镇宁县纳井田水库边坡处理技术分析

周涛

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵阳，550081)

1 工程概况

纳井田水库是贵州省镇宁自治县“十二五”期间规划建设的“三位一体”骨干水源工程，坝址位于镇宁县六马乡板乐村珠江流域西江水系红辣河二级支流纳井田河中下游，工程任务以灌溉为主，兼顾乡镇供水及农村人畜饮水。工程建成后将解决六马乡周边村寨1.13万人及0.14万头牲畜饮水和333.33hm2农田灌溉用水，设计供水总量336.94万m3/a。

水库正常蓄水位761.00m、设计洪水位763.79m(P=3.33%)、校核洪水位765.13m(P=0.33%),总库容234万m3。工程规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等。首部枢纽由大坝、泄水、取水、放水、消力池等建筑物组成。大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程766m，最大坝高54m，坝顶宽6m，最大坝底宽45.12m，上游面铅直，下游坡比1∶0.8。泄水建筑物为坝顶开敞式自由溢流表孔(3孔)，堰顶高程761m，总宽13.5m。采用底流消能，消力池宽15.5m。取水建筑为利用右岸导流洞铺设φ600取水钢管。放空建筑物为大坝左岸坝内埋设φ1200放水钢管。工程静态总投资为9443.63万元。纳井田水库于2013年8月正式开工建设，至2017年5月完成主体工程建设并下闸试蓄水。

2 初步设计存在的问题

2012年6月14日安顺市发改委和市水利局在安顺市水利水电勘测设计院组织召开了《纳井田水库初步设计报告》技术审查会。会后，设计单位按照审查会议要求对该初步设计成果进行了补充、修改、完善，提交了《安顺市镇宁县纳井田水库初步设计报告》(报批稿)。该初步设计报告(报批稿)上报了贵州省政府投资项目评审中心和贵州省国际咨询中心咨询修改后，2012年11月7日安顺市水利局以安市水规计字〔2012〕28号文《关于报送镇宁自治县纳井田水库工程初步设计报告技术审查意见的函》报送安顺市发改委。同日，安顺市发改委以安发改农经〔2012〕713号文《关于镇宁自治县纳井田水库工程初步设计的批复》对该工程进行了批复。

2.1 坝址区工程地质问题

(1)同意坝址及坝线选择工程地质条件评价意见，同意推荐坝型为碾压混凝土重力坝。

(2)同意大坝工程地质条件的评价意见。坝基(肩)建基面选择中风化底部岩体，由于浅层节理和纵向裂隙较发育，坝基存在浅层滑动问题，坝基(肩)需作固结灌浆处理的建议基本合适。

(3)基本同意坝址水文地质条件评价意见及防治处理意见。坝基(肩)岩体存在分散型浅层风化裂隙渗漏，须对基(肩)进行防渗处理的建议基本适合。建议下阶段根据先导孔揭露情况进一步复核和完善防渗帷幕设计。

(4)同意坝基(肩)开挖边坡工程地质条件的评价意见及采取的放坡、护坡及临时支护措施。

2.2 主要建筑物设计问题

(1)基本同意碾压混凝土重力坝的设计布置和结构型式。坝顶高程766m，坝底高程712m，最大坝高54m，坝顶宽6m、坝底宽45.12m，坝顶长146.94m；下游面坡比高程760.9m以下1∶0.8，以上垂直；上游坝面垂直。河床坝段及岸坡坝段建基面均置于中风化层底部。

(2)基本同意坝基处理和防渗设计。沿坝轴线布设灌浆孔作防渗帷幕灌浆，帷幕线总长190m。灌浆为单排孔布置，基本孔距2m，灌浆孔沿坝轴线向左岸延伸24m，向右岸延伸18m，共布设96个灌浆孔,造孔进尺3366.4m，灌浆进尺3139.2m。大坝基础固结灌浆孔呈梅花形布设，孔距3m，排距3m，孔深进入基岩5m，钻孔进尺3560m，灌浆进尺2225m。

