復(fù)雜地質(zhì)條件下中小型水利工程勘測設(shè)計工作若干問題思考

劉 銳

(黔南州水利水電勘測設(shè)計研究院, 貴州 都勻 558000)

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復(fù)雜地質(zhì)條件下中小型水利工程勘測設(shè)計工作若干問題思考

劉 銳

(黔南州水利水電勘測設(shè)計研究院, 貴州 都勻 558000)

貴州省屬典型的山區(qū)地形，因工程地質(zhì)條件復(fù)雜導(dǎo)致勘測設(shè)計工作中存在一些有代表性的問題，通過分析，提出以科學(xué)化、系統(tǒng)化的管理流程，盡量避免在勘測設(shè)計工作中重復(fù)犯同樣錯誤，以期加快進(jìn)度、提高質(zhì)量。

中小型水利工程； 復(fù)雜地質(zhì)條件； 勘測； 設(shè)計

1 概 述

為基本解決貴州省工程性缺水對經(jīng)濟(jì)發(fā)展制約的問題。根據(jù)“三位一體”及骨干水源的規(guī)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(fù)雜的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問題。依據(jù)貴州省2012年至今中型水庫蓄水階段驗(yàn)收檢查部分項(xiàng)目(基本覆蓋了全省各地區(qū))，結(jié)合部分正在進(jìn)行施工設(shè)計工作部分項(xiàng)目為例，不難發(fā)現(xiàn)：在目前貴州省中小型水利工程勘測設(shè)計周期短、前期經(jīng)費(fèi)少、設(shè)計任務(wù)重、地質(zhì)條件復(fù)雜等諸多不利條件下，工作存在一些問題。認(rèn)真分析這些問題性質(zhì)、誘因、處理方法，尋求其規(guī)律性，通過在前期勘測設(shè)計工作中較準(zhǔn)確的預(yù)判，并在施工圖設(shè)計工作中有針對性地處理，讓設(shè)計工作少走彎路，合理規(guī)避風(fēng)險[1]，為項(xiàng)目提供盡量完善的勘測設(shè)計產(chǎn)品。

2 現(xiàn)階段復(fù)雜地質(zhì)條件下勘測設(shè)計中存在的若干問題

選取其中一些項(xiàng)目，對因復(fù)雜地質(zhì)條件導(dǎo)致的問題進(jìn)行了梳理，發(fā)現(xiàn)主要問題包括：高邊坡、巖體物理力學(xué)參數(shù)取值、抗滑模式確定、喀斯特、灌漿質(zhì)量、料場、下游沖刷等問題(見下頁表)。

主要問題統(tǒng)計表

注 以上統(tǒng)計并非這些項(xiàng)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(zhì)量問題最為突出，占統(tǒng)計項(xiàng)目的80%。高邊坡和巖體物理力學(xué)參數(shù)取值問題較突出，占統(tǒng)計項(xiàng)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(xiàng)目同時存在幾個問題，且具有相關(guān)性，數(shù)理統(tǒng)計沒有深入分析問題產(chǎn)生的原因，應(yīng)具體分析。

2.1 灌漿質(zhì)量問題

在10個已建中型水庫蓄水階段驗(yàn)收檢查過程中，80%存在不同程度的灌漿質(zhì)量問題，有的壩肩和壩基已經(jīng)產(chǎn)生庫水滲漏，灌漿質(zhì)量問題突出。通過對設(shè)計、施工等相關(guān)文件的核查，經(jīng)認(rèn)真分析比對，存在問題如下：?均未進(jìn)行岸坡接觸灌漿設(shè)計，按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(SL 62—2014)中岸坡接觸灌漿相關(guān)規(guī)定[2]，貴州省目前大部分中小型水利水電工程設(shè)計對此項(xiàng)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(jìn)行相關(guān)設(shè)計處理，易出現(xiàn)運(yùn)行后庫水沿壩基肩滲漏的問題；?按SL 62—2014中5.4.3相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行帷幕灌漿時，壩體混凝土與基巖的接觸段應(yīng)先行單獨(dú)灌漿并待凝，接觸段在巖石中的長度宜1～3m[2]。此項(xiàng)設(shè)計漏項(xiàng)、灌漿方案不當(dāng)也是導(dǎo)致運(yùn)行后庫水沿壩基和壩肩產(chǎn)生滲漏的原因；?灌漿質(zhì)量控制弱化、不重視方案實(shí)施后相關(guān)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(jī)動孔的布置上針對性不強(qiáng)也是導(dǎo)致上述問題產(chǎn)生的原因。由此可見，目前項(xiàng)目中出現(xiàn)灌漿質(zhì)量的問題除了施工質(zhì)量外，還包括設(shè)計漏項(xiàng)、對灌漿施工原始資料和成果資料的整理分析工作關(guān)注度不夠。

