水利水電工程地質(zhì)若干問題探討

左重輝

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

1 正確認(rèn)識水利水電工程地質(zhì)的重要性

水利水電工程地質(zhì)能成為重要的學(xué)科，主要原因應(yīng)歸功于一大批水利水電工程的成功建設(shè)。葛州壩，三峽、小浪底、二灘、龍灘等許多大型乃至巨型工程，在前期工作中投入了大量的工程地質(zhì)勘察工作，對工程地質(zhì)條件進(jìn)行過深入的研究，大多數(shù)水利水電工程因前期地質(zhì)工作比較充分，在建設(shè)過程中比較順利。但我國的水利水電工程在數(shù)量上，大型工程畢竟只占少數(shù)，據(jù)水利部統(tǒng)計，1949年全國只有大型水庫6座，中型水庫17座，2006年有水庫85 874座，總庫容達(dá)到5 974億m3。新中國成立后，我國修建了一大批水利水電工程，由于前期勘察工作不到位、地質(zhì)情況不清楚、邊設(shè)計邊施工等原因，造成了許多病險水庫的產(chǎn)生。目前，我國有病險水庫37 000座，占總量的43%，其中中小型水庫占了絕大多數(shù)。病險庫以中小型土石壩為主，壩體病害和壩基病害是主要病險類型，產(chǎn)生原因除了施工質(zhì)量外，最主要的原因是前期勘察工作不到位、盲目施工造成的。

實踐證明，凡是重視地質(zhì)勘察工作，在建筑物修建之前，投入了足夠的勘察工作，對建筑物區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了深入研究，查明了主要工程地質(zhì)問題，工程建設(shè)就進(jìn)行得順利，工程建設(shè)的質(zhì)量就可靠。如果不重視地質(zhì)工作，在地質(zhì)條件不清楚的情況下盲目施工，則會產(chǎn)生嚴(yán)重后果，輕則延誤工期，修改設(shè)計，增加投資;重則建筑物存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題和安全隱患，甚至工程報廢。這樣的例子很多，像葛州壩這樣的重大工程，基礎(chǔ)施工曾經(jīng)出現(xiàn)過反復(fù)，1961年3月6日柘溪水庫塘巖光滑坡失事造成重大人員傷亡事故，我國南方及西南地區(qū)的巖溶水庫有些成了空庫，湖南某水庫因壩基漏水一直達(dá)不到設(shè)計水位。

近10年來，隨著水電開發(fā)權(quán)的開放，許多不同的經(jīng)濟(jì)體都進(jìn)入了水電開發(fā)市場，為了搶時間、節(jié)約資金，往往把前期勘察工作限制在很短的周期內(nèi)，洽談勘察設(shè)計合同的時候，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，縮短設(shè)計周期，首先就是減少勘探工作量，有些工程的勘探量嚴(yán)重不足，與規(guī)范要求不挨邊，基本地質(zhì)條件沒有查清楚，地質(zhì)問題沒有揭露，如湖南某小型工程，因沒有做地勘工作，發(fā)電廠房布置在滑坡下，施工期間就發(fā)生開裂，不得不停工重新勘察，做處理設(shè)計。有些業(yè)主純粹是為了迎合審查需要，在思想深處認(rèn)為地質(zhì)勘察是可有可無的工作。因此，近年來有許多工程出現(xiàn)過各類與地質(zhì)有關(guān)的問題。修改設(shè)計、耽誤工期、追加投資成了家常便飯，有些甚至存在安全隱患。萬丈高樓從地起，這個簡單的道理人人都懂，但在實際工作中一旦與經(jīng)濟(jì)掛鉤，卻會出現(xiàn)偏差。自1998年大洪水后，國家和有關(guān)部門已經(jīng)對前期勘察工作引起了足夠重視，但要變成全社會的共識還存在距離，這需要我們地質(zhì)人員、設(shè)計人員、管理人員、工程業(yè)主正確認(rèn)識，高度重視。

2 正確認(rèn)識工程地質(zhì)與巖土工程的關(guān)系

大約在20世紀(jì)90年代開始，出現(xiàn)了一種風(fēng)潮，大有將巖土工程代替工程地質(zhì)之勢，目前國家只有注冊巖土工程師，各高校紛紛開設(shè)巖土工程課程，面向巖土工程方向培養(yǎng)學(xué)生。

