鎮(zhèn)寧縣納井田水庫邊坡處理技術分析

周濤

(貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴陽，550081)

1 工程概況

納井田水庫是貴州省鎮(zhèn)寧自治縣“十二五”期間規(guī)劃建設的“三位一體”骨干水源工程，壩址位于鎮(zhèn)寧縣六馬鄉(xiāng)板樂村珠江流域西江水系紅辣河二級支流納井田河中下游，工程任務以灌溉為主，兼顧鄉(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1.13萬人及0.14萬頭牲畜飲水和333.33hm2農(nóng)田灌溉用水，設計供水總量336.94萬m3/a。

水庫正常蓄水位761.00m、設計洪水位763.79m(P=3.33%)、校核洪水位765.13m(P=0.33%),總庫容234萬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流洞鋪設φ600取水鋼管。放空建筑物為大壩左岸壩內埋設φ1200放水鋼管。工程靜態(tài)總投資為9443.63萬元。納井田水庫于2013年8月正式開工建設，至2017年5月完成主體工程建設并下閘試蓄水。

2 初步設計存在的問題

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設計院組織召開了《納井田水庫初步設計報告》技術審查會。會后，設計單位按照審查會議要求對該初步設計成果進行了補充、修改、完善，提交了《安順市鎮(zhèn)寧縣納井田水庫初步設計報告》(報批稿)。該初步設計報告(報批稿)上報了貴州省政府投資項目評審中心和貴州省國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)計字〔2012〕28號文《關于報送鎮(zhèn)寧自治縣納井田水庫工程初步設計報告技術審查意見的函》報送安順市發(fā)改委。同日，安順市發(fā)改委以安發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2012〕713號文《關于鎮(zhèn)寧自治縣納井田水庫工程初步設計的批復》對該工程進行了批復。

2.1 壩址區(qū)工程地質問題

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

(2)同意大壩工程地質條件的評價意見。壩基(肩)建基面選擇中風化底部巖體，由于淺層節(jié)理和縱向裂隙較發(fā)育，壩基存在淺層滑動問題，壩基(肩)需作固結灌漿處理的建議基本合適。

(3)基本同意壩址水文地質條件評價意見及防治處理意見。壩基(肩)巖體存在分散型淺層風化裂隙滲漏，須對基(肩)進行防滲處理的建議基本適合。建議下階段根據(jù)先導孔揭露情況進一步復核和完善防滲帷幕設計。

(4)同意壩基(肩)開挖邊坡工程地質條件的評價意見及采取的放坡、護坡及臨時支護措施。

2.2 主要建筑物設計問題

(1)基本同意碾壓混凝土重力壩的設計布置和結構型式。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化層底部。

(2)基本同意壩基處理和防滲設計。沿壩軸線布設灌漿孔作防滲帷幕灌漿，帷幕線總長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96個灌漿孔,造孔進尺3366.4m，灌漿進尺3139.2m。大壩基礎固結灌漿孔呈梅花形布設，孔距3m，排距3m，孔深進入基巖5m，鉆孔進尺3560m，灌漿進尺2225m。

根據(jù)上述審查意見，初設審查存在技術把關不嚴情況。未對壩址地層巖性參數(shù)、層面參數(shù)、地質構造、壩基滑動模式、邊坡穩(wěn)定進行評價，也未對抗滑穩(wěn)定計算進行評價。

3 工程特點、技術重點難點及管理問題

3.1 工程特點及技術重點難點

鎮(zhèn)寧納井田水庫工程大壩為碾壓混凝土重力壩，壩址兩岸地形狹窄基本對稱，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)上述地形地質條件，其特點是壩址巖性較為復雜、左岸邊坡穩(wěn)定突出、壩基抗滑穩(wěn)定模式復雜。因此，查明壩址地質條件及邊界條件包括地質物理力學參數(shù)(基礎巖石、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，計算其穩(wěn)定安全是否滿足規(guī)范要求，是本工程的技術重點和難點，是重力壩是否成立及方案設計的關鍵。而初步設計報告在這幾個方面的分析評價及方案設計均不深入，勘測設計深度精度不足，原初步設計方案設計存在重大安全隱患和風險，工程投資不可靠不可控。