根据上述审查意见，初设审查存在技术把关不严情况。未对坝址地层岩性参数、层面参数、地质构造、坝基滑动模式、边坡稳定进行评价，也未对抗滑稳定计算进行评价。

3 工程特点、技术重点难点及管理问题

3.1 工程特点及技术重点难点

镇宁纳井田水库工程大坝为碾压混凝土重力坝，坝址两岸地形狭窄基本对称，左岸下游山体单薄临空，左岸边坡约45°～50°，顺向坡，右岸边坡约30°～35°，横向坡。坝址地层岩性为薄层砂岩、泥页岩，夹层、裂隙发育，大坝下游发育f1断层。根据上述地形地质条件，其特点是坝址岩性较为复杂、左岸边坡稳定突出、坝基抗滑稳定模式复杂。因此，查明坝址地质条件及边界条件包括地质物理力学参数(基础岩石、层面、裂隙、夹层、断层等)，分析边坡稳定模式和大坝抗滑稳定模式，计算其稳定安全是否满足规范要求，是本工程的技术重点和难点，是重力坝是否成立及方案设计的关键。而初步设计报告在这几个方面的分析评价及方案设计均不深入，勘测设计深度精度不足，原初步设计方案设计存在重大安全隐患和风险，工程投资不可靠不可控。

3.2 施工图审查发现的重大技术问题

2013年5月，在施工图设计文件审查过程中，发现工程地质条件复杂，左岸边坡结构及物质组成对边坡开挖和大坝抗滑稳定不利。

(1)左岸开挖边坡主要为强风化层岩体，为中倾角(约45°)的顺向坡，岩体长大裂隙发育，开挖局部切脚易引发边坡整体失稳。

(2)左坝肩下游山体单薄，岸坡覆盖层厚度大，岩体风化突出，全强风化层厚度大，稳定性差，开挖不易形成坝肩侧向坡，下游抗滑岩体缺失，抗滑稳定计算边界条件与原设计不符。

(3)左坝肩岩体岩性较复杂，发育夹层或软弱夹层，其具体位置和物理力学性质不清楚，是影响坝基深层抗滑稳定的控制性结构面。

审查提出须高度重视左岸边坡稳定，应进一步复核。同时复核大坝抗滑稳定模式、边界条件及稳定安全计算。

工程于2013年8月正式开工建设。2013年12月6日，工程在施工开挖过程中，左坝肩开挖在上游侧边坡出现开裂现象，并在2013年12月8日发生了滑坡垮塌，方量约5000m3，见图1。

图1 左坝肩开挖出现滑坡情况

3.3 工程建设管理体制及存在问题

本工程建设管理体制采用传统指挥部建设模式，由地方水行政主管部门成立的项目法人单位建设管理，严格执行了项目“四制”即项目法人制、合同制、招投标制、监理制。但由于地方项目法人技术力量薄弱、管理力量不足，不能真正履行项目法人建设管理职责，未能有效组织参建各方协调一致实施建设、未能发现和有效解决参建各方存在的问题。为弥补在技术管理上的不足，项目法人委托了第三方咨询单位贵州省水利水电工程咨询公司开展施工图设计文件咨询审查。

2013年12月12日及18日，审查专家组2次赶赴现场踏勘，进一步发现工程左岸边坡稳定问题和大坝抗滑稳定问题突出。技术方案的缺陷及施工开挖的经验不足和认识不足是导致此次左岸边坡垮塌的原因。

4 出现问题的原因及风险损失分析

左岸边坡的垮塌印证了该工程存在的技术问题，也进一步暴露出了潜在的问题和风险。

一是边坡稳定问题：①左岸边坡结构为中倾角(约45°)的顺向坡，开挖存在局部切脚，对稳定极为不利；②边坡岩体裂隙发育，多组裂隙面和岩层面组合形成不稳定块体；③影响边坡稳定的控制性结构面为岩层面，层面平直光滑，层间结合差[1]。