2.2 高邊坡問題

按《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(SL 55—2005)》相關(guān)規(guī)定[3]，6個項(xiàng)目均屬于自然邊坡基本穩(wěn)定，經(jīng)過開挖后出現(xiàn)高邊坡、甚至超高邊坡問題，涵蓋了巖質(zhì)邊坡[4]分類的大部分類型。通過資料分析，塊狀結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡(大新橋)失穩(wěn)的原因主要是邊坡為上硬下軟的二元結(jié)構(gòu)、卸荷裂隙發(fā)育；層狀同向緩傾結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡[平省(左岸邊坡)]產(chǎn)生失穩(wěn)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(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡[花山、冷水溝]產(chǎn)生失穩(wěn)的原因是巖層陡傾下游、裂隙發(fā)育、施工開挖壩基時切腳，形成臨空面導(dǎo)致巖體沿層面變形滑動；層狀反向結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡(大新橋溢洪道進(jìn)口)產(chǎn)生失穩(wěn)的原因主要是邊坡屬于上硬下軟的二元結(jié)構(gòu)、卸荷裂隙發(fā)育、存在軟弱夾層；碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡(獨(dú)洞、臺雄)產(chǎn)生失穩(wěn)的原因主要是巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育。通過資料分析及現(xiàn)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(hù)、邊坡設(shè)計不分臺階、監(jiān)測工作不到位是較突出的問題。

2.3 巖體物理力學(xué)參數(shù)選取問題

中小型水利水電工程在勘測設(shè)計階段很少進(jìn)行現(xiàn)場大剪試驗(yàn)，巖體物理力學(xué)參數(shù)取值主要采用巖石常規(guī)樣及中剪樣的成果結(jié)合《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(GB 50487—2008)》(以下簡稱GB 50487)附錄E的有關(guān)說明進(jìn)行選取[5]。雖然參數(shù)取值的問題大多在初設(shè)審查后已基本確定，但由于施工期復(fù)雜的地質(zhì)條件導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)復(fù)核問題依然突出，具體表現(xiàn)在：?地質(zhì)專業(yè)與設(shè)計專業(yè)嚴(yán)重脫節(jié)，在設(shè)計成果中參數(shù)引用不對應(yīng)、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(qiáng)度參數(shù)的選取中常出現(xiàn)選擇錯誤;?未考慮軟質(zhì)巖強(qiáng)度參數(shù)選取時應(yīng)根據(jù)軟化系數(shù)進(jìn)行折減;?未考慮結(jié)構(gòu)面參數(shù)的選取，將其與巖體強(qiáng)度參數(shù)混用。以上第一個問題屬專業(yè)之間溝通不夠，其他問題則是專業(yè)人員未很好理解規(guī)范的相關(guān)條文解釋、沒有與工程實(shí)踐相結(jié)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(shè)計過程中，大壩抗滑模式的確定一般由地質(zhì)專業(yè)通過對軟弱夾層及結(jié)構(gòu)面的分析，確定出最不利的結(jié)構(gòu)面組合情況，設(shè)計專業(yè)應(yīng)復(fù)核最不利的結(jié)構(gòu)面組合，并通過各種結(jié)構(gòu)面的組合確定抗滑模式。出現(xiàn)的問題具體有：?專業(yè)之間嚴(yán)重脫節(jié)，設(shè)計未復(fù)核地質(zhì)提出的最不利組合或設(shè)計通過組合分析得出的最不利組合與地質(zhì)不一致;?忽略軟弱夾層及結(jié)構(gòu)面的調(diào)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(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體完整性、抗滑及抗變形性能明顯受結(jié)構(gòu)面控制，在實(shí)踐中存在以巖體強(qiáng)度作為抗滑、抗變形性能計算依據(jù)的問題；?規(guī)范附錄E.0.5中對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了詳盡的分類，在實(shí)踐中往往忽略巖層層面也屬于結(jié)構(gòu)面這一問題，簡單地以巖體抗剪取代;?規(guī)范附錄E.0.5各類結(jié)構(gòu)面的f′、c′、f取值均較小，而且規(guī)定在半堅(jiān)硬、軟質(zhì)巖中還應(yīng)進(jìn)行折減，膠結(jié)結(jié)構(gòu)面、無充填結(jié)構(gòu)面抗剪斷(抗剪)參數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面膠結(jié)程度和粗糙程度取大值或小值。在實(shí)踐中存在以巖體抗剪斷(抗剪)參數(shù)替代和未進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(shí)際情況下本次計列的9個項(xiàng)目中，只有4個位于碳酸鹽類地層，如據(jù)此統(tǒng)計，喀斯特問題應(yīng)占統(tǒng)計項(xiàng)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(shí)施過程中右岸導(dǎo)流洞揭露了較大的溶洞系統(tǒng)，設(shè)計單位及時進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，對拱壩應(yīng)力范圍內(nèi)溶洞進(jìn)行了回填處理，調(diào)整了相應(yīng)的抗滑計算模式和大壩防滲帷幕設(shè)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(qū)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(shè)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(tǒng)計中出現(xiàn)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(zhì)灰?guī)r，該類巖石抗風(fēng)化能力較差，在今后的運(yùn)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(fā)區(qū)占用而不得不變更料場。從省內(nèi)項(xiàng)目前期工作情況來看，采用面板堆石壩方案的不在少數(shù)，由于面板堆石壩對料場在質(zhì)量、儲量上有著較高的要求，而勘測設(shè)計單位的慣性思維一般會導(dǎo)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(xù)的工作中會極其被動。

