復雜地質條件下中小型水利工程勘測設計工作若干問題思考

劉 銳

(黔南州水利水電勘測設計研究院, 貴州 都勻 558000)

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復雜地質條件下中小型水利工程勘測設計工作若干問題思考

劉 銳

(黔南州水利水電勘測設計研究院, 貴州 都勻 558000)

貴州省屬典型的山區地形，因工程地質條件復雜導致勘測設計工作中存在一些有代表性的問題，通過分析，提出以科學化、系統化的管理流程，盡量避免在勘測設計工作中重復犯同樣錯誤，以期加快進度、提高質量。

中小型水利工程； 復雜地質條件； 勘測； 設計

1 概 述

為基本解決貴州省工程性缺水對經濟發展制約的問題。根據“三位一體”及骨干水源的規劃，在2020年全省將建成141座中型水庫、222座小(1)型水庫、64座小(2)型水庫。

目前在建的、擬建的中小型水利工程大多存在復雜的工程地質及水文地質問題。依據貴州省2012年至今中型水庫蓄水階段驗收檢查部分項目(基本覆蓋了全省各地區)，結合部分正在進行施工設計工作部分項目為例，不難發現：在目前貴州省中小型水利工程勘測設計周期短、前期經費少、設計任務重、地質條件復雜等諸多不利條件下，工作存在一些問題。認真分析這些問題性質、誘因、處理方法，尋求其規律性，通過在前期勘測設計工作中較準確的預判，并在施工圖設計工作中有針對性地處理，讓設計工作少走彎路，合理規避風險[1]，為項目提供盡量完善的勘測設計產品。

2 現階段復雜地質條件下勘測設計中存在的若干問題

選取其中一些項目，對因復雜地質條件導致的問題進行了梳理，發現主要問題包括：高邊坡、巖體物理力學參數取值、抗滑模式確定、喀斯特、灌漿質量、料場、下游沖刷等問題(見下頁表)。

主要問題統計表

注 以上統計并非這些項目不存在其他問題，而是該7個問題較突出。

由上表簡單分析可知：灌漿質量問題最為突出，占統計項目的80%。高邊坡和巖體物理力學參數取值問題較突出，占統計項目的60%%；抗滑模式確定占50%；下游沖刷占40%；喀斯特占30%；料場占20%。有些項目同時存在幾個問題，且具有相關性，數理統計沒有深入分析問題產生的原因，應具體分析。

2.1 灌漿質量問題

在10個已建中型水庫蓄水階段驗收檢查過程中，80%存在不同程度的灌漿質量問題，有的壩肩和壩基已經產生庫水滲漏，灌漿質量問題突出。通過對設計、施工等相關文件的核查，經認真分析比對，存在問題如下：?均未進行岸坡接觸灌漿設計，按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(SL 62—2014)中岸坡接觸灌漿相關規定[2]，貴州省目前大部分中小型水利水電工程設計對此項工作重視程度不夠，且壩基和壩肩大多存在高陡邊坡、高趾板的情況，如未進行相關設計處理，易出現運行后庫水沿壩基肩滲漏的問題；?按SL 62—2014中5.4.3相關規定，進行帷幕灌漿時，壩體混凝土與基巖的接觸段應先行單獨灌漿并待凝，接觸段在巖石中的長度宜1～3m[2]。此項設計漏項、灌漿方案不當也是導致運行后庫水沿壩基和壩肩產生滲漏的原因；?灌漿質量控制弱化、不重視方案實施后相關灌漿施工原始資料和成果資料的整理分析工作，在檢查孔、機動孔的布置上針對性不強也是導致上述問題產生的原因。由此可見，目前項目中出現灌漿質量的問題除了施工質量外，還包括設計漏項、對灌漿施工原始資料和成果資料的整理分析工作關注度不夠。

2.2 高邊坡問題

按《中小型水利水電工程地質勘察規范(SL 55—2005)》相關規定[3]，6個項目均屬于自然邊坡基本穩定，經過開挖后出現高邊坡、甚至超高邊坡問題，涵蓋了巖質邊坡[4]分類的大部分類型。通過資料分析，塊狀結構巖質邊坡(大新橋)失穩的原因主要是邊坡為上硬下軟的二元結構、卸荷裂隙發育；層狀同向緩傾結構巖質邊坡[平省(左岸邊坡)]產生失穩的原因是順層滑動、壩坡及趾板開挖后形成臨空面、存在軟弱夾層；斜向結構巖質邊坡[花山、冷水溝]產生失穩的原因是巖層陡傾下游、裂隙發育、施工開挖壩基時切腳，形成臨空面導致巖體沿層面變形滑動；層狀反向結構巖質邊坡(大新橋溢洪道進口)產生失穩的原因主要是邊坡屬于上硬下軟的二元結構、卸荷裂隙發育、存在軟弱夾層；碎裂結構巖質邊坡(獨洞、臺雄)產生失穩的原因主要是巖體破碎、節理裂隙發育。通過資料分析及現場檢查，除以上客觀原因外，施工切層、切腳、不注重排水、未及時支護、邊坡設計不分臺階、監測工作不到位是較突出的問題。

