的科长。一科专责葛洲坝工程的坝工设计，具体包括枢纽布置汇总与协调（含坝顶布置）、闸坝设计（含二江泄水闸，大、三江冲沙闸、左岸土坝、厂闸间导墙等）。由于设计任务重，长江委又调集部分技术人员，使一科最终达20余人规模。面对这样一个宏伟的工程和复杂的设计条件，大家感到重任在肩，如临深渊，如履薄冰。当时主要采取现场设计方式，大部分设计人员多数时间留在工程现场，组成设计代表处。我从1975年至1981年约6年时间，有约半数时间留在工地，和全科同志一起努力，也得到兄弟单位的协作，在上级领导下，完成了一期工程中有关的设计任务，深刻体会到蕴藏在群众中的智慧和力量是非常深厚和宏大的，只要大家团结一心，群策群力，攻坚克难，必能取得最后胜利。二江泄水闸是葛洲坝工程中最主要的泄水建筑物，体现为“一体两翼”枢纽总体布置方案中的“一体”。葛洲坝工程完建后，二江泄水闸会同其他泄水建筑物，可安全宣泄坝址万年一遇（约11万立方米每秒）的校核洪水流量，保证整个工程安全；又可根据上游来水情况和工程调度要求，灵活调节下泄流量，以稳定闸上、下游水位，保证船闸和电厂的正常运行。总之，二江泄水闸的作用是对葛洲坝工程来、泄水进行总调控，以满足工程的安全、正常运行要求，其任务十分重要。我们在设计二江泄水闸时，首先要面对的难点就是选定一个能满足以上特定要求的合适闸型，即既能宣敞泄特大洪水（约8万立方米每秒），又满足灵活下泄各级流量的要求。我们发现至今国内外还没有一个可参考的类似闸型，这意味着必须由我们亲自来创造这个新的闸型。我记得在工地一间大办公室里，一科的大部分同志参加了对闸型的热烈讨论：一位同志提出新想法，另一位同志提出其中的矛盾，再一位同志又提出改进意见，有时争得面红耳赤，有时又互相切磋。终于思想的碰撞产生了智慧的火花，照明了新的设计思路，经过不断修改完善，一个全新的闸型终于呈现在大家面前。它完全满足各种任务要求，而且造型简洁明了，便于施工及建成后的运行维护，取得大家一致拥护。这是集体的创造，群众智慧的体现。另一项设计重点主要涉及闸门的选型和布置，目的是满足二江泄水闸灵活下泄流量的要求。前面已提到，泄水闸上游最大水深有30米，为了减少闸门负担，考虑在不影响水流敞泄条件下，在闸室上部设置胸墙，其下缘高程为61米，此时闸孔面积为12米×24米。这样大的孔口尺寸对闸门设计是一个挑战，现实能考虑的闸门型式只有平板（定轮）闸门和弧形闸门两种。采用单扇平板闸门，闸门水推力达5000吨以上，其启门力也相应十分巨大，尤其是启门需要用高架大吨位门机操作，分级锁定闸门，逐孔开启，非常不方便，更难言灵活。当采用双扉方案（即2扇12米×12米平板门）时，单扇闸门水推力不超过3500吨，启门力也有所下降，但启闭闸门操作复杂和缓慢之弊依然，难达灵活下泄流量之要求。相反，弧形闸门的优点是启门力小，适合采用固定启闭机，每个闸孔配置一台，并可同步启闭，满足灵活调节下泄洪量，堪称理想闸门型式。其缺点是闸门结构较复杂，门体较重，并占用闸室空间较大。当采用单扇闸门时，估计闸门臂长可能达30米或更多，将迫使闸墩向下游延长，很不经济。且闸门尺寸过大，会削弱刚度，运行时易产生振动。故此方案缺点亦较突出，难以采用。当采用双扉方案时，闸门尺寸缩小一半，相应门臂长度亦可减半，故闸门臂长带来问题即可解决。但两扇弧形闸门如何布置存在困难，即上、下门之间互相干扰，难以协调。这时大家想起了综合采用平板和弧形两种闸门方案的可能性。经过反复讨论和修改，终于完成了一个较理想的方案，即上门采用平板闸门，下门采用弧形闸门，平板闸门下缘向下游方向突出一段牛腿并安装止水带，以便和弧形闸门面板贴合，即在两门关闭状态时起挡水作用。