二是大坝安全稳定问题：①左岸为岩层倾角约50°的顺向坡；②左坝肩岩体为T2b薄～中厚层夹厚层砂岩、泥岩互层，局部夹页岩，整体为软质岩类；③左坝肩下游山体单薄临空，坝肩岩体风化突出，强风化深度因地形变化差异明显，且在下游侧凸出岸坡，全强风化深度达20余米，抗滑岩体不足；④岩层面作为大坝抗滑稳定的控制性结构面，层面平直光滑，层间结合差，且发育有夹层，在强风化层有泥化现象，初设岩层面地质参数偏高，且未提出强风化层岩体及其结构面地质参数。

根据设计单位坝肩开挖揭露和补充勘察成果，原左岸坝段抗滑稳定计算边界条件与实际地质条件不符，复核计算后左岸坝段抗滑稳定不满足规范要求，河床和右岸部分坝段不能满足要求，尤其是以夹层为底滑面的深层抗滑稳定安全系数较低，正常工况下大部分在0.97～1.94<3.0，校核工况下在0.71～1.39<2.5，远低于规范要求。

出现这两个问题的原因，在于勘测设计深度精度不足、设计方案存在缺陷，没有针对工程特点以及技术重点难点查明坝址工程地质条件、边界条件，从而不能正确分析评价边坡稳定模式、大坝抗滑稳定模式，导致设计方案不完整，存在重大安全隐患。同时，初步设计报告的审查也没有对这两个重要内容进行评价，提出设计方案的问题和缺陷。最后，项目建设管理以及施工开挖技术经验不足，最终工程存在的技术问题通过一场大雨导致边坡垮塌的形式体现出来。

边坡稳定问题与大坝稳定问题是有机联系的，由于设计缺陷导致工程存在重大安全问题，而坝体失稳将会导致工程失败，不仅损失9000多万元的工程投资，蓄水期溃坝还会引起下游遭遇洪水的危害，其损失不可估量。

5 处理方案及效果

5.1 处理方案

鉴于工程存在的巨大安全风险，需要立即进行处理以避免重大损失。

5.1.1 处理意见

2013年12月19日和20日，施工图审查单位组织召开技术咨询交流会，根据原勘测设计深度不足以及现场实际开挖情况，提出复核补充工作处理咨询意见：

(1)左岸现状地形测量，包括开挖现状地形、滑坡现状地形及坝肩下游岸坡地形，建议测量比例尺为1∶200或1∶500。

(2)地质测绘，包括地层岩性分析与统计(特别是软硬岩分布层位及层厚、物理性状等)、覆盖层与基岩分界线、主要结构面及地下水位等边界条件，并详细反映在地质平面图和剖面图上。

(3)地质参数复核，根据地质测绘及现场开挖情况进一步复核岩层面(砂岩层面、泥岩层面)、夹层面及裂隙面地质参数。

(4)根据地质复核成果，设计计算复核边坡稳定、左岸坝段侧向稳定和深层抗滑稳定，并提出大坝抗滑稳定专题报告及设计处理方案。针对设计处理方案可能发生的大坝结构、工程量及投资变化，同时编制重大设计变更报告，报原审批单位审批[2]。

设计单位根据上述咨询处理意见，进行了补充勘探及设计复核工作。2014年5月29日，施工图审查单位组织召开了设计单位编制的《大坝抗滑稳定专题报告》及处理方案技术咨询会，提出技术咨询意见如下：

(1)经开挖揭示并结合补充勘察，坝址区地质条件基本查明，影响大坝抗滑稳定的边界条件基本清楚。

(2)根据坝基岩性分布情况，并结合相关试验成果，坝基岩体质量分类基本合理，坝基岩体结构面特征及性质分析基本合适，岩体及其结构面物理力学参数建议值基本合理。

(3)各坝段抗滑稳定模式分析基本合理，左坝肩主要为接触面滑动、深层滑动(以裂隙为上游切割面、以泥页岩层面或者夹层为底滑面，以f1断层为下游剪出面或下游临空面，向下游滑移)。但对夹层物质成分及性质判断无有力证据，应施工中在左岸增加勘探平硐进行复核。