到底工程地質(zhì)與巖土工程是什么關(guān)系？

按工程地質(zhì)的普遍定義，工程地質(zhì)是研究地質(zhì)與工程相互關(guān)系的一門科學(xué)或?qū)W科。而巖土工程是歐美國家于20世紀(jì)60年代在土木工程實踐中建立起來的一種新的技術(shù)。巖土工程是以求解巖體與土體工程問題，包括地基與基礎(chǔ)、邊坡和地下工程等問題作為自己的研究對象。土木工程中涉及巖石、土、地下水的部分稱為巖土工程。巖土工程專業(yè)是土木工程的分支，運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)解決各類工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題。按照工程建設(shè)階段劃分，工作內(nèi)容可以分為：巖土工程勘察、巖土工程設(shè)計、巖土工程治理、巖土工程監(jiān)測、巖土工程檢測。

巖土工程地質(zhì)的主要研究方向：城市地下空間與地下工程；邊坡與基坑工程：重點(diǎn)研究基坑開挖（包括基坑降水）對鄰近既有建筑和環(huán)境的影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論和方法，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和可靠度分析技術(shù)，邊坡穩(wěn)定分析理論以及新型支護(hù)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用等；地基與基礎(chǔ)工程：重點(diǎn)開展地基模型及其計算方法、參數(shù)研究，地基處理新技術(shù)、新方法和檢測技術(shù)的研究，建筑基礎(chǔ)（如柱下條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等）與上部結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)理和規(guī)律研究等。

從定義來看，工程地質(zhì)是地質(zhì)學(xué)的分支，是一門具有很強(qiáng)的理論性和實踐性的學(xué)科。工程地質(zhì)既研究巖土工程地質(zhì)問題的成因，也研究地質(zhì)問題對工程建筑的影響和相互作用，同時要研究工程地質(zhì)問題的發(fā)展變化趨勢，而巖土工程應(yīng)當(dāng)是以解決設(shè)計問題的一門技術(shù)。打個不太恰當(dāng)?shù)谋扔?，如果工程地質(zhì)相當(dāng)于臨床醫(yī)學(xué)，負(fù)責(zé)查病因、開處方，巖土工程則相當(dāng)于藥劑藥理學(xué)。韋港先生在《工程地質(zhì)隨想》一文中就提出巖土工程不能代替工程地質(zhì)，只是工程地質(zhì)一個分支的觀點(diǎn)，筆者是比較贊成的。

為什么要在學(xué)術(shù)高度來認(rèn)識和區(qū)分兩者的概念？有什么作用和實際意義？

首先是澄清觀點(diǎn)有利于人材培養(yǎng)。筆者注意到，近年來各高校紛紛開設(shè)巖土工程專業(yè)，為了迎合市場和就業(yè)，開設(shè)的課程多而雜，基礎(chǔ)地質(zhì)理論缺乏，學(xué)生地質(zhì)知識不全面、不扎實，基本地質(zhì)知識膚淺，也沒有多少工程概念，學(xué)校似乎要把學(xué)生培養(yǎng)成全才，其實充其量只是“萬金油”而已。學(xué)生畢業(yè)后，特別是到省級以上的設(shè)計院工作，還要花大量的時間補(bǔ)充基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。這就是概念的模糊導(dǎo)致人材培養(yǎng)方式出現(xiàn)的偏差。

其次是概念模糊影響工程勘察研究的深度。工程地質(zhì)的任務(wù)是研究工程區(qū)的基本地質(zhì)條件和存在的工程地質(zhì)問題，預(yù)測工程對地質(zhì)環(huán)境的影響，特別是專業(yè)性強(qiáng)的工程勘察，如水利、交通、鐵路等就需要有高水平的工程地質(zhì)師來擔(dān)當(dāng)此任。過去乃至當(dāng)前，在認(rèn)識上存在誤區(qū)，認(rèn)為只要是學(xué)巖土的就可以從事工程地質(zhì)工作，一個技術(shù)人員帶兩臺鉆機(jī)就可以進(jìn)行工程勘察了。其實，在專業(yè)性強(qiáng)的領(lǐng)域，尤其像水利水電工程，有許多工程地質(zhì)問題需要專題研究，項目成果是集體智慧的結(jié)晶，不是一個小小的巖土工程施工隊可以解決的。再說，人無全才，一定要工程地質(zhì)師從事設(shè)計師做的事情，的確有點(diǎn)勉為其難，這樣做的目的，可能會導(dǎo)致該深入的沒深入，該做好的事情沒做好，近年在一些新建小型水利工程、病險水庫除險加固中，見到很多這樣的例子，用巖土工程的方法進(jìn)行勘察，對基本地質(zhì)條件和主要工程地質(zhì)問題查不清楚，達(dá)不到規(guī)范和設(shè)計要求，地質(zhì)資料成了擺設(shè)。