而在运用时，先开下门，形成闸底部孔口流，然后逐渐提升下门至闸室顶部，与上门完全脱离接触。如此时还要继续扩大泄量，即可利用门机逐步开启上门，直至上门全开，闸孔下泄最大流量。此方案充分利用了弧形闸门灵活调节下泄流量的优点，承担绝大部分的调节下泄流量任务。只有在特大洪水来袭时，上面的平板闸门才开启。因特大洪水发生几率很小，故平板闸门实际运用机会也很小。而且开启时流量已很大了，即使用门机逐孔开启会形成各孔流量不均，对整体泄量影响也不大。我们认为这个方案几近完美，故将其称为“上平下弧”方案。成功创建了二江泄水闸的闸型方案后。我们的信心大大增强，并为下一步解决二江闸各种技术问题打下了基础。二江汇水闸的一个重要且特殊的技术问题是闸室抗滑稳定问题。这是由于在近半的闸室的基础部位存在多层泥化夹层，其残余抗剪强度低至f=0.2～0.25，不及一般基岩的一半，致使闸室的阻滑力严重下降，很难保证闸室稳定。这种情况在国内外水利工程中极为罕见，因此没有可资借鉴的经验，只有我们自己想办法。经过集思广益，大家归纳出三种技术措施：首先是在闸上游增加一段30米长的防渗板，把主帷幕和主排水前移至板首的廊道内，以降低防渗板下的渗压，使防渗板达到较大有效自重，为闸室提供额外的阻滑力，这是一种利用水压力特点的“以水治水”思路。其次是加深闸室首部齿槽，切断部分泥化夹层，嵌入到夹层下的基岩中，增加部分抗力作为闸室抗滑力。再次是利用直径约1米的钢筋混凝土锚桩加固闸室尾部下游岩体（抗力体），以提高岩体对闸室的有效抗滑力。根据每个闸孔的具体情况，综合选用这三种措施，即可以最经济合理的方案，保证整个二江闸的闸室抗滑稳定安全，从而破解这一难题。有关闸室的问题解决后，接下来的就是消能防冲问题，而这又是一个重大而特殊的问题。由于二江闸泄洪流量巨大，如果不做好消能防冲，洪水将会冲蚀闸下游的软弱基岩，最终危及二江闸自身的安全，这是绝对不能容许的；另外，葛洲坝工程建筑物众多，运行条件复杂，二江闸与整个工程间的分流比变化很大，加上葛洲坝工程流量大、落差低，都使消能防冲设计具有很大的挑战性。我们的任务，就是在任何情况下，必须保证闸室和下游在消能防冲时的绝对安全。此项设计首先要确定消能工的型式和尺寸，除计算分析外，还须通过大量模型试验加以验证，所以必须由设计和科研部门密切合作方能成功。因为二江泄水闸单宽流量和低水头特点，只能采用底流消力池型式消能，并因水流弗氏数低（2.5～4.5左右），常处于不稳定水跃范围，其理论消能率甚低，往往不到50%，所以在水流通过消力池以后，还挟带较大余能，对地基仍具相当冲蚀能力，必须设置相当长度的防冲护固段和加糙海漫段，以进一步消杀余能，调整流态，以顺畅衔接下游水流。经过大量试验，最终确定消能工全长335米，其中消力池长180米。在设计工程中，我们发现还存在一个水跃跃头位置控制的特殊问题，需要解决。此问题的缘由是二江闸采用底消力池进行消能，设计要求水跃跃头位置稳定在闸室尾部附近（向上游10米至向下游50米范围），以发挥消力池正常功能。再向上游移动会导致水跃不稳并冲击弧门面板，有损坏风险；再向下游移动，水跃会部分越出消力池，降低消力池功能。二江闸在二期导流期间，水跃跃头位置基本符合设计要求，但到了完建期，由于电厂和冲沙闸大量分流，致使通过二江闸的流量和相应单宽流量大为减少，其结果是水跃跃头大幅前移进入闸室，严重冲击弧形闸门。所以，必须找出办法，在二期导流和完建两个时期，使水跃跃头都能稳定在闸室尾部附近，这成为当时必须及时解决的紧要问题。好在不久就传来好消息：长科院水工室通过大量试验研究，找到了破解难题的办法——二隔三区方案。