忆潘家铮院士与小湾工程

临危不惧 沉着应对工程险情

小湾坝址区两岸岸坡陡峻，沟梁相间。为满足永久和临时建筑物的布置以及施工场地的需要，必然形成较多的高陡工程开挖边坡，特别是沿两岸坝肩槽的边坡高度超过1000m，需人工处理边坡高达700m。这些高边坡稳定条件较差，是工程建设首先面临的关键技术问题之一，其技术难度之大，在国内外水电建设乃至其它行业工程建设中尚属罕见。

左岸坝前大型堆积体在开挖过程中产生了蠕滑变形，在险情最为严重，有人提出停止抢险加固，只能任其塌滑下来，甚至担心堆积体失稳将会危及对岸的施工安全，需要全面撤离现场之时，我们赶赴北京向顾问组汇报情况。那是一个隆冬的夜晚，汇报结束时夜已经很深了，大家都很疲惫，心力憔悴。然而，外表看上去并不十分强壮的潘总，总能在这种时刻给人予强大的力量，他抬起头来用洪亮的声音说：“我看不必惊慌失措，没有什么可怕的。我完全相信我们的技术水平和现场同志们的抢险处理能力，一定能够使堆积体维持稳定”。大家听后为之一振，会场气氛随即变得活跃起来，所有人渐渐打起精神，围绕抢险加固措施热烈地展开了讨论。

得到潘总及顾问组强有力的支持和指导，我们鼓起勇气，精心设计，尽力使抢险加固处理措施达到既安全可靠又便于及时实施，经过业主及参建各方日夜艰苦奋战，共同努力，终于及时扼制住了堆积体的蠕变，抢险加固与综合治理取得成功，边坡变形逐渐趋于收敛稳定，确保了工程建设的顺利进行。

2006年7月，我院基于处理小湾边坡工程的成功经验，撰写了《复杂高边坡整治理论及工程实践》一书，有幸请到潘总为此书作序，他写道：“随着位于高山峡谷区的大型工程建设项目日益增多，面临的高边坡问题日趋复杂和困难，安全、经济和工期之间的矛盾会愈来愈突出，往往成为影响工程顺利建设的重要因素。要妥善解决这个问题，重要的是必须首先研究和认识问题的本质，实事求是，区别对待，动态跟踪，妥善处理，切忌囿于成规，照抄照搬。本书在前人工作的基础上，对某些理论分析和工程处理方法有创造性发展，特别是适合不同变形失稳机制的分析方法、信息化动态治理理念，以及针对性和适应性较强的工程处理措施，弥足珍贵。相信本书的出版必将有助于我国高边坡问题研究的继续深入发展，故乐为之序”。

严谨求实 科学创新以策安全

潘总深知坝肩及坝基的稳定对拱坝来说至关重要，尤其是高拱坝。设计顾问组2003年11月成立后，首次会议的主要议题就是关于小湾拱坝坝肩及坝基的地质缺陷加固处理方案。此后，随着开挖进一步揭示的实际地质条件和处理措施的具体化，又就这一议题于2004年4月和8月先后两次召开了顾问组会议。他一直主张：对地质缺陷进行加固处理是十分必要的，但采取的具体处理措施一定要谨慎，要区别对待;开挖置换是一把“双刃剑”，有些部位属于“可以教育好的子女，为什么一定要开膛破肚?”，应“以打针吃补药为主，开挖动刀为辅”，要尽量避免对周围岩体的损伤;“仅依赖个别传力洞不可能解决问题，反而会造成对好岩体的损伤”。随后的工程实施，尤其是蓄水运行之后的实际监测成果，充分验证了这些指导思想的正确性和预见性。

潘总的这些思想来源于他长期积累的丰富的工程经验和坚实的理论基础，来源于他对小湾工程实际情况的深入了解。有一次，在现场察看坝肩地质缺陷时，由于在闷热及通风条件不好的洞、井内上下攀爬，十分艰难，我们担心专家们的身体，有些部位就不准备让他们去了。但他趁大家不注意的时候，说服了一个年轻的监理工程师带着还是去看了，当他们汗流浃背、全身粘满泥土回来时，总监把这位监理狠狠批评了一顿，而站在一旁的潘总似乎带有些顽皮地帮其辩解道：“是我请他去的，他没有什么错”，同时还风趣地说：“我担心你们只让我们看情况较好的，我要去看看更糟糕的”。潘总如此认真负责的态度和高度的敬业精神，令在场的人无不肃然起敬!

