燦柯水庫(kù)巖溶區(qū)滲漏分析與治理措施

盧曉鵬 譚光明

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南昆明 650228；2.文山州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，云南文山 663000)

在巖溶地區(qū)興建水庫(kù)工程，水庫(kù)滲漏常常是其主要工程地質(zhì)問(wèn)題，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)前期地質(zhì)勘探的投入和對(duì)庫(kù)壩區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的地質(zhì)勘察，重點(diǎn)是查明巖溶發(fā)育規(guī)律和滲漏方式以及滲漏邊界等工程地質(zhì)條件，做好防滲處理方案，燦柯水庫(kù)滲漏處理是其中典型一例。

燦柯水庫(kù)位于云南省馬關(guān)縣北面坡腳鎮(zhèn)燦柯村，距馬關(guān)縣城直線(xiàn)距離 50km。水庫(kù)原設(shè)計(jì)壩高27.8m，庫(kù)容273萬(wàn)m3。1980年當(dāng)壩體填筑到壩高26.05m，試蓄水至高程 1297.9m時(shí)， 水庫(kù)輸水涵洞東側(cè)取土區(qū)一帶發(fā)生地表塌陷(1#落水洞)，并伴隨著嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題以及庫(kù)首東岸的山體滑坡，對(duì)1#落水洞進(jìn)行處理后，1981年再次試蓄水，當(dāng)水位上升至1299.7m時(shí)，1#落水洞再次發(fā)生塌陷，水庫(kù)滲漏極為嚴(yán)重，不能正常蓄水?，F(xiàn)水庫(kù)壩高26.05m，總庫(kù)容178萬(wàn)m3，但實(shí)際蓄水僅48萬(wàn)m3， 且?guī)焖栽诓粩喟l(fā)生滲漏現(xiàn)象，急需進(jìn)行水庫(kù)防滲處理。

1 水庫(kù)工程地質(zhì)條件

燦柯水庫(kù)庫(kù)區(qū)位于盤(pán)龍江河谷斜面上，峰叢洼地、溶蝕谷地發(fā)育，相對(duì)高差一般約250余米，庫(kù)東岸為壟崗狀低山，壩址區(qū)溪溝較為順直，河床底寬約10～15m ， 壩址河段呈不對(duì)稱(chēng)的“V”型谷，地表沖溝不發(fā)育，切割輕微。

水庫(kù)區(qū)出露地層主要為泥盆系中統(tǒng)東崗領(lǐng)組(D2d)，中統(tǒng)古木組(D2g) ，下統(tǒng)芭蕉箐組(D1b)，下統(tǒng)坡腳組(D1p)，巖性主要為深灰色中厚層灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，局部夾粉砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r；第四系巖性主要為粉質(zhì)粘土含碎石。庫(kù)區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較為破碎。庫(kù)區(qū)主要由碳酸鹽巖組成，其次為碎屑巖，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。地下水主要以巖溶水為主，其次為基巖裂隙水和孔隙潛水。由于庫(kù)區(qū)地處盤(pán)龍河右岸河谷陡傾斜地形斜面上的面積稍稍偏小的徑流區(qū)內(nèi)，并構(gòu)成完整的水文地質(zhì)單元，而斜面上地形高差較大，巖溶發(fā)育深度較深，庫(kù)區(qū)地下水深埋，地下水徑流帶深度大。庫(kù)區(qū)地質(zhì)情況見(jiàn)圖1。

圖1 庫(kù)區(qū)綜合地質(zhì)圖

2 水庫(kù)滲漏分析

燦柯水庫(kù)庫(kù)區(qū)東、西北兩側(cè)相對(duì)隔水層封閉較好，斷層沒(méi)有破壞東庫(kù)岸地表、地下分水嶺。庫(kù)尾以南碳酸鹽巖匯水區(qū)，地下分水嶺遠(yuǎn)離庫(kù)區(qū)，地勢(shì)逐漸向南增高，地下水力坡度大，由于東庫(kù)岸F1阻水?dāng)鄬蛹澳噘|(zhì)巖隔水層的存在，庫(kù)區(qū)不存在向東、南、西北滲漏的可能。庫(kù)西岸出露有D1b碳酸鹽巖含水層， 西北山溝碳酸鹽巖出露面積低于庫(kù)水位高程的約為2500m2，在歷次試蓄水中，均未發(fā)現(xiàn)庫(kù)水外滲現(xiàn)象。

