溪洛渡電站拱壩設計優化之我見

潘家錚

各位領導、各位專家：

昨天(2004年3月8日，編者注)聽了成勘院的詳細介紹，學習了有關文件，特別聽了專家們的重要發言，啟發很大。我愿意利用今天的機會，也說點個人意見，算是表個態,供兩位組長和專家們總結時參考。我講五點意見：

—、成勘院為優化溪洛渡拱壩設計做了很多深入的工作，準備是充分的。雖然一部分工作尚在進行中，但主要情況還是清楚了。考慮到工程施工正在緊張開展、招標設計亟待編制，建議這次專家會議能對拱壩優化問題確定些原則，指明點方向。以利工作之進行。成勘院對工作的認真負責、不斷前進的精神是應該允分肯定的。

二、所進行的優化工作包括建基面的優化和拱壩體型優化。建基面的優化(即建基面外移)是最主要的。建議專家會議對此要有個態度。建基面在可研階段是放在微新巖體上，基礎出露的主要是Ⅱ級巖，其次有部分Ⅲl級巖。優化后，主要利用弱風化下層巖體，基坑出露的主要是Ⅲ1級巖．其次有Ⅲ2級巖，甚至Ⅳ1級巖。顯然，作為建基面的巖石等級降低了。相應的各種指標、參數(主要是變模和強度)也降低了，對于—座高達278米的拱壩．這樣做行不行?是個重大問題，確需慎重討淪研究。開這次會是很必要的。專家們對此提出很多看法或疑問，是非常有益的，建議沒計院子以重視。對每個問題都要認真研究，予以澄清或解決。

三、我個人對這個問題總的看法是：根據溪洛渡工程的具體條件和成勘院的研究成果。確實行條件在可研報告的基礎上把建基面適當提高(外移)。凡事一分為二，總是有得有失。我們在決策時，主要應實事求是地弄清“得”和“失”的性質和數量。建基面外移，“得”是很清楚的。也能夠算出來：節約石方開挖109萬方，節約混凝上澆筑127萬方，節省投資6億元，提前工期3個月，降低施工強度……。“失”則是巖石參數降低，基礎處理工程量增加，影響壩和地基的應力、變形和安全度。作出決策的重點就是查清這樣做究竟對大壩的安全有沒有影響?影響到什么程度?

對安全的影響一是應力，二是穩定。在應力方面，變模降低。拱壩和地基的變位要增加，應力要惡化，但建基面外移后，跨度變小。荷載也小了，又起了好的作用。通過計算可以證明，這一正—負大致相抵消，優化后拱壩應力及變位沒有惡化,甚至有所改善。這種分析是3個單位獨立進行的。成果規律相符,數值可比，應該是比較可信的。所以,只要基巖變模的變化量確在文件所說的范圍內，或至少個低于“下浮值”范圍，應明確建基面外移對拱壩應力、變位沒有不利的影響。

在穩定方面也一樣。建基面外移后，側破裂面上的Il級巖體減少，Ⅲ類增加，參數和抗力都降低了．但另一方面，推力也小了，也是一正一負。但負的影響大一些，抵消后，穩定安全系數還是減小了一點。不過減小有限，除了一個情況稍差外，都能滿足規范要求，有的還有較大余地。所以，如果建基面外移，對側面的影響確如文件中所介紹的那樣。則可認為優化對抗滑穩定也無本質上的影響。

我個人對溪洛渡的抗滑比較樂觀，因為我覺得考察一個拱壩的穩定不僅應看計算成果，更要考慮實際情況，溪洛渡的情況就是沒有特定的側裂面，不但沒有這一方向的斷層，連較人的裂隙也沒有。計算中的側裂面是根據一些短小、不連續的節理里面人為擬定的。這種情況和有特定的軟弱面有本質上的不同。總之，考慮到正負抵消作用、考慮到計算的成果、考慮到側裂面的實際情況，我認為建基面外移不會對拱壩穩定產生嚴重影響。

