溪洛渡電站拱壩設(shè)計(jì)優(yōu)化之我見

潘家錚

各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家：

昨天(2004年3月8日，編者注)聽了成勘院的詳細(xì)介紹，學(xué)習(xí)了有關(guān)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(jī)會(huì)，也說(shuō)點(diǎn)個(gè)人意見，算是表個(gè)態(tài),供兩位組長(zhǎng)和專家們總結(jié)時(shí)參考。我講五點(diǎn)意見：

—、成勘院為優(yōu)化溪洛渡拱壩設(shè)計(jì)做了很多深入的工作，準(zhǔn)備是充分的。雖然一部分工作尚在進(jìn)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(biāo)設(shè)計(jì)亟待編制，建議這次專家會(huì)議能對(duì)拱壩優(yōu)化問(wèn)題確定些原則，指明點(diǎn)方向。以利工作之進(jìn)行。成勘院對(duì)工作的認(rèn)真負(fù)責(zé)、不斷前進(jìn)的精神是應(yīng)該允分肯定的。

二、所進(jìn)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(huì)議對(duì)此要有個(gè)態(tài)度。建基面在可研階段是放在微新巖體上，基礎(chǔ)出露的主要是Ⅱ級(jí)巖，其次有部分Ⅲl級(jí)巖。優(yōu)化后，主要利用弱風(fēng)化下層巖體，基坑出露的主要是Ⅲ1級(jí)巖．其次有Ⅲ2級(jí)巖，甚至Ⅳ1級(jí)巖。顯然，作為建基面的巖石等級(jí)降低了。相應(yīng)的各種指標(biāo)、參數(shù)(主要是變模和強(qiáng)度)也降低了，對(duì)于—座高達(dá)278米的拱壩．這樣做行不行?是個(gè)重大問(wèn)題，確需慎重討淪研究。開這次會(huì)是很必要的。專家們對(duì)此提出很多看法或疑問(wèn)，是非常有益的，建議沒計(jì)院子以重視。對(duì)每個(gè)問(wèn)題都要認(rèn)真研究，予以澄清或解決。

三、我個(gè)人對(duì)這個(gè)問(wèn)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(shí)行條件在可研報(bào)告的基礎(chǔ)上把建基面適當(dāng)提高(外移)。凡事一分為二，總是有得有失。我們?cè)跊Q策時(shí)，主要應(yīng)實(shí)事求是地弄清“得”和“失”的性質(zhì)和數(shù)量。建基面外移，“得”是很清楚的。也能夠算出來(lái)：節(jié)約石方開挖109萬(wàn)方，節(jié)約混凝上澆筑127萬(wàn)方，節(jié)省投資6億元，提前工期3個(gè)月，降低施工強(qiáng)度……?！笆А眲t是巖石參數(shù)降低，基礎(chǔ)處理工程量增加，影響壩和地基的應(yīng)力、變形和安全度。作出決策的重點(diǎn)就是查清這樣做究竟對(duì)大壩的安全有沒有影響?影響到什么程度?

對(duì)安全的影響一是應(yīng)力，二是穩(wěn)定。在應(yīng)力方面，變模降低。拱壩和地基的變位要增加，應(yīng)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(guò)計(jì)算可以證明，這一正—負(fù)大致相抵消，優(yōu)化后拱壩應(yīng)力及變位沒有惡化,甚至有所改善。這種分析是3個(gè)單位獨(dú)立進(jìn)行的。成果規(guī)律相符,數(shù)值可比，應(yīng)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(shuō)的范圍內(nèi)，或至少個(gè)低于“下浮值”范圍，應(yīng)明確建基面外移對(duì)拱壩應(yīng)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(cè)破裂面上的Il級(jí)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(fù)。但負(fù)的影響大一些，抵消后，穩(wěn)定安全系數(shù)還是減小了一點(diǎn)。不過(guò)減小有限，除了一個(gè)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(duì)側(cè)面的影響確如文件中所介紹的那樣。則可認(rèn)為優(yōu)化對(duì)抗滑穩(wěn)定也無(wú)本質(zhì)上的影響。

我個(gè)人對(duì)溪洛渡的抗滑比較樂觀，因?yàn)槲矣X得考察一個(gè)拱壩的穩(wěn)定不僅應(yīng)看計(jì)算成果，更要考慮實(shí)際情況，溪洛渡的情況就是沒有特定的側(cè)裂面，不但沒有這一方向的斷層，連較人的裂隙也沒有。計(jì)算中的側(cè)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(zhì)上的不同?？傊?，考慮到正負(fù)抵消作用、考慮到計(jì)算的成果、考慮到側(cè)裂面的實(shí)際情況，我認(rèn)為建基面外移不會(huì)對(duì)拱壩穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

