鎮(zhèn)寧縣納井田水庫(kù)邊坡處理技術(shù)分析

周濤

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴陽(yáng)，550081)

1 工程概況

納井田水庫(kù)是貴州省鎮(zhèn)寧自治縣“十二五”期間規(guī)劃建設(shè)的“三位一體”骨干水源工程，壩址位于鎮(zhèn)寧縣六馬鄉(xiāng)板樂(lè)村珠江流域西江水系紅辣河二級(jí)支流納井田河中下游，工程任務(wù)以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)供水及農(nóng)村人畜飲水。工程建成后將解決六馬鄉(xiāng)周邊村寨1.13萬(wàn)人及0.14萬(wàn)頭牲畜飲水和333.33hm2農(nóng)田灌溉用水，設(shè)計(jì)供水總量336.94萬(wàn)m3/a。

水庫(kù)正常蓄水位761.00m、設(shè)計(jì)洪水位763.79m(P=3.33%)、校核洪水位765.13m(P=0.33%),總庫(kù)容234萬(wàn)m3。工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等。首部樞紐由大壩、泄水、取水、放水、消力池等建筑物組成。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程766m，最大壩高54m，壩頂寬6m，最大壩底寬45.12m，上游面鉛直，下游坡比1∶0.8。泄水建筑物為壩頂開(kāi)敞式自由溢流表孔(3孔)，堰頂高程761m，總寬13.5m。采用底流消能，消力池寬15.5m。取水建筑為利用右岸導(dǎo)流洞鋪設(shè)φ600取水鋼管。放空建筑物為大壩左岸壩內(nèi)埋設(shè)φ1200放水鋼管。工程靜態(tài)總投資為9443.63萬(wàn)元。納井田水庫(kù)于2013年8月正式開(kāi)工建設(shè)，至2017年5月完成主體工程建設(shè)并下閘試蓄水。

2 初步設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

2012年6月14日安順市發(fā)改委和市水利局在安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院組織召開(kāi)了《納井田水庫(kù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告》技術(shù)審查會(huì)。會(huì)后，設(shè)計(jì)單位按照審查會(huì)議要求對(duì)該初步設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了補(bǔ)充、修改、完善，提交了《安順市鎮(zhèn)寧縣納井田水庫(kù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(報(bào)批稿)。該初步設(shè)計(jì)報(bào)告(報(bào)批稿)上報(bào)了貴州省政府投資項(xiàng)目評(píng)審中心和貴州省國(guó)際咨詢中心咨詢修改后，2012年11月7日安順市水利局以安市水規(guī)計(jì)字〔2012〕28號(hào)文《關(guān)于報(bào)送鎮(zhèn)寧自治縣納井田水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告技術(shù)審查意見(jiàn)的函》報(bào)送安順市發(fā)改委。同日，安順市發(fā)改委以安發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2012〕713號(hào)文《關(guān)于鎮(zhèn)寧自治縣納井田水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)的批復(fù)》對(duì)該工程進(jìn)行了批復(fù)。

2.1 壩址區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題

(1)同意壩址及壩線選擇工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)意見(jiàn)，同意推薦壩型為碾壓混凝土重力壩。

(2)同意大壩工程地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)意見(jiàn)。壩基(肩)建基面選擇中風(fēng)化底部巖體，由于淺層節(jié)理和縱向裂隙較發(fā)育，壩基存在淺層滑動(dòng)問(wèn)題，壩基(肩)需作固結(jié)灌漿處理的建議基本合適。

(3)基本同意壩址水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)意見(jiàn)及防治處理意見(jiàn)。壩基(肩)巖體存在分散型淺層風(fēng)化裂隙滲漏，須對(duì)基(肩)進(jìn)行防滲處理的建議基本適合。建議下階段根據(jù)先導(dǎo)孔揭露情況進(jìn)一步復(fù)核和完善防滲帷幕設(shè)計(jì)。

(4)同意壩基(肩)開(kāi)挖邊坡工程地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)意見(jiàn)及采取的放坡、護(hù)坡及臨時(shí)支護(hù)措施。

2.2 主要建筑物設(shè)計(jì)問(wèn)題

(1)基本同意碾壓混凝土重力壩的設(shè)計(jì)布置和結(jié)構(gòu)型式。壩頂高程766m，壩底高程712m，最大壩高54m，壩頂寬6m、壩底寬45.12m，壩頂長(zhǎng)146.94m；下游面坡比高程760.9m以下1∶0.8，以上垂直；上游壩面垂直。河床壩段及岸坡壩段建基面均置于中風(fēng)化層底部。