也就是在消力池上增加两道隔墙，把消力池分成孔数不等的三个区。二江闸泄水时可运用任一区或两区，或三区全开，即可调节单宽流量，从而调节水跃跃头位置。这样，二江泄水闸就具备了高度的灵活性，可保证在任何工况下消力池都的安全运行。这项创意的主要贡献者是长科院水工室的李麟祯和苏鲁平同志，前者一直负责葛洲坝项目，与我相熟；后者我虽不熟识，但早就名声在外，在文革初期当了造反组织的头头。在和林主任有过一次交谈后，积极投入“抓革命，促生产”热潮，作出了贡献。以上确定了消力池的型式、尺寸和运行方式，接着要解决消力池的结构设计问题上。二江闸消力池的特点是：规模大（宽500米、长180米、面积9万平方米）、过流量大（最大流量8.1万立方米每秒、护坦单宽流量170立方米每秒每米）、水深大（最大达30米）、基岩软弱且含多个夹层，在面临巨大水流冲击时，消力池结构必须确保安全可靠，特别要防止出现局部失稳波及整体，造成大范围冲蚀基岩，威胁二江闸闸室稳定的重大风险。已有国内外消力池结构设计，一般均采独分块护坦板方案，由每块护坦板的有效自重及锚筋提供抗浮力，以抵抗水流对护坦板产生的浮力及脉动力。此方案优点为设计、施工较简单，其缺点为安全系数较难提高（混凝土护坦板在水中有效自重只有实际自重的58%，锚筋抗浮力受制于基岩的强度和完整度），一旦出现意外水流条件，可能出现单块护坦板失稳，波及整体的重大风险。我考虑到消力池对二江闸以致葛洲坝工程安全的重要性，认为此方案已不适用，应另辟蹊径。我设想的方案是封闭整个消力池护坦板（共9万平方米），防止渗水进入，排除护坦板下可能出现残余渗水，确保护坦板下零扬压力。此方案可简称为封闭护坦方案，其设计理念仍为“以水治水”，即控制护坦板下渗水，消除扬压力，此时护坦板上全部水体重将转化成为有效抗浮力，足以保证护坦板抗浮的绝对安全。此设想得到大家赞同和领导支持。但是，要实现这个设想也不容易，因为封闭全部护坦板不仅要防裂、防渗、止水、排水，而且护坦板以下的基岩同样必须达到防渗、排水，这无疑是一项挑战。不过，我们也有有利条件，即对设计方案的理论和技术措施是比较清楚，只要谨慎处理好各项技术细节，就能够取得成功，而我们科里有一些同志参加过丹江口工程的补强设计，对细节处理有丰富实践经验，正是得其所哉！经过集思广益，我们也采取了一系列技术措施：一是对护坦板进行合理分缝分块，兼顾有利温控防裂和减少分缝长度，基本分块尺寸为12米×12米，并板面配防裂钢筋；二是对所有分缝设置系统的止排水系统，即缝间设双止水，止水间设三角排水槽，与护坦下廊道有管道相通。为防串漏，共分77个独立分区，以利竣工后分别压水测试渗漏。必要时加以处理补强；三是在护坦板左、右侧及下游侧设置基础廊道（上游侧利用闸室基础廊道），设置防渗帷幕及排水孔，全面控制护坦板周围向护坦基础的渗流。另在护坦板内沿隔墙及斜坡段末端增设基础廊道以布置排水孔，拦截可能的渗流。所有排水孔在穿过泥化夹层部位时，均设置反滤装置，以防细颗粒流失；四是沿分缝下的基础设置暗沟排水系统，并在部分检查廊道内增加排水孔，以进一步拦截可能的渗流。以上所有渗流均汇集于护坦板下两个集水井内，设有潜水泵，可自动控制抽排。以上这些措施虽显繁琐，但施工难度并不大，关键是要确保每个步骤都能认真、细致加以落实。我们深知其重要性，大家以极大热情和施工单位密切配合，亲身参与检查处理，所以对此工程质量我们是有充分信心的。我们在二江泄水闸设计中还采用了另一项新技术，即在弧形闸门的支承结构中采用了预应力混凝土技术，这在我国水利工程上还是首次，所以值得一提。