燦柯水庫(kù)庫(kù)首右岸滲漏部位主要反映在啟閉塔以東～F5逆沖斷層附近，地表共見(jiàn)十余處地表塌陷或落水洞。地表塌陷或落水洞分布面積約5000m2，其分布規(guī)律主要呈N10～30°E串珠狀展布，基本上反映了壩址右岸地下深部漏水通道的分布與走向，地表塌陷呈串珠狀的展布規(guī)律與F5逆沖斷層的走向是基本一致， 且近于平行，這充分說(shuō)明F5逆沖斷層和與其同期形成的隱伏斷層或破碎巖體是造成壩址右岸滲漏的主要因素。據(jù)鉆孔資料，壩址右岸滲漏斷面總寬約150m，存在三個(gè)較為明顯的滲漏帶，即ZK6鉆孔以東滲漏帶、ZK7鉆孔滲漏帶和F5斷層破碎帶滲漏帶，主要滲漏方向?yàn)镹30°E，滲漏主要表現(xiàn)為管道滲漏和脈狀網(wǎng)絡(luò)滲漏，大壩右岸工程地質(zhì)情況及鉆孔資料見(jiàn)圖2。

綜上，庫(kù)區(qū)滲漏主要表現(xiàn)為管道滲漏和脈狀網(wǎng)絡(luò)滲漏，滲漏斷面寬約150m，最大埋深約130m，ZK03以東和ZK04附近以及F5斷層破碎帶是滲漏斷面上的三個(gè)最主要滲漏帶，因此，對(duì)燦柯水庫(kù)滲漏治理成功以否關(guān)鍵在于對(duì)三個(gè)主要滲漏帶的治理。

圖2 燦柯水庫(kù)大壩右岸地質(zhì)剖面圖

3 水庫(kù)防滲方案及設(shè)計(jì)

近 20年來(lái)，曾多次對(duì)燦柯水庫(kù)滲漏地段和地表塌陷進(jìn)行了漿砌塊石、粘土鋪蓋等防滲治理，但由于漏水區(qū)工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖體破碎，斷層發(fā)育，庫(kù)水滲漏及塌陷一直未能治理好。通過(guò)勘測(cè)設(shè)計(jì)，查清了水庫(kù)滲漏的原因，選定了治理方案。

3.1 防滲方案選擇

3.1.1 庫(kù)內(nèi)筑壩方案

工程措施：在庫(kù)內(nèi)重新修筑土壩一座，新壩距老壩約 450m，新壩址工程地質(zhì)條件稍好，谷底寬15m，壩頂長(zhǎng) 120m，壩高 30m，壩基基巖主要為粉砂質(zhì)泥巖，兩壩肩主要為灰?guī)r。

方案優(yōu)點(diǎn)：避開(kāi)了老庫(kù)區(qū)的主要滲漏區(qū)和F5斷層破碎帶，新壩下游老庫(kù)區(qū)仍可加以利用。方案缺點(diǎn)：減少庫(kù)容100多萬(wàn)m3。新壩區(qū)仍受F1平推斷層影響，壩肩灰?guī)r裸露，裂隙發(fā)育，仍可能存在澆壩滲漏問(wèn)題，且新建一座水庫(kù)樞紐投資較大。

3.1.2 鋪筑復(fù)合膜、土工織物方案

工程措施：首先對(duì)地表塌陷清基回填漿砌塊石封堵漏水通道，其次是平整鋪筑一層土工織物，在土工織物上回填 0.5～1.5m厚的粘土層， 最后再鋪設(shè)一層復(fù)合膜防滲層，風(fēng)化料復(fù)合土工膜保護(hù)層或干砌防滲層。

方案優(yōu)點(diǎn)：對(duì)主要漏水區(qū)防滲效果較好，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，可減少落洞的產(chǎn)生。方案缺點(diǎn)： 地形坡度較陡，坡度角大于 45°，鋪設(shè)難度較大。且由于第四系厚度較大，難于清基，同時(shí)，由于鋪設(shè)邊界難于查清以及斷層向庫(kù)內(nèi)的延伸長(zhǎng)度及規(guī)模。故水庫(kù)蓄水后，仍存在繞鋪筑層及沿破碎帶滲漏。

3.1.3 帷幕灌漿方案

工程措施：在啟閉塔以東－F5斷層上盤(pán)附近對(duì)主要滲漏斷面和漏水通道及其周邊破碎巖體進(jìn)行水泥帷幕灌漿，而對(duì)較大巖溶通道和難干灌注的滲漏通道輔以混凝土、水泥砂漿或化學(xué)漿液等大口徑鉆孔的堵、截。

從目前國(guó)內(nèi)及省內(nèi)一些工程實(shí)例可以看出，對(duì)于深孔及大流速帷幕灌漿工藝、技術(shù)取得了很大的發(fā)展。而燦柯水庫(kù)壩址區(qū)滲漏斷面，漏水通道及防滲邊界已基本查明，因此只要作好帷幕灌漿勘察設(shè)計(jì)工作和充分利用已知邊界條件以及相對(duì)隔水層，就能大大降低帷幕灌漿工程量及造價(jià)，并達(dá)到帷幕灌漿防滲堵漏的目的。