(2)基本同意壩基處理和防滲設(shè)計(jì)。沿壩軸線布設(shè)灌漿孔作防滲帷幕灌漿，帷幕線總長(zhǎng)190m。灌漿為單排孔布置，基本孔距2m，灌漿孔沿壩軸線向左岸延伸24m，向右岸延伸18m，共布設(shè)96個(gè)灌漿孔,造孔進(jìn)尺3366.4m，灌漿進(jìn)尺3139.2m。大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿孔呈梅花形布設(shè)，孔距3m，排距3m，孔深進(jìn)入基巖5m，鉆孔進(jìn)尺3560m，灌漿進(jìn)尺2225m。

根據(jù)上述審查意見(jiàn)，初設(shè)審查存在技術(shù)把關(guān)不嚴(yán)情況。未對(duì)壩址地層巖性參數(shù)、層面參數(shù)、地質(zhì)構(gòu)造、壩基滑動(dòng)模式、邊坡穩(wěn)定進(jìn)行評(píng)價(jià)，也未對(duì)抗滑穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 工程特點(diǎn)、技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)及管理問(wèn)題

3.1 工程特點(diǎn)及技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)

鎮(zhèn)寧納井田水庫(kù)工程大壩為碾壓混凝土重力壩，壩址兩岸地形狹窄基本對(duì)稱，左岸下游山體單薄臨空，左岸邊坡約45°～50°，順向坡，右岸邊坡約30°～35°，橫向坡。壩址地層巖性為薄層砂巖、泥頁(yè)巖，夾層、裂隙發(fā)育，大壩下游發(fā)育f1斷層。根據(jù)上述地形地質(zhì)條件，其特點(diǎn)是壩址巖性較為復(fù)雜、左岸邊坡穩(wěn)定突出、壩基抗滑穩(wěn)定模式復(fù)雜。因此，查明壩址地質(zhì)條件及邊界條件包括地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)(基礎(chǔ)巖石、層面、裂隙、夾層、斷層等)，分析邊坡穩(wěn)定模式和大壩抗滑穩(wěn)定模式，計(jì)算其穩(wěn)定安全是否滿足規(guī)范要求，是本工程的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)，是重力壩是否成立及方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。而初步設(shè)計(jì)報(bào)告在這幾個(gè)方面的分析評(píng)價(jià)及方案設(shè)計(jì)均不深入，勘測(cè)設(shè)計(jì)深度精度不足，原初步設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)存在重大安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)，工程投資不可靠不可控。

3.2 施工圖審查發(fā)現(xiàn)的重大技術(shù)問(wèn)題

2013年5月，在施工圖設(shè)計(jì)文件審查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸邊坡結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成對(duì)邊坡開(kāi)挖和大壩抗滑穩(wěn)定不利。

(1)左岸開(kāi)挖邊坡主要為強(qiáng)風(fēng)化層巖體，為中傾角(約45°)的順向坡，巖體長(zhǎng)大裂隙發(fā)育，開(kāi)挖局部切腳易引發(fā)邊坡整體失穩(wěn)。

(2)左壩肩下游山體單薄，岸坡覆蓋層厚度大，巖體風(fēng)化突出，全強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，穩(wěn)定性差，開(kāi)挖不易形成壩肩側(cè)向坡，下游抗滑巖體缺失，抗滑穩(wěn)定計(jì)算邊界條件與原設(shè)計(jì)不符。

(3)左壩肩巖體巖性較復(fù)雜，發(fā)育夾層或軟弱夾層，其具體位置和物理力學(xué)性質(zhì)不清楚，是影響壩基深層抗滑穩(wěn)定的控制性結(jié)構(gòu)面。

審查提出須高度重視左岸邊坡穩(wěn)定，應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核。同時(shí)復(fù)核大壩抗滑穩(wěn)定模式、邊界條件及穩(wěn)定安全計(jì)算。

工程于2013年8月正式開(kāi)工建設(shè)。2013年12月6日，工程在施工開(kāi)挖過(guò)程中，左壩肩開(kāi)挖在上游側(cè)邊坡出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，并在2013年12月8日發(fā)生了滑坡垮塌，方量約5000m3，見(jiàn)圖1。