按常规设计，弧形闸门所受的水推力将通过支铰传递到埋设在闸墩内的锚固钢筋系统，最终由闸墩承担受力，在锚固系统布置区域会出现拉应力区。由于钢筋和混凝土材料性能差异，当钢筋受力达到设计值时，混凝土则早已超过了其极限拉伸应变而必然出现一系列裂缝，并随时间逐步发展，削弱闸墩整体性，降低安全度，最终会缩短建筑物工作寿命。这个问题在当时设计规范中并未专门提出，但却是客观存在的。特别是二江闸弧门推力达4100吨，我认为问题不容忽视，应采取措施应对，而预应力混凝土技术就是最切实有效的办法。据我了解，此技术在国外工程中已较普遍应用，其原理并不复杂，主要是对未受力时的混凝土预先施加一定的压应力，其大小以能抵消以后的拉应力为度，这样就彻底消除了混凝土结构中的拉应力和出现裂缝的可能。但当时国内水利工程中尚未采用此技术，故国内没有任何参考资料，国外虽有较成熟经验，但在当时的情况下，要引进技术亦不可行。唯一可行的就是参考国外科技刊物上一些资料，自己来开展试验研究。为此科里组织专人，会同施工单位合力攻关，还找了协作单位天津钢丝厂、柳州水工机械厂试制高强钢丝和大吨位张拉千斤顶。为稳妥起见，我们先在闸门水推力较小的三江冲沙闸进行试验，取得初步经验后再在二江泄水闸上实施。关于预应力技术方案，当时国外已普遍采用弗氏锚系统了，但我考虑此方案技术难度较大，研发时间较长，怕影响工程进度，决定选用镦头锚系统，其预应力效果和弗氏锚系统是一致的，主要是锚具和千斤顶比较简单，研发更有把握，缺点是以单根钢丝组成的锚束，比弗氏锚系统以钢绞线组成的锚束，经济性和施工效率较差。最终，我们研制成了300吨级的预应力锚束系统，运用在大江、二江、三江闸的闸墩部位，其性能达到了设计要求，为建筑物的长期安全运行提供了技术保障。

06质疑与考验

葛洲坝工程是我国在第一大河——长江上建设的第一座水利工程，在我国水利建设史上翻开了新的一页，对承担了工程设计重任的长江委也具有里程碑意义。这项工程吸引了全国各方的关注和期望，他们对工程建设提出了许多建议、意见、质疑甚或批评，我认为其目的都是希望工程建得更安全可靠又经济合理，这对我们就是一种鞭策和责任。只有尽力把工作做得更好，经得起历史的检验，我们才能不负使命。大约在1978年，我收到长江委主任魏廷琤转来一封的张光斗（当时长江委技术顾问）来信。张先生对二江泄水闸的闸室结构方案提出意见，认为采用整墩方案，相邻两墩间有结构缝分开，一旦两墩出现较大不均匀沉陷，可能影响弧形闸门正常启闭，不利二江闸安全，故建议改为缝墩方案。对于闸墩不均匀沉陷问题，我们在研究选择闸室结构方案时就已明确认识到这是一个决定性因素，并为此慎重加以分析、评估，认为最大沉陷差不会超过5毫米，根据设计弧形闸门的金结科的意见，不会影响弧门的正常启闭和结构安全。当然张先生的意见也有一定道理：毕竟采用缝墩方案后，相邻两墩处于同一刚性框架结构内，根本不存在不均匀沉陷问题。但是当时我们已基本完成二江闸闸室的设计图纸，变更方案需修改设计，重绘图纸，可能影响施工。此外还有一个更大的问题，即二江闸在枢纽总布置的位置已经确定，占用坝轴线的前沿长度（约500米）也是确定的，改为缝墩方案会增加闸墩厚度，导致增加前沿长度，调整枢纽总布置，影响相邻的厂房设计变更。所以我们主张以不变方案为宜。但长江委领导最终还是决定接受张先生的建议，要求我们修改方案。在时间十分紧迫情况下，经过大家集思广益，反复推敲，终于在不改变枢纽总布置的前提下，完成了修改方案的任务，主要是采取了两个措施：第一个措施是挖掘闸孔泄水能力的潜力，通过最新水工模型试验成果分析，二江闸孔过流的流量系数可适当提高，达到每孔最大过流能力达到3000立方米每秒，这样27孔就可通过8万立方米每秒流量，即二江闸的孔数可以从28孔减为27孔，减少1孔可腾出约18米前沿长度，供增加闸墩厚度之需。