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

綜合對(duì)比“得”和“失”，衡量一下“失”的性質(zhì)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(wèn)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(shí)，壩高了，似乎安全系數(shù)也應(yīng)該更高一些，但這種想當(dāng)然的想法和實(shí)際是相違背的。實(shí)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(lái)講，抗力隨著壩高作正比增長(zhǎng)，而推力是隨壩高作平方增長(zhǎng)。壩越高，越難保證安全系數(shù)達(dá)到3.5的要求。我認(rèn)為，對(duì)特高壩的專門論L正是要求對(duì)有關(guān)問(wèn)題作進(jìn) ‘步研究查清。有些問(wèn)題，對(duì)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(duì)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(wèn)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?？傊?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(shí)際上二灘就是這么做的，已經(jīng)突破了。所以不要把違反規(guī)范當(dāng)作包袱，必要時(shí)水電水利規(guī)劃總院還可以審合批準(zhǔn)的。

2、個(gè)別情況抗滑安全系數(shù)達(dá)不到3.5怎么辦?如右岸沿C3的整體滑動(dòng)，計(jì)算的安全系數(shù)只有3.4左右，對(duì)這個(gè)問(wèn)題建議先查一查計(jì)算的邊界條件是否符合實(shí)際情況，如果C3在下游無(wú)自由出露面，那就考慮要沿另一反向坡滑出,必然會(huì)提增相應(yīng)的抗力。其次，查一下采用的指標(biāo)是否合適,如果確實(shí)偏低，大可理直氣壯地調(diào)整，我認(rèn)為，通過(guò)進(jìn)—步工作。是不難達(dá)到3.5的要求的。

3、底滑面和側(cè)滑面性質(zhì)不同的問(wèn)題。我們采用常規(guī)的剛體極限平衡計(jì)算時(shí)，因?yàn)橛幸粋€(gè)很大的安全系數(shù)，所以一般將各滑面上的抗力簡(jiǎn)單地迭加起來(lái)，不作過(guò)深的研究，對(duì)于溪洛渡這個(gè)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(yīng)力、變形、點(diǎn)安全系數(shù)的分布情況，逐步失穩(wěn)時(shí)它們又是怎么變化的，這是上面所說(shuō)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(cè)裂面的本構(gòu)關(guān)系。

這種研究恐怕要由設(shè)計(jì)院和科研單位合作來(lái)搞。

4、建基面外移后的基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)。建基面外移后，除整體上的模量和強(qiáng)度降低了，影響拱壩應(yīng)力、變位和穩(wěn)定外，直接出露的較軟弱的基巖面還要進(jìn)行處理，使它能安全地承受壩體荷載，而且傳遞到地基的內(nèi)部去，例如出露的Ⅳ1級(jí)巖體應(yīng)予清除。對(duì)集中出露的Ⅲ2級(jí)巖體(主要在左岸中部)，無(wú)非3種解決方式。一是調(diào)整建基面外移數(shù)值，消除或減少這級(jí)巖體。二是進(jìn)行大面積置換。三是有針對(duì)性地對(duì)Ⅲ2級(jí)巖體中的缺陷進(jìn)行處理。處理手段無(wú)非是置換、灌漿、錨固等。對(duì)左岸這塊 Ⅲ2級(jí)巖體中出露區(qū)究竟怎么處理，有待地質(zhì)和設(shè)計(jì)方面進(jìn)一步落實(shí)情況后再?zèng)Q定。但設(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮一些方案，估算一下工程量和施工安排。這里重復(fù)強(qiáng)調(diào)一下，我們對(duì)拱壩抗滑穩(wěn)定持樂觀態(tài)度的基礎(chǔ)是溪洛渡不存在明確的側(cè)裂面。因此，建基面外移后對(duì)側(cè)裂面到底有多大影響，這些影響是不是都已考慮在內(nèi)了，要請(qǐng)地質(zhì)與設(shè)計(jì)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(xué)性質(zhì)的突變，對(duì)高拱壩都是十分不利的。在設(shè)計(jì)中要盡量避免突變，改為緩變。

6、壩體的應(yīng)力分布總的看是良好的。但上游面陡坡處仍有較大的拉應(yīng)力區(qū)，希望通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化能有所改善

五、體型優(yōu)化

這是個(gè)次要問(wèn)題。設(shè)計(jì)院研究了5種體型，實(shí)際上是二次曲線、三心拱和對(duì)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(duì)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(diǎn)，有關(guān)指標(biāo)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(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行全面優(yōu)化，可以選出一條最合適的拱型曲線來(lái)。但實(shí)際上優(yōu)化中要考慮應(yīng)力、變位、穩(wěn)定、工程量……，是多目標(biāo)優(yōu)化，很難確定真正的最優(yōu)曲線。設(shè)計(jì)院通過(guò)對(duì)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(diào)。

結(jié)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(wèn)題，提出對(duì)今后要做的工作的建議。