2.3 巖體物理力學參數選取問題

中小型水利水電工程在勘測設計階段很少進行現場大剪試驗，巖體物理力學參數取值主要采用巖石常規樣及中剪樣的成果結合《水利水電工程地質勘察規范(GB 50487—2008)》(以下簡稱GB 50487)附錄E的有關說明進行選取[5]。雖然參數取值的問題大多在初設審查后已基本確定，但由于施工期復雜的地質條件導致相關參數復核問題依然突出，具體表現在：?地質專業與設計專業嚴重脫節，在設計成果中參數引用不對應、甚至引用錯誤的情況較突出；?Ⅳ類、Ⅴ類壩基巖體在混凝土與基巖接觸面抗剪斷、抗剪強度參數的選取中常出現選擇錯誤;?未考慮軟質巖強度參數選取時應根據軟化系數進行折減;?未考慮結構面參數的選取，將其與巖體強度參數混用。以上第一個問題屬專業之間溝通不夠，其他問題則是專業人員未很好理解規范的相關條文解釋、沒有與工程實踐相結合、未具體深入分析研究所致。

2.4 抗滑模式確定問題

在勘測設計過程中，大壩抗滑模式的確定一般由地質專業通過對軟弱夾層及結構面的分析，確定出最不利的結構面組合情況，設計專業應復核最不利的結構面組合，并通過各種結構面的組合確定抗滑模式。出現的問題具體有：?專業之間嚴重脫節，設計未復核地質提出的最不利組合或設計通過組合分析得出的最不利組合與地質不一致;?忽略軟弱夾層及結構面的調查分析工作;?GB 50487附錄V中明確了AⅣ、AⅤ、BⅣ、BⅤ類壩基巖體因結構面發育，巖體完整性、抗滑及抗變形性能明顯受結構面控制，在實踐中存在以巖體強度作為抗滑、抗變形性能計算依據的問題；?規范附錄E.0.5中對結構面進行了詳盡的分類，在實踐中往往忽略巖層層面也屬于結構面這一問題，簡單地以巖體抗剪取代;?規范附錄E.0.5各類結構面的f′、c′、f取值均較小，而且規定在半堅硬、軟質巖中還應進行折減，膠結結構面、無充填結構面抗剪斷(抗剪)參數應根據結構面膠結程度和粗糙程度取大值或小值。在實踐中存在以巖體抗剪斷(抗剪)參數替代和未進行結構面劃分等問題。

2.5 喀斯特問題

在上頁表中喀斯特問題占30%，但實際情況下本次計列的9個項目中，只有4個位于碳酸鹽類地層，如據此統計，喀斯特問題應占統計項目的75%，問題明顯。花山在前期工作中明確了可能存在的喀斯特問題，在實施過程中右岸導流洞揭露了較大的溶洞系統，設計單位及時進行了相應調整，對拱壩應力范圍內溶洞進行了回填處理，調整了相應的抗滑計算模式和大壩防滲帷幕設計；灰洞前期工作明確了可能存在的喀斯特滲漏和無可靠防滲邊界問題，針對右岸防滲選擇了地下水高值區作為防滲邊界的處理方案。七里橋則是在開挖和灌漿時均揭露了喀斯特問題。由此可見，在貴州省中小型水利水電工程勘測設計工作中，喀斯特問題不容忽視。

2.6 料場勘察問題

值得注意的是，在該次統計中出現這類問題的均是面板堆石壩。其中：大新橋在選料上使用P1q灰黑色含炭質灰巖，該類巖石抗風化能力較差，在今后的運行中存在耐久性問題。擺圖主料場勘察儲量與開挖出入較大，備用料場被開發區占用而不得不變更料場。從省內項目前期工作情況來看，采用面板堆石壩方案的不在少數，由于面板堆石壩對料場在質量、儲量上有著較高的要求，而勘測設計單位的慣性思維一般會導致料場存在勘察精度不夠的問題，如不引起足夠重視，在后續的工作中會極其被動。

2.7 下游沖刷問題

統計中存在下游沖刷的目前看來只有4個，但實際上針對性不強，畢竟項目大多數剛建成，沒有運行期觀測數據作為支撐。其中：獨洞、臺雄產生下游沖刷的原因是工程區域內巖體破碎、節理裂隙發育；花山則是巖體陡傾，地形狹窄導致下泄洪水沖刷產生切腳；大新橋從溢洪道進口至海漫區左岸邊坡均屬于上硬下軟的二元結構，加之地形狹窄，下泄洪水直接沖刷的部位正好處于下部軟巖[寒武系下統明心寺組(∈1m)雜色薄至中層粉砂質泥頁巖夾粉砂巖]，產生的邊坡失穩問題還將直接影響左岸泄水建筑物及右岸引水建筑物的運行安全。以上四個項目均存在地形上的制約因素。已經運行了近30年的龍塘電站(未計入本次統計)下游沖刷問題的主要誘因是三疊系巖性組合復雜、結構面發育、下泄流量大等。由此可見產生下游沖刷的主要因素是地形、地層巖性組合、結構面特征、下泄流量等。在施工圖階段，特別是下泄流量大、地質條件復雜、地形狹窄等不利因素組合多的項目應進行相應的水工模型試驗。