另外，在研究這類問題時，工程對比十分重要。成勘院對比廠二灘，這是很有說服力的，還可以對比小灣、錦屏等，也不難作出上述判斷。

綜合對比“得”和“失”，衡量一下“失”的性質和數量，建議專家組能同意建基面外移的大方向。

四、在確定大原則后，還要解決或澄清一些具體問題。

1、是否違反了規范?現行規范不適用于溪洛渡這樣的特高壩，而要專門論證。這專門論證是否意味著要提高安全系數?確實，壩高了，似乎安全系數也應該更高一些，但這種想當然的想法和實際是相違背的。實際上，壩越高，越難要求它保持與低壩相同的安全度。以穩定來講，抗力隨著壩高作正比增長，而推力是隨壩高作平方增長。壩越高，越難保證安全系數達到3.5的要求。我認為，對特高壩的專門論L正是要求對有關問題作進 ‘步研究查清。有些問題，對于低壩叫‘以不必深究，反正有足夠的安全系數，包含在里面就算了。對于特高壩。正由于安全系數不可能冉提高,所以就要求專門查清，只要把問題查清，安全系數不但不必高，還可以低。你把一切情況都掌握了,有把握了，安全系數只要1就行?？傊?只要有道理、有根據，規范可以突破，拱壩的建基面可以不放在微新巖體上。實際上二灘就是這么做的，已經突破了。所以不要把違反規范當作包袱，必要時水電水利規劃總院還可以審合批準的。

2、個別情況抗滑安全系數達不到3.5怎么辦?如右岸沿C3的整體滑動，計算的安全系數只有3.4左右，對這個問題建議先查一查計算的邊界條件是否符合實際情況，如果C3在下游無自由出露面，那就考慮要沿另一反向坡滑出,必然會提增相應的抗力。其次，查一下采用的指標是否合適,如果確實偏低，大可理直氣壯地調整，我認為，通過進—步工作。是不難達到3.5的要求的。

3、底滑面和側滑面性質不同的問題。我們采用常規的剛體極限平衡計算時，因為有一個很大的安全系數，所以一般將各滑面上的抗力簡單地迭加起來，不作過深的研究，對于溪洛渡這個高壩，值得做一些深入的研究，研究一下不同滑裂面和滑裂面亡不同部位的應力、變形、點安全系數的分布情況，逐步失穩時它們又是怎么變化的，這是上面所說的特高的壩需要專門論證的課題。要做這種分析必須有底滑面和側裂面的本構關系。

這種研究恐怕要由設計院和科研單位合作來搞。

4、建基面外移后的基礎處理設計。建基面外移后，除整體上的模量和強度降低了，影響拱壩應力、變位和穩定外，直接出露的較軟弱的基巖面還要進行處理，使它能安全地承受壩體荷載，而且傳遞到地基的內部去，例如出露的Ⅳ1級巖體應予清除。對集中出露的Ⅲ2級巖體(主要在左岸中部)，無非3種解決方式。一是調整建基面外移數值，消除或減少這級巖體。二是進行大面積置換。三是有針對性地對Ⅲ2級巖體中的缺陷進行處理。處理手段無非是置換、灌漿、錨固等。對左岸這塊 Ⅲ2級巖體中出露區究竟怎么處理，有待地質和設計方面進一步落實情況后再決定。但設計方面應考慮一些方案，估算一下工程量和施工安排。這里重復強調一下，我們對拱壩抗滑穩定持樂觀態度的基礎是溪洛渡不存在明確的側裂面。因此，建基面外移后對側裂面到底有多大影響，這些影響是不是都已考慮在內了，要請地質與設計方面再次論證明確。

5、要盡量避免出現“突變”，不論是幾何形狀的突變，或材料、材料力學性質的突變，對高拱壩都是十分不利的。在設計中要盡量避免突變，改為緩變。

6、壩體的應力分布總的看是良好的。但上游面陡坡處仍有較大的拉應力區，希望通過進一步優化能有所改善

五、體型優化

這是個次要問題。設計院研究了5種體型，實際上是二次曲線、三心拱和對數螺線3種，拋物線和橢圓拱可包括在二

次曲線中。

三心拱和對數螺線拱嵌入巖體稍淺一些(440米高程以上)，所以壩體總方量稍少一點，有關指標也略差一些，成勘院末予采用。

拋物線拱和橢圓拱也是二次曲線拱，理論上講，保留二次曲線中的設計參數，進行全面優化，可以選出一條最合適的拱型曲線來。但實際上優化中要考慮應力、變位、穩定、工程量……，是多目標優化，很難確定真正的最優曲線。設計院通過對5種體型的綜合比較，選擇拋物線拱，我沒有意見，今后工作中還可微調。

結論：建議專家組原則上同意優化方案，并指出尚待澄清和解決的問題，提出對今后要做的工作的建議。