潘总十分关注小湾拱坝在高水位运行时坝踵分布有拉应力区，存在开裂风险的问题，早在1995年3月出席第18届国际大坝会，回国写的技术报告中就对此作了论述，并将该报告专门送了一份给我院当时的董槐三院长，希望开展相关研究。在2001年12月的项目评估会上，他说：“高水头下，坝踵拉应力偏大，要引起注意。为确保安全，尽量采取一些措施是必要”。第一次设计顾问组会议根据我院自专题研究阶段以来所作的相关计算分析成果，提出：“为降低或避免坝踵附近开裂的可能性，在底部设置合适的诱导缝是一个可供考虑的方案”，要求我院“拟定具体的布设方案，加密网格，搞清关键部位的应力在设缝前后的变化情况，提出更详细的对比资料，为最终决策提供可靠依据”。按照这一要求，我们开展了大量的计算分析。但由于所拟定的设缝位置偏高，且向两岸延伸的范围不够，致使设缝后对拉应力的改善作用并不明显。潘总详细看了我们提交的分析报告后，认为依据这样的结果还不足以对是否设置诱导缝做出决策，其它专家也持同样看法。因此，设计顾问组第二次会议关于这一问题没有给出明确意见，希望我院进一步开展相关研究工作。

在随后近半年的时间里，我们调整了诱导缝的设置方案，建立起极为复杂的三维整体模型和子模型，分别用线弹性和弹塑性有限元法对坝体有无诱导缝方案进行全面深入的计算分析，得出了明确结论：设置诱导缝对削减坝踵区高拉应力的数值和范围均有显著效果，且对坝体刚度和压应力及剪应力分布没有造成明显不利影响，推荐设置结构诱导缝。2004年9月，第四次设计顾问组会议经过认真分析和讨论后，与会专家一致赞同为降低坝踵开裂风险，在小湾拱坝坝踵设置结构诱导缝及上游防渗体系。至此，关于小湾拱坝坝踵存在开裂风险的问题，在国家“九五”科技攻关和专题研究的基础上，又开展了近两年的深入分析研究，经过三次设计顾问组会议充分讨论，终于确定了防范措施，首次在高拱坝坝踵设置了结构诱导缝。数值仿真计算及实际监测成果均表明，在高水位运行工况下，结构诱导缝在降低坝踵开裂风险方面确实发挥了重要作用，确保了小湾拱坝安全运行。

在小湾拱坝是否设置结构诱导缝问题的研究和决策过程中，充分体现了潘总“在安全的条件下创新，以创新来提高安全性”的辨证思想以及民主、科学、严谨、求实的工作作风。尽管他基于丰富的经验和准确的判断力，主张为降低小湾拱坝坝踵的开裂风险宜采取专门措施，但他始终坚持一定要在获得具有说服力的分析计算成果，经过全面的利弊论证，并充分听取各方面专家意见的情况下，才最终做出决策。

博大襟怀 深谋远虑迎接挑战

小湾坝址位于深山峡谷地区，低高程坝基部位的地应力较高，随着坝基开挖，建基面岩体出现不同程度的开挖卸荷松弛现象，当开挖至河床底部时，这一现象变得非常明显，浅表层隐微裂隙迅速扩张，甚至形成贯通裂隙，开挖卸荷松弛问题异常严重。当我们通过电话向潘总汇报后，由于情况紧急，事关重大，他不顾当时自己血压高、腰椎间盘突出的身体状况，与谭总商定后，立即赶赴工地紧急召开设计顾问组第七次会议。为争取时间，他凌晨5点便从家里出发，连续转乘飞机，又在崎岖的山路上颠簸了大半天，于当天黄昏便赶到了小湾。年近八旬，当时身体又不好，平常很少晕车的潘总，一路上晕车晕得很厉害，到达小湾时已明显非常疲惫，看着他下车走到住所房间都那么吃力，大家都很担心。可是第二天，他以顽强的毅力坚持与专家们一同到现场仔细察看开挖卸荷松弛情况。经过几天反复察看、分析和充分讨论，潘总及顾问组专家赞同我院提出的不宜进行全面规则性的再次开挖，以避免带来进一步的卸荷松弛和增大坝体水压力、拱坝体型改变等一系列问题的意见，明确指出：“应遵循只开挖必要部位和加强处理的原则。尽量清除表层已松动的岩体，随后分别针对各坝段情况进行必要的清挖，并尽快浇筑混凝土，然后进行高质量的固结灌浆”。按照顾问组意见，我院立即开展具体设计，提交了相关设计文件。