2.7 下游沖刷問題

統(tǒng)計中存在下游沖刷的目前看來只有4個，但實(shí)際上針對性不強(qiáng)，畢竟項(xiàng)目大多數(shù)剛建成，沒有運(yùn)行期觀測數(shù)據(jù)作為支撐。其中：獨(dú)洞、臺雄產(chǎn)生下游沖刷的原因是工程區(qū)域內(nèi)巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育；花山則是巖體陡傾，地形狹窄導(dǎo)致下泄洪水沖刷產(chǎn)生切腳；大新橋從溢洪道進(jìn)口至海漫區(qū)左岸邊坡均屬于上硬下軟的二元結(jié)構(gòu)，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(tǒng)明心寺組(∈1m)雜色薄至中層粉砂質(zhì)泥頁巖夾粉砂巖]，產(chǎn)生的邊坡失穩(wěn)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(yùn)行安全。以上四個項(xiàng)目均存在地形上的制約因素。已經(jīng)運(yùn)行了近30年的龍?zhí)岭娬?未計入本次統(tǒng)計)下游沖刷問題的主要誘因是三疊系巖性組合復(fù)雜、結(jié)構(gòu)面發(fā)育、下泄流量大等。由此可見產(chǎn)生下游沖刷的主要因素是地形、地層巖性組合、結(jié)構(gòu)面特征、下泄流量等。在施工圖階段，特別是下泄流量大、地質(zhì)條件復(fù)雜、地形狹窄等不利因素組合多的項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的水工模型試驗(yàn)。

3 今后復(fù)雜地質(zhì)條件下中小型水利水電勘測設(shè)計工作的應(yīng)對與思考

在復(fù)雜地質(zhì)條件下存在的勘測設(shè)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(shè)計產(chǎn)品值得認(rèn)真思考和總結(jié)，對此有以下幾點(diǎn)建議：

a.在復(fù)雜地質(zhì)條件下更應(yīng)加強(qiáng)地表地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)工作，嚴(yán)格控制勘察原始資料質(zhì)量，認(rèn)真分析問題實(shí)質(zhì)，加強(qiáng)前期工作的分析預(yù)判；在施工圖階段更應(yīng)結(jié)合施工期地質(zhì)勘察工作,做到“質(zhì)疑問題、分析問題、解決問題”的三步工作法。