(4)左岸泥岩层面或夹层面是大坝抗滑稳定的控制结构面模式，为了保证边界条件与计算一致，采取在上游设置齿槽、下游回填混凝土、边坡钢筋束等工程措施处理合适。

(5)应针对f1断层对抗滑稳定、变形及承载能力进行补充分析评价，对风化边界的水平投影范围进行复核。

(6)坝基上游增加齿槽，下游对开挖缺口采用混凝土进行补齐，开挖边坡加强锚固措施处理思路合适。

5.1.2 处理方案

经过反复多次咨询研究讨论，在查明坝址地质条件边界条件及边坡稳定模式、大坝抗滑稳定模式并经计算基本满足规范要求后，最终形成设计处理方案如下：

(1)左坝肩上游边坡(库首边坡)处理

①采取开挖清除垮塌体及表层松动岩体，边坡开挖进行放坡顺层开挖，坡脚采用C20钢筋混凝土护脚。

②边坡支护采用挂网+喷混凝土+锚杆，喷混凝土厚10cm，锚杆长9m，间排距3m，坡面设截排水沟和排水孔，排水孔间排距3m、孔深1m。

(2)左岸坝基抗滑稳定处理

①坝基上游设置齿槽，在742m高程以下齿槽深度为6m，742m高程以上至坝顶齿槽深度为3m，通过置换坝基岩体或截断坝基不良地质结构面，提高抗滑抗剪断参数。

②在坝踵和坝趾部位采用C20混凝土回填，并在大坝下游一定范围采用C20混凝土贴坡，保证大坝和下游抗力体整体受力。

③为了保证大坝开挖边坡稳定和下游抗力岩体的完整性，采用3根锚杆形成锚筋束或锚筋桩，锚固深度9m～15m。另在开口线周边设置锁口锚筋束，坡脚设置C20钢筋混凝土支撑挡墙[3]。

④为了保证坝基岩体的完整受力特性，对f1断层进行开挖回填处理并固结灌浆，回填C20混凝土，固结灌浆深度约12m。

⑤为了保证坝体的整体受力特性，大坝分缝采取键槽式的传力缝，但不切穿至基岩。

5.2 处理效果

根据最终形成的处理方案，设计单位编制了《镇宁县纳井田水库初步设计变更报告》，于2014年12月22日在安顺市召开变更报告技术审查会，并于12月31日安顺市水利局以安市水规计〔2014〕21号文《关于镇宁县纳井田水库初步设计变更的批复》对该报告进行了批复。工程总投资14564.45万元。相较原初设投资增加了5500多万元。

至2017年5月，历时两年半，纳井田水库根据大坝左岸抗滑稳定处理方案顺利建设完成，目前水库已下闸蓄水运行。经初期蓄水检验观测，大坝左岸上游边坡、下游护坡未见变形迹象，处理效果较好。大坝左岸下游边坡现状见图2。

图2 左坝肩下游处理后现状

图3 水库大坝及蓄水现状

6 结论

由于前期设计阶段深度和精度的不足，本工程在施工阶段发生的左岸边坡稳定引发了大坝抗滑稳定重大安全问题，这两个重大技术问题直接影响工程的成败。经过施工图技术咨询，指导设计单位通过设计变更提出了处理方案，采取了有效的工程处理措施，虽然增加了工程投资约5000万元，但及时纠正了原初步设计存在的缺陷和重大安全隐患，确保了工程的顺利建设，确保了大坝安全和大坝下游人民群众的生命财产安全，挽回了原初设9000多万元的工程总投资，社会经济效益显著。