第二个措施是闸室采用3孔1联结构分段，每个闸段内含2个整墩和2个缝墩。全闸共设9个闸段（27孔），共含18个整墩和18个缝墩，其中只有18个缝墩（相当于9个整墩）是需加厚的，所以需加厚的闸墩数和增加的厚度都大幅减少了。这样，修改方案后的二江闸的前沿长度基本保持不变，不影响原定的枢纽总布置，克服了修改设计中面临的主要难题，圆满完成了领导交给我们的任务。经大家加班奋战，修改设计图纸也赶在施工前得以完成，保证二江闸按期建成。记得除上述修改闸室分缝方案事件外，还有一次是对二江闸闸室抗滑稳定设计方面的质疑。时间大约在1978年，由水电部派出由水利水电规划总院蓝副院长和刘总、潘总率领的工作组来到工地检查设计工作，其中一项重点是二江闸闸室抗滑稳定设计，似乎认为现有设计过于保守了。我们汇报了设计情况，说明部分闸室基础内存在泥化夹层，其摩擦系数低至0.2～0.25，故阻滑力偏低，而设计规范要求大型工程阻滑力≥1.3倍的滑动力，差距很大，因此，必须采用一系列措施，以满足规范要求。工作组对设计成果核查很仔细，有时为回答一些疑问，还不得不请具体设计者带算稿与会，随时补充计算和答疑。记得有次会议在宜昌桃花岭招待所举行，一直开到大约凌晨3点。好在最终并未对设计有大的变动，只有一些小的变动，似乎还取消了一道止水（防渗板与防冲铺盖间），这道止水是设计者担心防渗板下防渗帷幕可能效果欠佳而采取的备用措施。会后设计者之一的郑至诚说：“开会时间太长，计算要得又急，搞得头昏脑胀，会后发现会上有的计算有差错，幸好只牵涉局部。”由此可见那次会议的紧张气氛。事后我推测这次来检查可能是一次贯彻“设计革命化”运动的行动。大约1979年初，水利部和电力部分开了。水利部也派人来工地了解设计情况，我印象他们的主导思想是要保证安全，对我们在设计中采取的措施认为是必要的。为此，按他们的意见，我们和施工单位商讨，把原来取消了的那一道止水加以恢复。但是，最大的一次质疑事件还在后面。大约在1980年秋，二江闸已接近竣工，水利部冯寅副部长来工地检查工作，有一次他要了解二江闸消力池设计，由我向他汇报。我觉得他像一位年长些的知识分子，待人谦和。我向他解释了设计思路和采用的封闭排水护坦方案，他没有对此置评，却坦然地说：“我以往经验用锚筋加固护坦，你们采用这种方案我还不懂。”看来似有所保留。1980年秋冬之交，钱正英部长来工地，魏廷琤主任和我去见她，她向我们透露了一个令人震惊的信息：有人反映对二江闸消力池护坦安全的担心，为此国务院副总理谷牧批示水利部：考虑是否请外国专家来现场查看。钱部长说：“我只要你们一句话，消力池护坦到底有没有问题？如果有问题，你们尽可提出，我来承担责任，不用你们负责。”我们解释了二江泄水闸护坦设计理念和措施，认为只要这些设计要求落实，护坦的安全度很高。而施工过程中设计、施工密切配合，工程质量可靠，故护坦安全是有保证的，不存在问题。钱部长听了后，马上说：“好！我的意见是不用请外国专家了！”当时离大江截留只有2～3个月时间，如果真要请人来看，必然影响大江截流按期开展，一拖就是一年，那会造成多大的损失啊！好在最终国家还是决定大江截流按计划进行，使一期工程得以顺利完成、投入运行。葛洲坝一期工程投入运行是葛洲坝工程设计中的重要节点，是检验已建部分工程成败的标准。对此，我们的心情是既期盼又紧张。说紧张，并不是怕出问题，而是兴奋和急于知道工程究竟表现如何。