b.勘測設(shè)計單位應(yīng)加強(qiáng)管理，做好項(xiàng)目各專業(yè)溝通及設(shè)計接口資料對接，項(xiàng)目設(shè)計應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)素質(zhì)，提高溝通能力，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

c.探索科學(xué)先進(jìn)、系統(tǒng)完善的管理方法在勘測設(shè)計全程控制的可能性。中、小型水利水電勘測設(shè)計工作受制于勘測設(shè)計周期短、前期經(jīng)費(fèi)少、設(shè)計任務(wù)重、地質(zhì)條件復(fù)雜等諸多不利條件的影響，采用科學(xué)的管理方法在勘測設(shè)計全程控制、特別是前期預(yù)判上將起到至關(guān)重要的作用。結(jié)合項(xiàng)目咨詢、管理、經(jīng)驗(yàn)積累、資料收集，設(shè)計單位均可建立起適合自身具體情況的管理體系。根據(jù)本單位情況及個人經(jīng)驗(yàn)有如下認(rèn)識：

?數(shù)據(jù)庫的建立(動態(tài)問題模型的建立)。 以上7個問題僅是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下勘測設(shè)計工作中較為常見的，應(yīng)根據(jù)國內(nèi)外資料收集等建立問題數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際工作中采用PDCA方式不斷補(bǔ)充完善，適時修正并監(jiān)控本單位在項(xiàng)目中出現(xiàn)問題的類型，及時糾偏。通過數(shù)據(jù)庫的建立和適時修正，可以讓勘測設(shè)計人員(建立風(fēng)險意識)在工作中有針對性地比對分析。

?問題預(yù)測機(jī)制的建立 。 采用國內(nèi)、國際目前通行的定性和定量相結(jié)合的方法，建立問題預(yù)測體系。

?問題分析判斷機(jī)制的建立 。 在勘測設(shè)計進(jìn)展到各階段具體方案成型之前，采用簡便可行的問卷調(diào)查及打分機(jī)制，由項(xiàng)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(tǒng)進(jìn)行留痕管理[1]，形成報批方案，方案通過上一級評審后還應(yīng)及時對應(yīng)補(bǔ)充。

?問題對應(yīng)處理方案 。 方案實(shí)施過程中應(yīng)及時跟蹤處理效果，及時反饋、及時修正。采用項(xiàng)目管理中的WBS方法對應(yīng)、分解。

?不確定問題的分析與風(fēng)險分析。受制于各單位的勘測手段、經(jīng)驗(yàn)、專家團(tuán)隊(duì)能力等諸多因素，會有一部分問題最終遺留在項(xiàng)目中或者另行付出較大的代價來處理，作為一個成熟、有責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)目睖y設(shè)計單位應(yīng)對這種風(fēng)險有足夠的認(rèn)識，通過問題的處理和積累不斷完善自身、提高勘測設(shè)計水平。

如果將以上5點(diǎn)認(rèn)識結(jié)合項(xiàng)目管理、風(fēng)險管理、項(xiàng)目決策分析與評價的相關(guān)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(shè)計單位通過引入項(xiàng)目管理的理念，建立適合自身的項(xiàng)目管理體系，可使設(shè)計單位少走彎路、提高效率、提前把控風(fēng)險。

管理流程圖

4 結(jié) 語

貴州省目前正處于加快中小型水利工程建設(shè)的最佳機(jī)遇期，勘測設(shè)計單位如何在諸多不利因素中更好更快地為項(xiàng)目業(yè)主提供高質(zhì)量的勘測設(shè)計產(chǎn)品、提高自身水平，依然是今后一段時期內(nèi)應(yīng)當(dāng)更多思考的重要問題。希望能有更多、更好的方法使復(fù)雜地質(zhì)條件下勘測設(shè)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(wù)。

[1] 幸享林.水電站廠房設(shè)計質(zhì)量風(fēng)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(shù)規(guī)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(zhì)勘察規(guī)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(zhì)邊坡傾倒式破壞中的分析與應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2015(12)：33.

[5] GB 50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)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