溪洛渡電站拱壩設計優(yōu)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(fā)言，啟發(fā)很大。我愿意利用今天的機會，也說點個人意見，算是表個態(tài),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(yōu)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(yōu)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(yōu)化工作包括建基面的優(yōu)化和拱壩體型優(yōu)化。建基面的優(yōu)化(即建基面外移)是最主要的。建議專家會議對此要有個態(tài)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(yōu)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(shù)(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(jù)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(shù)量。建基面外移，“得”是很清楚的。也能夠算出來：節(jié)約石方開挖109萬方，節(jié)約混凝上澆筑127萬方，節(jié)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(shù)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(wěn)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(yōu)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(guī)律相符,數(shù)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(wěn)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(shù)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(wěn)定安全系數(shù)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(guī)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(yōu)化對抗滑穩(wěn)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(wěn)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(jù)一些短小、不連續(xù)的節(jié)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(wěn)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(shù)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(guī)范?現(xiàn)行規(guī)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(shù)?確實，壩高了，似乎安全系數(shù)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(wěn)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(shù)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(shù)，包含在里面就算了。對于特高壩。正由于安全系數(shù)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(shù)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(shù)只要1就行。總之,只要有道理、有根據(jù)，規(guī)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(guī)范當作包袱，必要時水電水利規(guī)劃總院還可以審合批準的。

2、個別情況抗滑安全系數(shù)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(shù)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(guī)的剛體極限平衡計算時，因為有一個很大的安全系數(shù)，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(shù)的分布情況，逐步失穩(wěn)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(wěn)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(shù)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(qū)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(wěn)定持樂觀態(tài)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(xiàn)“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(qū)，希望通過進一步優(yōu)化能有所改善

五、體型優(yōu)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(shù)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(shù)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(shù)，進行全面優(yōu)化，可以選出一條最合適的拱型曲線來。但實際上優(yōu)化中要考慮應力、變位、穩(wěn)定、工程量……，是多目標優(yōu)化，很難確定真正的最優(yōu)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(yōu)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。