溪洛渡电站拱坝设计优化之我见

潘家铮

各位领导、各位专家：

昨天(2004年3月8日，编者注)听了成勘院的详细介绍，学习了有关文件，特别听了专家们的重要发言，启发很大。我愿意利用今天的机会，也说点个人意见，算是表个态,供两位组长和专家们总结时参考。我讲五点意见：

—、成勘院为优化溪洛渡拱坝设计做了很多深入的工作，准备是充分的。虽然一部分工作尚在进行中，但主要情况还是清楚了。考虑到工程施工正在紧张开展、招标设计亟待编制，建议这次专家会议能对拱坝优化问题确定些原则，指明点方向。以利工作之进行。成勘院对工作的认真负责、不断前进的精神是应该允分肯定的。

二、所进行的优化工作包括建基面的优化和拱坝体型优化。建基面的优化(即建基面外移)是最主要的。建议专家会议对此要有个态度。建基面在可研阶段是放在微新岩体上，基础出露的主要是Ⅱ级岩，其次有部分Ⅲl级岩。优化后，主要利用弱风化下层岩体，基坑出露的主要是Ⅲ1级岩．其次有Ⅲ2级岩，甚至Ⅳ1级岩。显然，作为建基面的岩石等级降低了。相应的各种指标、参数(主要是变模和强度)也降低了，对于—座高达278米的拱坝．这样做行不行?是个重大问题，确需慎重讨沦研究。开这次会是很必要的。专家们对此提出很多看法或疑问，是非常有益的，建议没计院子以重视。对每个问题都要认真研究，予以澄清或解决。

三、我个人对这个问题总的看法是：根据溪洛渡工程的具体条件和成勘院的研究成果。确实行条件在可研报告的基础上把建基面适当提高(外移)。凡事一分为二，总是有得有失。我们在决策时，主要应实事求是地弄清“得”和“失”的性质和数量。建基面外移，“得”是很清楚的。也能够算出来：节约石方开挖109万方，节约混凝上浇筑127万方，节省投资6亿元，提前工期3个月，降低施工强度……。“失”则是岩石参数降低，基础处理工程量增加，影响坝和地基的应力、变形和安全度。作出决策的重点就是查清这样做究竟对大坝的安全有没有影响?影响到什么程度?

对安全的影响一是应力，二是稳定。在应力方面，变模降低。拱坝和地基的变位要增加，应力要恶化，但建基面外移后，跨度变小。荷载也小了，又起了好的作用。通过计算可以证明，这一正—负大致相抵消，优化后拱坝应力及变位没有恶化,甚至有所改善。这种分析是3个单位独立进行的。成果规律相符,数值可比，应该是比较可信的。所以,只要基岩变模的变化量确在文件所说的范围内，或至少个低于“下浮值”范围，应明确建基面外移对拱坝应力、变位没有不利的影响。

在稳定方面也一样。建基面外移后，侧破裂面上的Il级岩体减少，Ⅲ类增加，参数和抗力都降低了．但另一方面，推力也小了，也是一正一负。但负的影响大一些，抵消后，稳定安全系数还是减小了一点。不过减小有限，除了一个情况稍差外，都能满足规范要求，有的还有较大余地。所以，如果建基面外移，对侧面的影响确如文件中所介绍的那样。则可认为优化对抗滑稳定也无本质上的影响。

我个人对溪洛渡的抗滑比较乐观，因为我觉得考察一个拱坝的稳定不仅应看计算成果，更要考虑实际情况，溪洛渡的情况就是没有特定的侧裂面，不但没有这一方向的断层，连较人的裂隙也没有。计算中的侧裂面是根据一些短小、不连续的节理里面人为拟定的。这种情况和有特定的软弱面有本质上的不同。总之，考虑到正负抵消作用、考虑到计算的成果、考虑到侧裂面的实际情况，我认为建基面外移不会对拱坝稳定产生严重影响。