圖1 左壩肩開(kāi)挖出現(xiàn)滑坡情況

3.3 工程建設(shè)管理體制及存在問(wèn)題

本工程建設(shè)管理體制采用傳統(tǒng)指揮部建設(shè)模式，由地方水行政主管部門成立的項(xiàng)目法人單位建設(shè)管理，嚴(yán)格執(zhí)行了項(xiàng)目“四制”即項(xiàng)目法人制、合同制、招投標(biāo)制、監(jiān)理制。但由于地方項(xiàng)目法人技術(shù)力量薄弱、管理力量不足，不能真正履行項(xiàng)目法人建設(shè)管理職責(zé)，未能有效組織參建各方協(xié)調(diào)一致實(shí)施建設(shè)、未能發(fā)現(xiàn)和有效解決參建各方存在的問(wèn)題。為彌補(bǔ)在技術(shù)管理上的不足，項(xiàng)目法人委托了第三方咨詢單位貴州省水利水電工程咨詢公司開(kāi)展施工圖設(shè)計(jì)文件咨詢審查。

2013年12月12日及18日，審查專家組2次趕赴現(xiàn)場(chǎng)踏勘，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)工程左岸邊坡穩(wěn)定問(wèn)題和大壩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題突出。技術(shù)方案的缺陷及施工開(kāi)挖的經(jīng)驗(yàn)不足和認(rèn)識(shí)不足是導(dǎo)致此次左岸邊坡垮塌的原因。

4 出現(xiàn)問(wèn)題的原因及風(fēng)險(xiǎn)損失分析

左岸邊坡的垮塌印證了該工程存在的技術(shù)問(wèn)題，也進(jìn)一步暴露出了潛在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。

一是邊坡穩(wěn)定問(wèn)題：①左岸邊坡結(jié)構(gòu)為中傾角(約45°)的順向坡，開(kāi)挖存在局部切腳，對(duì)穩(wěn)定極為不利；②邊坡巖體裂隙發(fā)育，多組裂隙面和巖層面組合形成不穩(wěn)定塊體；③影響邊坡穩(wěn)定的控制性結(jié)構(gòu)面為巖層面，層面平直光滑，層間結(jié)合差[1]。

二是大壩安全穩(wěn)定問(wèn)題：①左岸為巖層傾角約50°的順向坡；②左壩肩巖體為T2b薄～中厚層夾厚層砂巖、泥巖互層，局部夾頁(yè)巖，整體為軟質(zhì)巖類；③左壩肩下游山體單薄臨空，壩肩巖體風(fēng)化突出，強(qiáng)風(fēng)化深度因地形變化差異明顯，且在下游側(cè)凸出岸坡，全強(qiáng)風(fēng)化深度達(dá)20余米，抗滑巖體不足；④巖層面作為大壩抗滑穩(wěn)定的控制性結(jié)構(gòu)面，層面平直光滑，層間結(jié)合差，且發(fā)育有夾層，在強(qiáng)風(fēng)化層有泥化現(xiàn)象，初設(shè)巖層面地質(zhì)參數(shù)偏高，且未提出強(qiáng)風(fēng)化層巖體及其結(jié)構(gòu)面地質(zhì)參數(shù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)單位壩肩開(kāi)挖揭露和補(bǔ)充勘察成果，原左岸壩段抗滑穩(wěn)定計(jì)算邊界條件與實(shí)際地質(zhì)條件不符，復(fù)核計(jì)算后左岸壩段抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，河床和右岸部分壩段不能滿足要求，尤其是以?shī)A層為底滑面的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)較低，正常工況下大部分在0.97～1.94<3.0，校核工況下在0.71～1.39<2.5，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求。

出現(xiàn)這兩個(gè)問(wèn)題的原因，在于勘測(cè)設(shè)計(jì)深度精度不足、設(shè)計(jì)方案存在缺陷，沒(méi)有針對(duì)工程特點(diǎn)以及技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)查明壩址工程地質(zhì)條件、邊界條件，從而不能正確分析評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定模式、大壩抗滑穩(wěn)定模式，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不完整，存在重大安全隱患。同時(shí)，初步設(shè)計(jì)報(bào)告的審查也沒(méi)有對(duì)這兩個(gè)重要內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題和缺陷。最后，項(xiàng)目建設(shè)管理以及施工開(kāi)挖技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，最終工程存在的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)一場(chǎng)大雨導(dǎo)致邊坡垮塌的形式體現(xiàn)出來(lái)。