3.2 施工圖審查發(fā)現(xiàn)的重大技術問題

2013年5月，在施工圖設計文件審查過程中，發(fā)現(xiàn)工程地質條件復雜，左岸邊坡結構及物質組成對邊坡開挖和大壩抗滑穩(wěn)定不利。

(1)左岸開挖邊坡主要為強風化層巖體，為中傾角(約45°)的順向坡，巖體長大裂隙發(fā)育，開挖局部切腳易引發(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，巖體風化突出，全強風化層厚度大，穩(wěn)定性差，開挖不易形成壩肩側向坡，下游抗滑巖體缺失，抗滑穩(wěn)定計算邊界條件與原設計不符。

(3)左壩肩巖體巖性較復雜，發(fā)育夾層或軟弱夾層，其具體位置和物理力學性質不清楚，是影響壩基深層抗滑穩(wěn)定的控制性結構面。

審查提出須高度重視左岸邊坡穩(wěn)定，應進一步復核。同時復核大壩抗滑穩(wěn)定模式、邊界條件及穩(wěn)定安全計算。

工程于2013年8月正式開工建設。2013年12月6日，工程在施工開挖過程中，左壩肩開挖在上游側邊坡出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，并在2013年12月8日發(fā)生了滑坡垮塌，方量約5000m3，見圖1。

圖1 左壩肩開挖出現(xiàn)滑坡情況

3.3 工程建設管理體制及存在問題

本工程建設管理體制采用傳統(tǒng)指揮部建設模式，由地方水行政主管部門成立的項目法人單位建設管理，嚴格執(zhí)行了項目“四制”即項目法人制、合同制、招投標制、監(jiān)理制。但由于地方項目法人技術力量薄弱、管理力量不足，不能真正履行項目法人建設管理職責，未能有效組織參建各方協(xié)調一致實施建設、未能發(fā)現(xiàn)和有效解決參建各方存在的問題。為彌補在技術管理上的不足，項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展施工圖設計文件咨詢審查。

2013年12月12日及18日，審查專家組2次趕赴現(xiàn)場踏勘，進一步發(fā)現(xiàn)工程左岸邊坡穩(wěn)定問題和大壩抗滑穩(wěn)定問題突出。技術方案的缺陷及施工開挖的經(jīng)驗不足和認識不足是導致此次左岸邊坡垮塌的原因。

4 出現(xiàn)問題的原因及風險損失分析

左岸邊坡的垮塌印證了該工程存在的技術問題，也進一步暴露出了潛在的問題和風險。

一是邊坡穩(wěn)定問題：①左岸邊坡結構為中傾角(約45°)的順向坡，開挖存在局部切腳，對穩(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)定的控制性結構面為巖層面，層面平直光滑，層間結合差[1]。

二是大壩安全穩(wěn)定問題：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，局部夾頁巖，整體為軟質巖類；③左壩肩下游山體單薄臨空，壩肩巖體風化突出，強風化深度因地形變化差異明顯，且在下游側凸出岸坡，全強風化深度達20余米，抗滑巖體不足；④巖層面作為大壩抗滑穩(wěn)定的控制性結構面，層面平直光滑，層間結合差，且發(fā)育有夾層，在強風化層有泥化現(xiàn)象，初設巖層面地質參數(shù)偏高，且未提出強風化層巖體及其結構面地質參數(shù)。

根據(jù)設計單位壩肩開挖揭露和補充勘察成果，原左岸壩段抗滑穩(wěn)定計算邊界條件與實際地質條件不符，復核計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，尤其是以夾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，遠低于規(guī)范要求。

出現(xiàn)這兩個問題的原因，在于勘測設計深度精度不足、設計方案存在缺陷，沒有針對工程特點以及技術重點難點查明壩址工程地質條件、邊界條件，從而不能正確分析評價邊坡穩(wěn)定模式、大壩抗滑穩(wěn)定模式，導致設計方案不完整，存在重大安全隱患。同時，初步設計報告的審查也沒有對這兩個重要內容進行評價，提出設計方案的問題和缺陷。最后，項目建設管理以及施工開挖技術經(jīng)驗不足，最終工程存在的技術問題通過一場大雨導致邊坡垮塌的形式體現(xiàn)出來。

邊坡穩(wěn)定問題與大壩穩(wěn)定問題是有機聯(lián)系的，由于設計缺陷導致工程存在重大安全問題，而壩體失穩(wěn)將會導致工程失敗，不僅損失9000多萬元的工程投資，蓄水期潰壩還會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險，需要立即進行處理以避免重大損失。