3 今后復雜地質條件下中小型水利水電勘測設計工作的應對與思考

在復雜地質條件下存在的勘測設計問題還有很多，如何在今后的工作中少走彎路、提高工作效率、提供盡量完善的勘測設計產品值得認真思考和總結，對此有以下幾點建議：

a.在復雜地質條件下更應加強地表地質調查基礎工作，嚴格控制勘察原始資料質量，認真分析問題實質，加強前期工作的分析預判；在施工圖階段更應結合施工期地質勘察工作,做到“質疑問題、分析問題、解決問題”的三步工作法。

b.勘測設計單位應加強管理，做好項目各專業溝通及設計接口資料對接，項目設計應加強專業素質，提高溝通能力，及時發現并解決問題。

c.探索科學先進、系統完善的管理方法在勘測設計全程控制的可能性。中、小型水利水電勘測設計工作受制于勘測設計周期短、前期經費少、設計任務重、地質條件復雜等諸多不利條件的影響，采用科學的管理方法在勘測設計全程控制、特別是前期預判上將起到至關重要的作用。結合項目咨詢、管理、經驗積累、資料收集，設計單位均可建立起適合自身具體情況的管理體系。根據本單位情況及個人經驗有如下認識：

?數據庫的建立(動態問題模型的建立)。 以上7個問題僅是在復雜的地質條件下勘測設計工作中較為常見的，應根據國內外資料收集等建立問題數據庫，在實際工作中采用PDCA方式不斷補充完善，適時修正并監控本單位在項目中出現問題的類型，及時糾偏。通過數據庫的建立和適時修正，可以讓勘測設計人員(建立風險意識)在工作中有針對性地比對分析。

?問題預測機制的建立 。 采用國內、國際目前通行的定性和定量相結合的方法，建立問題預測體系。

?問題分析判斷機制的建立 。 在勘測設計進展到各階段具體方案成型之前，采用簡便可行的問卷調查及打分機制，由項目組綜合分析并將初步成果報送院總工組織評閱，通過院ISO管理系統進行留痕管理[1]，形成報批方案，方案通過上一級評審后還應及時對應補充。

?問題對應處理方案 。 方案實施過程中應及時跟蹤處理效果，及時反饋、及時修正。采用項目管理中的WBS方法對應、分解。

?不確定問題的分析與風險分析。受制于各單位的勘測手段、經驗、專家團隊能力等諸多因素，會有一部分問題最終遺留在項目中或者另行付出較大的代價來處理，作為一個成熟、有責任擔當的勘測設計單位應對這種風險有足夠的認識，通過問題的處理和積累不斷完善自身、提高勘測設計水平。

如果將以上5點認識結合項目管理、風險管理、項目決策分析與評價的相關知識，可以得到以下簡要流程圖(見下圖)，管理和控制可以更直觀。同時，勘測設計單位通過引入項目管理的理念，建立適合自身的項目管理體系，可使設計單位少走彎路、提高效率、提前把控風險。

管理流程圖

4 結 語

貴州省目前正處于加快中小型水利工程建設的最佳機遇期，勘測設計單位如何在諸多不利因素中更好更快地為項目業主提供高質量的勘測設計產品、提高自身水平，依然是今后一段時期內應當更多思考的重要問題。希望能有更多、更好的方法使復雜地質條件下勘測設計工作及管理水平更上臺階，為貴州省、乃至全國的中小型水利工程服務。

[1] 幸享林.水電站廠房設計質量風險管理探討[J].中國水能及電氣化,2016(4)：22-26.

[2] SL 62—2014水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3] SL 55—2005中小型水利水電工程地質勘察規范[S].北京：中國水利水電出版社，2005.

[4] 劉剛, 羅超.可靠度理論在巖質邊坡傾倒式破壞中的分析與應用[J].水利建設與管理,2015(12)：33.

[5] GB 50487—2008水利水電工程地質勘察規范[S].北京：中國計劃出版社,2009.

Thinking on the problems of conservancy projects survey and design work under complex geological conditions in small and medinm-sized water

LIU Rui

(QiannanWaterconservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Douyun558000,China)

Guizhou belongs to typical mountainous terrain. Some typical problems are produced in survey and design work are caused due to complex geological conditions. Repetition of similar errors in reconnaissance design work is avoided as far as possible with scientific and systematic management process, thereby accelerating progress and improving quality.

small and medium-sized water conservanly projects; complex geological conditions; survey; design

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.016

TV221.2

A

1005-4774(2017)01- 0059- 04