邊坡穩(wěn)定問(wèn)題與大壩穩(wěn)定問(wèn)題是有機(jī)聯(lián)系的，由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致工程存在重大安全問(wèn)題，而壩體失穩(wěn)將會(huì)導(dǎo)致工程失敗，不僅損失9000多萬(wàn)元的工程投資，蓄水期潰壩還會(huì)引起下游遭遇洪水的危害，其損失不可估量。

5 處理方案及效果

5.1 處理方案

鑒于工程存在的巨大安全風(fēng)險(xiǎn)，需要立即進(jìn)行處理以避免重大損失。

5.1.1 處理意見(jiàn)

2013年12月19日和20日，施工圖審查單位組織召開(kāi)技術(shù)咨詢交流會(huì)，根據(jù)原勘測(cè)設(shè)計(jì)深度不足以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況，提出復(fù)核補(bǔ)充工作處理咨詢意見(jiàn)：

(1)左岸現(xiàn)狀地形測(cè)量，包括開(kāi)挖現(xiàn)狀地形、滑坡現(xiàn)狀地形及壩肩下游岸坡地形，建議測(cè)量比例尺為1∶200或1∶500。

(2)地質(zhì)測(cè)繪，包括地層巖性分析與統(tǒng)計(jì)(特別是軟硬巖分布層位及層厚、物理性狀等)、覆蓋層與基巖分界線、主要結(jié)構(gòu)面及地下水位等邊界條件，并詳細(xì)反映在地質(zhì)平面圖和剖面圖上。

(3)地質(zhì)參數(shù)復(fù)核，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況進(jìn)一步復(fù)核巖層面(砂巖層面、泥巖層面)、夾層面及裂隙面地質(zhì)參數(shù)。

(4)根據(jù)地質(zhì)復(fù)核成果，設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)核邊坡穩(wěn)定、左岸壩段側(cè)向穩(wěn)定和深層抗滑穩(wěn)定，并提出大壩抗滑穩(wěn)定專題報(bào)告及設(shè)計(jì)處理方案。針對(duì)設(shè)計(jì)處理方案可能發(fā)生的大壩結(jié)構(gòu)、工程量及投資變化，同時(shí)編制重大設(shè)計(jì)變更報(bào)告，報(bào)原審批單位審批[2]。

設(shè)計(jì)單位根據(jù)上述咨詢處理意見(jiàn)，進(jìn)行了補(bǔ)充勘探及設(shè)計(jì)復(fù)核工作。2014年5月29日，施工圖審查單位組織召開(kāi)了設(shè)計(jì)單位編制的《大壩抗滑穩(wěn)定專題報(bào)告》及處理方案技術(shù)咨詢會(huì)，提出技術(shù)咨詢意見(jiàn)如下：

(1)經(jīng)開(kāi)挖揭示并結(jié)合補(bǔ)充勘察，壩址區(qū)地質(zhì)條件基本查明，影響大壩抗滑穩(wěn)定的邊界條件基本清楚。

(2)根據(jù)壩基巖性分布情況，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)成果，壩基巖體質(zhì)量分類基本合理，壩基巖體結(jié)構(gòu)面特征及性質(zhì)分析基本合適，巖體及其結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)建議值基本合理。

(3)各壩段抗滑穩(wěn)定模式分析基本合理，左壩肩主要為接觸面滑動(dòng)、深層滑動(dòng)(以裂隙為上游切割面、以泥頁(yè)巖層面或者夾層為底滑面，以f1斷層為下游剪出面或下游臨空面，向下游滑移)。但對(duì)夾層物質(zhì)成分及性質(zhì)判斷無(wú)有力證據(jù)，應(yīng)施工中在左岸增加勘探平硐進(jìn)行復(fù)核。

(4)左岸泥巖層面或夾層面是大壩抗滑穩(wěn)定的控制結(jié)構(gòu)面模式，為了保證邊界條件與計(jì)算一致，采取在上游設(shè)置齒槽、下游回填混凝土、邊坡鋼筋束等工程措施處理合適。

(5)應(yīng)針對(duì)f1斷層對(duì)抗滑穩(wěn)定、變形及承載能力進(jìn)行補(bǔ)充分析評(píng)價(jià)，對(duì)風(fēng)化邊界的水平投影范圍進(jìn)行復(fù)核。