5.1.1 處理意見

2013年12月19日和20日，施工圖審查單位組織召開技術咨詢交流會，根據(jù)原勘測設計深度不足以及現(xiàn)場實際開挖情況，提出復核補充工作處理咨詢意見：

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

(2)地質測繪，包括地層巖性分析與統(tǒng)計(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、主要結構面及地下水位等邊界條件，并詳細反映在地質平面圖和剖面圖上。

(3)地質參數(shù)復核，根據(jù)地質測繪及現(xiàn)場開挖情況進一步復核巖層面(砂巖層面、泥巖層面)、夾層面及裂隙面地質參數(shù)。

(4)根據(jù)地質復核成果，設計計算復核邊坡穩(wěn)定、左岸壩段側向穩(wěn)定和深層抗滑穩(wěn)定，并提出大壩抗滑穩(wěn)定專題報告及設計處理方案。針對設計處理方案可能發(fā)生的大壩結構、工程量及投資變化，同時編制重大設計變更報告，報原審批單位審批[2]。

設計單位根據(jù)上述咨詢處理意見，進行了補充勘探及設計復核工作。2014年5月29日，施工圖審查單位組織召開了設計單位編制的《大壩抗滑穩(wěn)定專題報告》及處理方案技術咨詢會，提出技術咨詢意見如下：

(1)經(jīng)開挖揭示并結合補充勘察，壩址區(qū)地質條件基本查明，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，并結合相關試驗成果，壩基巖體質量分類基本合理，壩基巖體結構面特征及性質分析基本合適，巖體及其結構面物理力學參數(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、深層滑動(以裂隙為上游切割面、以泥頁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)。但對夾層物質成分及性質判斷無有力證據(jù)，應施工中在左岸增加勘探平硐進行復核。

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

(5)應針對f1斷層對抗滑穩(wěn)定、變形及承載能力進行補充分析評價，對風化邊界的水平投影范圍進行復核。

(6)壩基上游增加齒槽，下游對開挖缺口采用混凝土進行補齊，開挖邊坡加強錨固措施處理思路合適。

5.1.2 處理方案

經(jīng)過反復多次咨詢研究討論，在查明壩址地質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)計算基本滿足規(guī)范要求后，最終形成設計處理方案如下：

(1)左壩肩上游邊坡(庫首邊坡)處理

①采取開挖清除垮塌體及表層松動巖體，邊坡開挖進行放坡順層開挖，坡腳采用C20鋼筋混凝土護腳。

②邊坡支護采用掛網(wǎng)+噴混凝土+錨桿，噴混凝土厚10cm，錨桿長9m，間排距3m，坡面設截排水溝和排水孔，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，通過置換壩基巖體或截斷壩基不良地質結構面，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。另在開口線周邊設置鎖口錨筋束，坡腳設置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f1斷層進行開挖回填處理并固結灌漿，回填C20混凝土，固結灌漿深度約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，設計單位編制了《鎮(zhèn)寧縣納井田水庫初步設計變更報告》，于2014年12月22日在安順市召開變更報告技術審查會，并于12月31日安順市水利局以安市水規(guī)計〔2014〕21號文《關于鎮(zhèn)寧縣納井田水庫初步設計變更的批復》對該報告進行了批復。工程總投資14564.45萬元。相較原初設投資增加了5500多萬元。

至2017年5月，歷時兩年半，納井田水庫根據(jù)大壩左岸抗滑穩(wěn)定處理方案順利建設完成，目前水庫已下閘蓄水運行。經(jīng)初期蓄水檢驗觀測，大壩左岸上游邊坡、下游護坡未見變形跡象，處理效果較好。大壩左岸下游邊坡現(xiàn)狀見圖2。

圖2 左壩肩下游處理后現(xiàn)狀

圖3 水庫大壩及蓄水現(xiàn)狀

6 結論

由于前期設計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)定重大安全問題，這兩個重大技術問題直接影響工程的成敗。經(jīng)過施工圖技術咨詢，指導設計單位通過設計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5000萬元，但及時糾正了原初步設計存在的缺陷和重大安全隱患，確保了工程的順利建設，確保了大壩安全和大壩下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全，挽回了原初設9000多萬元的工程總投資，社會經(jīng)濟效益顯著。