優(yōu)點(diǎn)：為根治庫(kù)水滲漏最有效措施，施工條件較好，不減少庫(kù)容。

缺點(diǎn)：需準(zhǔn)確查明滲漏斷面及漏水通道的邊界條件，帷幕灌漿孔較深。

經(jīng)方案比較，選定帷幕灌漿方案，在輸水隧洞以東－F5斷層上盤(pán)附近采用帷幕灌漿防滲治理，徹底解決燦柯水庫(kù)滲漏。

3.2 防滲方案

輸水隧洞以東～ZK8鉆孔附近，防滲帷幕灌漿線(xiàn)總長(zhǎng) 108m，帷幕底界一般為 1252～1260 m，庫(kù)區(qū)水庫(kù)大壩右岸主要采用單排孔與雙排孔相結(jié)合的布置形式，單排孔孔距2.5m，雙排孔孔距3.0m，排距1.5m，管理所滲漏帶及主滲帶周邊西伏滲漏面狀巖體采用單排孔，而 ZK5、F5斷層的主滲漏帶則采用雙排孔或局部加密?？咨钜话?0～100m，最大孔深約129m。燦柯水庫(kù)大壩右岸防滲帷幕布置如圖3。

灌漿壓力和灌漿材料：灌漿壓力擬定為 1～3MPa，1312～1209m高程灌漿壓力為1MPa，1290～1190m高程灌漿壓力為 2～3MPa；灌漿材料主要以水泥為主，耗量大段及巖溶管道要輔以水泥砂漿、化學(xué)漿液和粉煤灰水泥混合漿液等以及大口徑鉆孔混凝土封堵。

圖3 大壩右岸防滲帷幕布置圖

4 工程完成情況和實(shí)施效果

燦柯水庫(kù)大壩防滲處理前，水庫(kù)右岸滲漏極為嚴(yán)重，當(dāng)庫(kù)水位高于 1＃落水洞時(shí)，明顯可見(jiàn)庫(kù)水直接涌入1＃落水洞向庫(kù)外滲漏，1＃落水洞滲漏量最大于 1.0m3/s，水庫(kù)不能正常蓄水。對(duì)水庫(kù)庫(kù)首右岸主要滲漏部位采取帷幕灌漿防滲處理后，水庫(kù)庫(kù)首右岸的滲漏量已大幅度降低，經(jīng)過(guò)近一年的水庫(kù)試蓄水檢查，水庫(kù)已蓄水至設(shè)計(jì)正常蓄水位1312.0m高程，1＃落水洞也未見(jiàn)明顯的滲漏跡象，現(xiàn)水庫(kù)東庫(kù)岸滲漏量小于0.01m3/s，這充分說(shuō)明庫(kù)首右岸帷幕灌漿防滲取得了明顯的防滲效果。

5 結(jié) 論

（1）燦柯水庫(kù)庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，庫(kù)區(qū)壩址右岸存在滲漏問(wèn)題。庫(kù)區(qū)滲漏主要表現(xiàn)在啟閉塔以東至CK5鉆孔滲漏斷面及其以上庫(kù)內(nèi)、 滲漏斷面上有三個(gè)主要滲漏帶，滲漏主要表現(xiàn)為管道滲漏和脈狀網(wǎng)絡(luò)滲漏，且具多層性，而非單一的漏水通道。需采取措施進(jìn)行防滲處理。

（2）在巖溶地區(qū)興建水庫(kù)工程，水庫(kù)滲漏常常是其主要工程地質(zhì)問(wèn)題，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)前期地質(zhì)勘探的投入和對(duì)庫(kù)壩區(qū)水庫(kù)滲漏問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的地質(zhì)勘察，重點(diǎn)是查明巖溶發(fā)育規(guī)律和滲漏方式以及滲漏邊界等工程地質(zhì)條件。

（3）燦柯水庫(kù)工程采用帷幕防滲是可行的，做好勘察設(shè)計(jì)工作和充分利用已知邊界條件以及相對(duì)隔水層，就能大大降低帷幕灌漿工程量及造價(jià)，并達(dá)到帷幕灌漿防滲堵漏的目的。

（4）滲漏量大地段及巖溶管道段要輔以水泥砂漿、化學(xué)漿液和粉煤灰水泥混合漿液等以及大口徑鉆孔混凝土封堵，在巖溶區(qū)能取得明顯的防滲效果。

[1]尹紅蓮,沈長(zhǎng)松,陳治義等.尼山水庫(kù)巖溶壩基的防滲處理[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2004(3)∶66-66

[2]耿弘.云南巖溶地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用[M].云南科技出版社,2002

[3]康彥仁,張邦仞.云南蒙自五里沖水庫(kù)巖溶及其工程處理[J].中國(guó)巖溶,2002,V01.21 No.2∶120～130

[4]富寧縣清華洞水庫(kù)第二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[M].文山州水利電力勘察設(shè)計(jì)院,2007

[5]鄧德仁,張邦仞.五里沖盲谷水庫(kù)工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[J].人民珠江,2000(2)∶31-33,36

[6]趙瑞,許模等.水庫(kù)巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水,2011(2)∶20-22