然而，实施中还是进行了全面的规则性扩挖。扩挖后，开挖卸荷松弛问题并没有得到解决，而由于坝体增高、体型改变(坝体底部的V形挖成了U形)，总水推力和坝体自重均有增加，加剧了坝体底部高程本来就较高的拉压应力，使点安全度降低、屈服区增大。怎么办?如何才能确保大坝的安全稳定?能否立即浇筑大坝混凝土?小湾工程又一次面临严峻挑战!

潘总和谭总不愧为我国杰出的水电专家，对国家、对工程有着强烈的责任感和博大的襟怀。在这关键时刻，潘总认真研究我们所进行的计算分析成果，积极思考解决办法。当时，他正在北京参加南水北调工程的一个审查会，只能利用中午休息时间听取我们的汇报，由于时间短，工作作风一贯严谨的潘总，听完汇报后并没有立即提出明确的意见，只是让我们把资料留下。几天后，他写了一个书面意见，提出：“将扩挖部分及结构诱导缝以下的原坝体进行整体浇筑，尽量使其成为扩大基础的一部分，以改善坝体底部的受力状态”。谭总又亲自赴现场再次主持扩挖后的坝基验收工作，潘总和谭总都坚决主张进行彻底清基后，立即浇筑混凝土，以尽快抑制岩体的进一步卸荷松弛。按照他们的意见，我院及时完成了相关设计，建管局立即组织实施，于2005年12月终于实现了大坝首仓混凝土的开盘浇筑。

尽管在混凝土浇筑前均进行了全面清基(平均清除松弛岩体已超过1.5m)，但是，大量的监测和检测资料表明，在基面以下约2m~ 3m深的范围内，仍然存在一个卸荷松弛带，它对大坝安全的影响，一直成为潘总和设计顾问组专家极为关注的问题，要求我院一定要进行认真研究。为此，我院联合多家高校，开展了深入细致的分析研究工作，所建立的有限元数值模型的复杂程度和庞大的节点数在世界拱坝建设史上创下了新的纪录。设计顾问组就此问题先后在工地和北京召开了第八次、第九次会议。

直至2006年11月(第九次会议)，潘总及顾问组专家依据我院提交的论据充分的两份主报告和11份附件(包括三所高校的分析计算结果、现场的检测、监测及试验报告)，经过三天的认真分析和充分讨论，最终明确指出：“岩体卸荷松弛仅影响坝基浅层的局部抗剪安全，不致危及大坝的整体安全”。关于抗剪安全系数的控制标准问题，顾问组认为：“以面抗剪纯摩安全系数为1.5(弹性分析)作为控制标准。基本可行”，赞同我院提出的在高标准的固结灌浆基础上，采取在坝趾贴角部位适当布设吨位较大的预应力锚索以及在帷幕附近进行浅层化学灌浆的综合处理措施，以增强大坝的抗剪安全性和确保帷幕安全。至此，在我国高坝建设史上，首次碰到的如此严重的开挖卸荷松弛问题，在潘总和谭总等专家多次亲赴现场察看，先后召开三次设计顾问组会议，经过近一年的分析研究后，终于得出了较为明确的结论，确定了针对性的工程处理措施。

小湾拱坝从蓄水至正常高水位运行近四年的实际监测成果表明，坝基渗透量很小、坝基变形均匀、对称，针对挖卸荷松弛岩体采取的工程处理措施获得成功。