(6)壩基上游增加齒槽，下游對(duì)開(kāi)挖缺口采用混凝土進(jìn)行補(bǔ)齊，開(kāi)挖邊坡加強(qiáng)錨固措施處理思路合適。

5.1.2 處理方案

經(jīng)過(guò)反復(fù)多次咨詢研究討論，在查明壩址地質(zhì)條件邊界條件及邊坡穩(wěn)定模式、大壩抗滑穩(wěn)定模式并經(jīng)計(jì)算基本滿足規(guī)范要求后，最終形成設(shè)計(jì)處理方案如下：

(1)左壩肩上游邊坡(庫(kù)首邊坡)處理

①采取開(kāi)挖清除垮塌體及表層松動(dòng)巖體，邊坡開(kāi)挖進(jìn)行放坡順層開(kāi)挖，坡腳采用C20鋼筋混凝土護(hù)腳。

②邊坡支護(hù)采用掛網(wǎng)+噴混凝土+錨桿，噴混凝土厚10cm，錨桿長(zhǎng)9m，間排距3m，坡面設(shè)截排水溝和排水孔，排水孔間排距3m、孔深1m。

(2)左岸壩基抗滑穩(wěn)定處理

①壩基上游設(shè)置齒槽，在742m高程以下齒槽深度為6m，742m高程以上至壩頂齒槽深度為3m，通過(guò)置換壩基巖體或截?cái)鄩位涣嫉刭|(zhì)結(jié)構(gòu)面，提高抗滑抗剪斷參數(shù)。

②在壩踵和壩趾部位采用C20混凝土回填，并在大壩下游一定范圍采用C20混凝土貼坡，保證大壩和下游抗力體整體受力。

③為了保證大壩開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定和下游抗力巖體的完整性，采用3根錨桿形成錨筋束或錨筋樁，錨固深度9m～15m。另在開(kāi)口線周邊設(shè)置鎖口錨筋束，坡腳設(shè)置C20鋼筋混凝土支撐擋墻[3]。

④為了保證壩基巖體的完整受力特性，對(duì)f1斷層進(jìn)行開(kāi)挖回填處理并固結(jié)灌漿，回填C20混凝土，固結(jié)灌漿深度約12m。

⑤為了保證壩體的整體受力特性，大壩分縫采取鍵槽式的傳力縫，但不切穿至基巖。

5.2 處理效果

根據(jù)最終形成的處理方案，設(shè)計(jì)單位編制了《鎮(zhèn)寧縣納井田水庫(kù)初步設(shè)計(jì)變更報(bào)告》，于2014年12月22日在安順市召開(kāi)變更報(bào)告技術(shù)審查會(huì)，并于12月31日安順市水利局以安市水規(guī)計(jì)〔2014〕21號(hào)文《關(guān)于鎮(zhèn)寧縣納井田水庫(kù)初步設(shè)計(jì)變更的批復(fù)》對(duì)該報(bào)告進(jìn)行了批復(fù)。工程總投資14564.45萬(wàn)元。相較原初設(shè)投資增加了5500多萬(wàn)元。

至2017年5月，歷時(shí)兩年半，納井田水庫(kù)根據(jù)大壩左岸抗滑穩(wěn)定處理方案順利建設(shè)完成，目前水庫(kù)已下閘蓄水運(yùn)行。經(jīng)初期蓄水檢驗(yàn)觀測(cè)，大壩左岸上游邊坡、下游護(hù)坡未見(jiàn)變形跡象，處理效果較好。大壩左岸下游邊坡現(xiàn)狀見(jiàn)圖2。

圖2 左壩肩下游處理后現(xiàn)狀

圖3 水庫(kù)大壩及蓄水現(xiàn)狀

6 結(jié)論

由于前期設(shè)計(jì)階段深度和精度的不足，本工程在施工階段發(fā)生的左岸邊坡穩(wěn)定引發(fā)了大壩抗滑穩(wěn)定重大安全問(wèn)題，這兩個(gè)重大技術(shù)問(wèn)題直接影響工程的成敗。經(jīng)過(guò)施工圖技術(shù)咨詢，指導(dǎo)設(shè)計(jì)單位通過(guò)設(shè)計(jì)變更提出了處理方案，采取了有效的工程處理措施，雖然增加了工程投資約5000萬(wàn)元，但及時(shí)糾正了原初步設(shè)計(jì)存在的缺陷和重大安全隱患，確保了工程的順利建設(shè)，確保了大壩安全和大壩下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，挽回了原初設(shè)9000多萬(wàn)元的工程總投資，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。