另外，在研究这类问题时，工程对比十分重要。成勘院对比厂二滩，这是很有说服力的，还可以对比小湾、锦屏等，也不难作出上述判断。

综合对比“得”和“失”，衡量一下“失”的性质和数量，建议专家组能同意建基面外移的大方向。

四、在确定大原则后，还要解决或澄清一些具体问题。

1、是否违反了规范?现行规范不适用于溪洛渡这样的特高坝，而要专门论证。这专门论证是否意味着要提高安全系数?确实，坝高了，似乎安全系数也应该更高一些，但这种想当然的想法和实际是相违背的。实际上，坝越高，越难要求它保持与低坝相同的安全度。以稳定来讲，抗力随着坝高作正比增长，而推力是随坝高作平方增长。坝越高，越难保证安全系数达到3.5的要求。我认为，对特高坝的专门论L正是要求对有关问题作进 ‘步研究查清。有些问题，对于低坝叫‘以不必深究，反正有足够的安全系数，包含在里面就算了。对于特高坝。正由于安全系数不可能冉提高,所以就要求专门查清，只要把问题查清，安全系数不但不必高，还可以低。你把一切情况都掌握了,有把握了，安全系数只要1就行。总之,只要有道理、有根据，规范可以突破，拱坝的建基面可以不放在微新岩体上。实际上二滩就是这么做的，已经突破了。所以不要把违反规范当作包袱，必要时水电水利规划总院还可以审合批准的。

2、个别情况抗滑安全系数达不到3.5怎么办?如右岸沿C3的整体滑动，计算的安全系数只有3.4左右，对这个问题建议先查一查计算的边界条件是否符合实际情况，如果C3在下游无自由出露面，那就考虑要沿另一反向坡滑出,必然会提增相应的抗力。其次，查一下采用的指标是否合适,如果确实偏低，大可理直气壮地调整，我认为，通过进—步工作。是不难达到3.5的要求的。

3、底滑面和侧滑面性质不同的问题。我们采用常规的刚体极限平衡计算时，因为有一个很大的安全系数，所以一般将各滑面上的抗力简单地迭加起来，不作过深的研究，对于溪洛渡这个高坝，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应力、变形、点安全系数的分布情况，逐步失稳时它们又是怎么变化的，这是上面所说的特高的坝需要专门论证的课题。要做这种分析必须有底滑面和侧裂面的本构关系。

这种研究恐怕要由设计院和科研单位合作来搞。

4、建基面外移后的基础处理设计。建基面外移后，除整体上的模量和强度降低了，影响拱坝应力、变位和稳定外，直接出露的较软弱的基岩面还要进行处理，使它能安全地承受坝体荷载，而且传递到地基的内部去，例如出露的Ⅳ1级岩体应予清除。对集中出露的Ⅲ2级岩体(主要在左岸中部)，无非3种解决方式。一是调整建基面外移数值，消除或减少这级岩体。二是进行大面积置换。三是有针对性地对Ⅲ2级岩体中的缺陷进行处理。处理手段无非是置换、灌浆、锚固等。对左岸这块 Ⅲ2级岩体中出露区究竟怎么处理，有待地质和设计方面进一步落实情况后再决定。但设计方面应考虑一些方案，估算一下工程量和施工安排。这里重复强调一下，我们对拱坝抗滑稳定持乐观态度的基础是溪洛渡不存在明确的侧裂面。因此，建基面外移后对侧裂面到底有多大影响，这些影响是不是都已考虑在内了，要请地质与设计方面再次论证明确。

5、要尽量避免出现“突变”，不论是几何形状的突变，或材料、材料力学性质的突变，对高拱坝都是十分不利的。在设计中要尽量避免突变，改为缓变。

6、坝体的应力分布总的看是良好的。但上游面陡坡处仍有较大的拉应力区，希望通过进一步优化能有所改善

五、体型优化

这是个次要问题。设计院研究了5种体型，实际上是二次曲线、三心拱和对数螺线3种，抛物线和椭圆拱可包括在二

次曲线中。

三心拱和对数螺线拱嵌入岩体稍浅一些(440米高程以上)，所以坝体总方量稍少一点，有关指标也略差一些，成勘院末予采用。

抛物线拱和椭圆拱也是二次曲线拱，理论上讲，保留二次曲线中的设计参数，进行全面优化，可以选出一条最合适的拱型曲线来。但实际上优化中要考虑应力、变位、稳定、工程量……，是多目标优化，很难确定真正的最优曲线。设计院通过对5种体型的综合比较，选择抛物线拱，我没有意见，今后工作中还可微调。

结论：建议专家组原则上同意优化方案，并指出尚待澄清和解决的问题，提出对今后要做的工作的建议。