1981年初，大江截流成功，同年5月起水库开始蓄水，一期工程各建筑物相继投入运行。6月，2号、3号船闸的试航取得成功，还得到了亲自参加试航的交通部陶副部长的称赞，说航行非常平稳。顺便说一下，试航前不久，有一个航运学会之类的团体，在工地召开了一次针对三江航道的学术讨论会，请我作一些介绍。他们的结论是三江是一条充满风险的航道。后来他们后悔会议纪要出得早了些。7月，坝址发生了新中国成立以来最大的一次洪水，洪峰流量达7.08万立方米每秒。这次洪水除小部由三江冲沙闸下泄外，主要通过二江泄水闸下泄，运行情况都很正常，符合我们的预期。7月，二江电站1号机组开始调试，至12月正式投产。虽然，一期工程总的说来表现良好，令人满意，但作为技术人员，我们更关心设计和现实之间的契合程度。经过约3年二江闸观测资料的初步分析：1.泄水时闸门启闭顺利灵活，可按设计中建议的二江泄水闸分区运行方式，结合实际实施。下泄水流流态平稳，能较好控制水跃跃头位置。2.消力池消能效果较好，闸室上游及消力池下游渠道冲深约1至2米，较设计预估小得多。3.闸室上游加防渗板及消力池采用封闭抽排护坦，启灌浆帷幕、止水、排水孔等效果显著。廊道很干燥，闸室底板扬压力基本在建基面附近，远低于设计值。闸室加消力池最大渗漏量约11升/分（内闸室9升/分，护坦2升/分）。考虑到它的建基面的面积高达12万平方米，这样小的渗漏量可称奇迹。4.与建闸前比较，闸段最大沉陷量11毫米，闸段左右边沉陷差小于1.5毫米，上下边沉陷差小于2毫米。相邻闸段分缝处沉陷差小于1毫米。闸段水平位移：上游边—1.3至+1.5毫米，下游边+1.6至+3.7毫米，相邻闸段分缝处位移差小于1毫米。（“—”示向上游移，“+”示向下游移）5.对二江闸弧形闸门预应力混凝土支承结构的观测显示：锚束现存预应力吨位大于设计要求的永存预应力吨位；支承结构各测点实测应力均在设计允许范围以内。二江泄水闸的良好表现，甚至超过了我们最好的预期，说明这是一项成功的设计。它回答了各方的疑虑，经受住了历史的考验。1985年，长江委（当时称长江流域规划办公室）等8个单位合作完成的“葛洲坝二、三江工程及其水电机组”获国家级科技进步特等奖，这也是长江委迄今获得的最高荣誉。

07结语

1981年以后，我因重新接手清江隔河岩工程的前期工作，到葛洲坝工地的时间逐渐减少了，但依然关注着葛洲坝二期工程的进展，1988年底，葛洲坝工程全部建成。

30年来，葛洲坝工程稳稳地坐落在长江之上，默默地发挥着防洪、发电、航运等综合效益。它造福人民，也为国家积累财富，是我国社会主义建设中的一项国之重器。无数建设者历经20年铸成了它，我为在这过程中曾为它添砖加瓦，贡献一份努力而感到自豪。

长江委老干局领导看望张邦圻老人家

回顾葛洲坝工程兴建过程，我深刻体会：我们到之所以能在当时复杂困难的局面下，胜利建成葛洲坝工程，首先是由于中央正确坚强的领导，充分发挥集中力量办大事的社会主义制度优越性，排除干扰，协调各方，协力推进，这是根本保证。而广大建设者的热烈响应和参与，则为葛洲坝工程的建设提供了强大的推动力。他们在我国既有技术水平的基础上，针对实际问题，遵循科学规律，独立自主深入科研，凝聚群众智慧，攻克技术难关，把建设大型水利水电工程的能力跃升上新的高度。葛洲坝工程的胜利建成，极大地提升了我们对社会主义建设的自信心。

展望未来，我坚信，我们将会不断前进，取得更大成就，跻身世界先进行列，为实现伟大的中国梦作出应有的贡献。

注：转自长江老年

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