基于上述認(rèn)識，在學(xué)術(shù)上澄清概念，保持工程地質(zhì)的優(yōu)良傳統(tǒng)是必要的。與時俱進(jìn)、不斷創(chuàng)新是必須的，但不一定要讓傳統(tǒng)的科學(xué)置于尷尬的境地。

3 充分認(rèn)識工程地質(zhì)與水工的關(guān)系

這個命題在老一輩地質(zhì)人員和水工設(shè)計人員當(dāng)中是十分重視的。萬丈高樓從地起，世間一切建筑都是建立在地基之上，特別是水工建筑物，建筑形式多樣，受力條件復(fù)雜，荷載組合多變，安全裕度要求高，一旦失事，破壞性大，后果特別嚴(yán)重。

（1）作為從事水利水電勘察的工程地質(zhì)師，應(yīng)當(dāng)了解水工建筑物的基本特點(diǎn)，了解水工建筑物對地質(zhì)的要求。水工建筑物按功能可分為擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物、發(fā)電廠房及其他建筑物。通俗地說，主要有大壩、發(fā)電廠房、隧洞、溢洪道、圍堰等建筑物，地質(zhì)師應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注壩址地質(zhì)條件，要根據(jù)不同形式的建筑物，預(yù)測主要工程地質(zhì)問題，有針對性地開展地勘工作，要根據(jù)不同的設(shè)計階段，用最優(yōu)的勘探工作量，解決主要問題，不要眉毛胡子一把梳。地質(zhì)師一定要學(xué)會抓主要矛盾，如不同的壩型要重點(diǎn)注意不同的問題，重力壩要關(guān)注壩基穩(wěn)定，拱壩要關(guān)注壩肩穩(wěn)定，土石壩及面板堆石壩要特別關(guān)注天然建材是否滿足要求。水工隧洞要注意進(jìn)出口的圍巖穩(wěn)定性及圍巖分類。圍堰重點(diǎn)要注意覆蓋層的滲透性。但實際工作中，我們有些同志不注意學(xué)習(xí)水工方面的知識，頭腦中缺乏工程概念，不會針對工程的特點(diǎn)和要求布置勘探工作，在分析評價工程地質(zhì)條件時，抓不住要點(diǎn)，缺乏針對性，評價膚淺，沒有深度。作為一個高水平的地質(zhì)師，應(yīng)該是一個頭腦清晰、知識豐富、工程概念強(qiáng)的人。

（2）作為水工設(shè)計人員，也應(yīng)當(dāng)了解一定的工程地質(zhì)知識，既包括地質(zhì)基礎(chǔ)知識，更包括與工程有直接關(guān)系的工程地質(zhì)知識，只有在掌握了一定的地質(zhì)知識后，做設(shè)計才得心應(yīng)手，才會掌握設(shè)計的主動權(quán)。

建議設(shè)計師可以從以下幾方面作一些基本的了解：

一是了解幾種主要巖石的工程特性及主要問題。地球上存在著三大類巖石：火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖。火成巖是地殼分布最廣的巖石，其中花崗巖、玄武巖、凝灰?guī)r、流紋巖等是我們通常見到的，湖南地區(qū)的花崗巖較多，其最大特點(diǎn)和常見工程地質(zhì)問題是不均勻風(fēng)化問題。沉積巖是層狀巖體，種類很多，最值得關(guān)注的是可溶巖的溶蝕問題和軟弱巖層的強(qiáng)度問題。變質(zhì)巖通常是比較古老的巖石，一般地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育。

二是了解地質(zhì)年代與巖石特性的關(guān)系。地球的生命大約40億年，最古老的巖石10余億年，從前震旦紀(jì)到第四紀(jì)分為若干個地質(zhì)年代，同一地區(qū)不同時代的巖石有一些不同性質(zhì)和典型特征。如湖南地區(qū)，泥盆系跳馬澗組通常是堅硬的石英砂巖夾頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育。三迭系嘉陵江組灰?guī)r巖溶一定較發(fā)育。

三是了解常見地質(zhì)構(gòu)造的類型和工程性質(zhì)。如各種斷層名稱，斷層的一些基本要素，斷層性質(zhì)與工程的關(guān)系等等。

四是風(fēng)化作用、風(fēng)化巖石與強(qiáng)度的基本關(guān)系。

如果能夠掌握一些基本地質(zhì)知識，在概略了解工程區(qū)的大致情況下，設(shè)計人員就能估計可能存在的主要地質(zhì)問題。在做設(shè)計規(guī)劃時就會心中有數(shù)，對設(shè)計大有幫助。

工程地質(zhì)與水工設(shè)計存在著密不可分的關(guān)系，互相學(xué)習(xí)，互相掌握，有利于提高工程勘察和工程設(shè)計水平。